INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL “ADOLFO LOPEZ MATEOS”
“DISEÑO E INSTALACIÓN DE UN SISTEMA DE MEDICIÓN
Y CONTROL PARA EL ALMACENAMIENTO, LA RECIRCULACIÓN
Y EL BOMBEO DE UN PRODUCTO QUÍMICO CRISTALIZABLE
A TEMPERATURA AMBIENTE”
T E S I S
Que para obtener el titulo de:
INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA
PRESENTA:
MANUEL ABEL ARELLANO RODRÍGUEZ
ASESORES:
ING. CARLOS BARROETA ZAMUDIO M. EN C. JUAN FRANCISCO NOVOA COLÍN
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL" ADOLFO LOPEZ MATEOS"
TEMA DE TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA POR LA OPCION DE TITULACION MEMORIA DE EXPERIENCIA PROFESIONAL
e
MANUELABEL ARELIANO RODRÍGUEZ DEBERA(N) DESARROLLAR"DISEÑO E INSTALACIÓN DE UN SISTEMA DE DE MEDICIÓN Y CONTROL PARA EL ALMACENAMIENTO, LA RECIRCULACIÓN y EL BOMBEO DE UN PRODUCTO QUÍMICO CRISTALIZABLE A TEMPERATURA AMBIENTE."
EL OBJETIVO ES DISEÑO E INSTALACIÓN DE UN SISTEMA DE INSTRUMENTACIÓN MEDICIÓN Y CONTROL PARA EL ALMACENAMIENTO, LA RECIRCULACIÓN y EL BOMBEO DE UN PRODUCTO QUÍMICO CRISTALIZAB':,.E A TEMPERATURA AMBIENTE.
).- INTRODUCCIÓN.
).- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ).- DISEÑO DEL SISTEMA.
).- PUESTA EN J\,fARCHA ).- CONCLUSIONES. ).- BIBLIOGRAFIA. ).- ANEXOS.
MÉXICO D.F., 27 DE JUNIO DE 2008
0B
TESIS QUE PRESENTA:
1B
MANUEL ABEL ARELLANO RODRÌGUEZ
2B
NÙMERO DE BOLETA: 6907505
PARA OBTENER EL TITULO DE:
INDICE.
1. NOMBRE DE LA TESIS
2. NOTA DE CONFIDENCIALIDAD
3. OBJETIVO
4. JUSTIFICACIÒN DEL PROYECTO
5. INTRODUCCIÒN
6. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
7. DISEÑO DEL SISTEMA
7.1 DIAGRAMAS DE TUBERÌAS E INSTRUMENTACIÒN
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS
7.2 TRAZA ELÈCTRICA DE CALENTAMIENTO
7.2.1 ANTECEDENTES E INFORMACIÓN TÉCNICA:
7.2.2 INGENIERÌA
7.2.3 PLANOS AS-BUILT DE LA TRAZA ELÉCTRICA DE CALENTAMIENTO. EXPLICACIÓN
7.3 DISEÑO Y DESCRIPCIÒN DE ALGUNOS DE LOS LAZOS DE INSTRUMENTACIÒN Y CONTROL.
7.4 DIAGRAMAS DE ALGUNOS LAZOS DE INSTRUMENTACIÒN Y CONTROL
7.5 DESCRIPCIÒN DEL PROGRAMA DEL PANEL DE OPERACIÓN
7.6 DESCRIPCIÒN DEL PROGRAMA DEL PLC
8. PUESTA EN MARCHA
8.1 FOTOGRAFIAS DE LA INSTALACIÒN DEFINITIVA
10. ANEXOS
10.1 DOCUMENTACIÒN DE LOS PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA Y PRUEBAS DE OPERACIÒN DE LOPS LAZOS DE INSTRUMENTACIÒN Y CONTROL
10.2 BIBLIOGRAFIA: NORMAS DE INGENIERÌA
10.3 SIMBOLOGIA Y DIAGRAMACIÓN PARA INSTRUMENTACIÒN Y CONTROL.
1. Nombre de la Tesis
Diseño e Instalación de un sistema de Medición y Control para el
almacenamiento, la recirculación y el bombeo de un producto
químico cristalizable a temperatura ambiente.
2. Nota de confidencialidad
Por aspectos de confidencialidad en la información del proceso
implicado en el proyecto objeto de esta tesis memoria, se
omitirán algunos datos o nombres de los productos químicos que
pudieran revelar la naturaleza propia del proceso productivo.
3. Objetivo:
Es el diseño e instalación de un sistema de instrumentación *,
medición y control para el almacenamiento, la recirculación y el
bombeo de un producto químico cristalizable a temperatura
ambiente.
Regulando las siguientes variables: Corriente eléctrica,
desplazamiento axial, flujo, nivel, posición, presión y temperatura.
4. Justificación del proyecto
La ejecución del proyecto “Diseño e Instalación de un sistema de
Medición y Control para el almacenamiento, la recirculación y el
bombeo de un producto químico cristalizable a temperatura
ambiente”.
Obedece a la necesidad de una planta productiva para poder
fabricar un producto en base a una materia prima especifica;
para cumplir con este objetivo se requiere de la instalación de un
tanque de almacenamiento y de un sistema de medición y control.
Considerando la posibilidad de medir y controlar todas las
variables implicadas en el sistema: Corriente eléctrica,
desplazamiento axial, flujo, nivel, posición, presión y temperatura.
La realización y puesta en operación de este proyecto, representa
un ahorro de varios cientos de miles de Dólares al año para la
planta productiva.
5. Introducción
El proyecto objeto de esta Tesis Memoria “Diseño e Instalación de un sistema de Medición y Control para el almacenamiento, la recirculación y el bombeo de un producto químico cristalizable a temperatura ambiente”.
Fue desarrollado en base al procedimiento de Ingeniería para el desarrollo de los proyectos solicitados por las áreas productivas, dentro de una compañía química de renombre: Bayer de México.
Este procedimiento mencionado comprende varias etapas en las cuales la documentación necesaria para su cumplimiento se va generando en las juntas que las áreas productivas y los diferentes departamentos dentro de Ingeniería llevan a cabo.
Para la especialidad de Instrumentación y Electricidad (PMT o PLT). El responsable directo en este proyecto como Subgerente del departamento de proyectos fui yo personalmente. Por lo que esta tesis representa la experiencia adquirida en solo uno de los muchos proyectos en los que participé como responsable. Elegí este por tener características especiales en cuanto a la infraestructura, los equipos y a la filosofía aplicada a la instalación.
Las etapas para el desarrollo del proyecto son:
1. Especificación de requerimiento de usuario (ERU)
En esta etapa la planta productiva manifiesta un concepto de sus necesidades y se generan los presupuestos, no detallados al 100% solo para tener una idea del costo del proyecto.
Asimismo se inicia el Análisis de Seguridad o A1, de las instalaciones relacionadas con el proyecto futuro, en el cual se consideran todas y cada una de las situaciones de riesgo que pudieran presentarse durante la operación continua del sistema; confirmando así la viabilidad del mismo.
2. Especificación funcional de diseño (EFD)
En esta etapa se detalla la operación de cada uno de los equipos que estarán en la instalación en especial los relacionados con la Instrumentación y la Electricidad. Debido a la importancia de estos dentro de la instalación ya que su correcto funcionamiento determinará la operación segura de la planta productiva. Así se define si una variable tendrá Indicación, registro, control, límites de seguridad, alarmas, etcétera; dentro de sus funciones.
Específicas de seguridad redundante, o si estas funciones serán ejecutadas por un equipo independiente al PLC.
El Análisis de Seguridad o A2, continúa en su siguiente etapa entrando ya al detalle de cada paso dentro de la elaboración del producto y la forma en que la operación de las instalaciones sea totalmente segura.
En esta etapa se definen: La localización física de las instalaciones dentro de la planta productiva y al mismo tiempo si esta localización implica considerar una área como peligrosa por la presencia de productos químicos en la atmósfera circundante; las dimensiones de tanques y equipos, los materiales adecuados para el manejo de los productos, los rangos de operación de los equipos, los valores límites de las variables, y con esto la confiabilidad de los equipos.
Aquí los presupuestos son lo más cercano a la realidad y se consideran ya las características técnicas de cada uno de los equipos involucrados en la instalación de cada uno de los lazos, para su correcta selección en cuanto a las características eléctricas y físicas (material de construcción, dimensiones, display local, etc.)
Una vez que por medio de las juntas entre los diferentes departamentos involucrados en el proyecto, se ha llegado a un acuerdo respecto a los equipos, localización condiciones de operación, etc.
Se generan los Diagramas de Tuberías e Instrumentación (DTI) correspondientes para las áreas productivas.
3. Instalación
En esta etapa se realiza la instalación de los equipos en base a la infraestructura existente o nueva. Normalmente existen tres regiones dentro de la planta productiva interconectadas entre si para los equipos de Instrumentación:
1. Planta.
2. Cuartos de racks de Interconexiones y Cuartos eléctricos (Distribución y CCM)
3. Cuarto de control.
En la documentación relacionada con los planos funcionales de los lazos de medición y control se hace mención detallada de estas y se marca el punto de interconexión entre ellas.
Iniciar la operación de todo el sistema con un producto inerte (normalmente agua en el caso de líquidos).
Se permite la utilización de las energías necesarias para tener calentamiento, enfriamiento, inertización de la atmósfera interior de los recipientes a presión como tanques y reactores, agitación, recirculación, etc.
Se permite alcanzar los valores límite fijados para cada variable si la el proceso lo permite, de no ser así se utilizan los simuladores de señal normalizada necesarios para cada lazo, estos pueden ser de corriente, voltaje, resistencia o algún otro especial como pudiera ser un gas patrón en caso de que existan en la instalaciones sensores de gases peligrosos.
Una vez corridas las pruebas y aprobadas las mismas, se procede a la Capacitación de los departamentos de producción y de Mantenimiento, generándose para ello la documentación necesaria por vía papel y electrónica.
4. Puesta en Marcha
En esta etapa ya se permite iniciar el primer lote de producción bajo la vigilancia de Ingeniería ahí estarán presentes todos los departamentos directamente involucrados con el proyecto junto con cuadrillas de personal que pueda corregir alguna falla o anomalía que se presente, existirá también el apoyo del departamento de mantenimiento para verificar que la capacitación recibida fue asimilada por completo. En este punto la realización del primer lote se hará de forma interrumpida por el hecho de que producción afinará detalles que permitan la continuidad en los lotes siguientes.
Si no ocurren cambios sustanciales, los documentos generados en la etapa anterior serán completamente validos, si ocurre lo contrario se realizarán las modificaciones necesarias en la instalación y se harán las pruebas nuevamente en esa sección específica para validarla. Como parte de los procedimientos de ingeniería se generan documentos para solicitud de modificación que los departamentos involucrados deben firmar como autorización de la misma.
El siguiente paso es la entrega a producción de la instalación la cual es protocolizada con firma de los documentos adecuados así como la entrega a la mencionada producción de toda la información técnica necesaria para la correcta operación de las instalaciones.
Este proyecto es una nueva instalación; por lo que no existen antecedentes de la forma en que se controlaba o se controla.
El control digital y el control analógico se desarrollan en base a un Controlador Lógico Programable o PLC. Las tarjetas de entrada y salida deberán cumplir con las características adecuadas para el manejo de las señales eléctricas normalizadas y con los rangos de voltaje y corriente que sean aceptables en las áreas de la planta de acuerdo a la clasificación eléctrica de las mismas.
La interfase entre el operador y el área productiva se habilita por medio de un panel de operación sensible al tacto, el cual genera toda la información acerca del proceso de manera instantánea para que el operador de la planta pueda conocer la situación de la misma y sus condiciones de seguridad.
El funcionamiento especifico de los componentes del mencionado PLC, se detallan en la sección correspondiente en esta Tesis, a las especificaciones de operación de cada lazo de medición y control.
Adicionalmente las características propias del proceso obligan a seleccionar adecuadamente a los equipos de campo, a los que se localizan en el área de interconexiones y a los que se localizan en el cuarto de control; para que cumplan con las condiciones de dichas áreas de la planta productiva.
Esto significa que si en planta o campo el área está considerada como una zona ó área peligrosa de acuerdo a la clasificación de zonas por norma europea EN 6097-10 “GASES, VAPORS, MISTS. La cual define tres zonas de acuerdo al tiempo de permanencia de la atmósfera peligrosa.
Zona 0 presencia constante o por largos periodos mayores a 1000 horas/ año, esto significa solamente en el interior de los recipientes y contenedores o el espacio dentro de los aparatos.
Zona 1 presencia que solo ocurre ocasionalmente, de 10-1000 horas/año, esto significa los alrededores de la zona 0, aperturas de descarga, llenado o vaciado de equipos o contenedores.
Zona 2 presencia no frecuente y solo por periodos cortos, menores a 10 horas/año, esto significa las áreas alrededor de las zonas 0 y 1 o alrededor de las conexiones bridadas.
Los equipos que se instalen en el área peligrosa deberán tener la aprobación de una entidad oficialmente autorizada; como equipo a prueba de explosión, por ejemplo contar con un PTB el cual es un certificado oficial generado en Europa para un equipo en particular, por el Physikalish-Technische-Bundesansalt de Alemania.
Este certificado se genera por pruebas realizadas al equipo en base a la norma europea EN069-14 “Electrical apparatus for explosive gas areas Part 14- Electrical installations in hazardous areas (other than mines).
O su equivalente en las normas americanas International Electrotechnical Commission (IEC) y las aprobaciones de Factory Mutual (FM) que se utilicen como lineamiento en la Ingeniería del proyecto. En la sección de anexos se incluye un documento ilustrativo sobre la clasificación de zonas y su equivalencia entre las normas europeas y las norteamericanas.
Se incluye en los anexos un documento dedicado a la clasificación de zonas peligrosas en Europa y en EUA así como una tabla comparativa entre ellas. 10. 4 DOCUMENTACIÓN DE CLASIFICACION DE ZONAS PELIGROSAS DE ACUERDO CON LAS NORMA EUROPEA Y LA NORTEAMERICANA ASI COMO SU EQUIVALENCIA.
Descripción del estado actual.
La necesidad de fabricar un producto determinado, para poder cubrir los requerimientos de un cliente específico. Obligo a la compañía a tomar la decisión de solicitar al departamento de Ingeniería interno, el desarrollo de un proyecto que implicaba el “Diseño e Instalación de un sistema de medición y control para el almacenamiento, la recirculación y el bombeo de un producto químico cristalizable a temperatura ambiente”.
Siendo los antecedentes:
A principio del año 2003 la empresa CLIENTE S inició sus operaciones en el centro del país, para fabricar refrigeradores domésticos. El sistema de poliol, que el área productiva vende a CLIENTE S es una formulación que contiene un poliéter a base de un producto cristalizable a temperatura ambiente.
Con el negocio de CLIENTE S inició la demanda de poliéter a base a un producto cristalizable a temperatura ambiente en México. A finales del año 2003 la planta productiva, inició a surtir un sistema de poliol a las dos empresas de CLIENTE R en el noroeste del país. También este sistema, contiene un poliéter a base de un producto cristalizable a temperatura ambiente
El sistema actual de CLIENTE R en base al producto R141b cambiará a finales del año 2004 a un sistema con ciclopentano. También este nuevo sistema contiene poliéter a base de un producto cristalizable a temperatura ambiente
Además de las empresas CLIENTE S y CLIENTE R; la compañía CLIENTE M, inició su fabricación de refrigeradores domésticos en el noreste del país.
También el CLIENTE M utiliza un sistema de poliol que contiene poliéter de un producto cristalizable a temperatura ambiente
El requerimiento de un producto cristalizable a temperatura ambiente para estas 3000 toneladas de poliol es de aproximadamente 700 toneladas por año la planta productiva México DF, no puede fabricar poliéter a base de un producto cristalizable a temperatura ambiente, por no contar con un tanque de almacenamiento para este producto cristalizable a temperatura ambiente.
El producto cristalizable a temperatura ambiente la produce la planta productiva en USA 1 y para fabricar los poliéter de un producto cristalizable a temperatura ambiente le transporta a la planta productiva USA 2.
En la planta productiva USA 2, se fabrican los poliéter de un producto cristalizable a temperatura ambiente.
Entre otros usos se utiliza parte de los poliéter de un producto cristalizable a temperatura ambiente en la planta productiva USA 2. Para la formulación de la compañía CLIENTE M; y otra parte se envía a planta productiva México DF.
Donde se producen los sistemas para CLIENTE S y CLIENTE R.
Los sistemas poliéter de planta productiva se envían en su mayor parte a CLIENTE S y CLIENTE R.
La actual logística para las tres empresas CLIENTE S, CLIENTE R y la compañía CLIENTE M; implica largos trayectos para su distribución.
Los productos a transportar y las rutas son los siguientes:
El producto cristalizable a temperatura ambiente se transporta del proveedor a las planta productiva USA 1 y a la planta productiva USA 2. Los sistemas de poliéter o formulaciones son enviados de la planta productiva USA 2. Al noreste del país.
El poliéter a base de un producto cristalizable a temperatura ambiente se manda de la planta productiva USA 2, a la planta productiva México DF.
Sistemas poliéter se embarcan de planta productiva México DF a la frontera norte del país.
Con el tanque de almacenamiento para un producto cristalizable a temperatura ambiente en la planta productiva México DF, los trayectos se simplifican de la siguiente manera:
El producto cristalizable a temperatura ambiente se transporta de la planta productiva USA 1 a la planta productiva México DF.
Planta productiva México DF, fabrica los polioles a base de un producto cristalizable a temperatura ambiente y las formulaciones.
6. Planteamiento del problema
Descripción de la propuesta inicial.
En este punto producción define al detalle sus necesidades y expectativas en cuanto al sistema deseado, manifestándolo como se describe a continuación:
Se solicita la instalación de un tanque de almacenamiento para un producto cristalizable a temperatura ambiente; de 48 mP
3
P
de volumen útil, con una infraestructura que permita tener una facilidad para la descarga de pipas, contando con una recirculación constante del producto cristalizable a temperatura ambiente a una temperatura de aproximadamente 100 °C; porque el mencionado producto a temperatura ambiente es un sólido con punto de fusión cercano a los 70 °C. A este tanque se le denominará como B222.
Debe existir la posibilidad de realizar un bombeo del producto cristalizable a temperatura ambiente al reactor R22 existente, a través de dos medidores de flujo tipo másico y habilitar la programación del Controlador Lógico Programable o PLC que controla actualmente a las recetas del reactor R22 existente, para poder fabricar dos nuevos polioles en base a un producto cristalizable a temperatura ambiente.
Como referencia se sugiere que la instalación se realice de manera similar a la instalación ya existente en planta USA 2.
Información sobre el proceso deseado.
El producto cristalizable llegará en estado líquido en pipas de 20 toneladas a una temperatura alrededor de los 100P
o
P
C.
La función del producto cristalizable a temperatura ambiente es de actuar como iniciador o starter para la fabricación de poliéteres a base del producto cristalizable a temperatura ambiente.
El contenido del tanque B222 se mantendrá en constante recirculación con el producto cristalizable a una temperatura de 100P
o
P
C para evitar que el producto cristalizable a temperatura ambiente se cristalice.
Del circuito de recirculación se alimentará el reactor R22 existente. La línea de alimentación del producto cristalizable a temperatura ambiente deberá pasar por el rack de tuberías que está por encima del R12 existente, para que en un futuro se facilite la eventual conexión del R12 existente al sistema del producto cristalizable a temperatura ambiente.
Por lo pronto se fabricarán 2 poliéteres básicos a base del producto químico cristalizable a temperatura ambiente. Para un lote estándar de producto terminado se requiere bombear entre 3000 y 4000 Kg. del producto químico cristalizable a temperatura ambiente al reactor R22 existente. El procesamiento de un lote de poliéter tardará entre 10 y 20 horas, por lo que el bombeo al R22 existente por medio de los medidores de flujo tipo másico se realizará aproximadamente cada 10 a 20 horas. Mientras no se bombee al R22 existente el producto químico cristalizable a temperatura ambiente, este seguirá en recirculación.
Equipos requeridos en la nueva instalación.
Tanque de almacenamiento con instalación para descarga de pipas.
Tipo de tanque: Vertical con tapas toriesféricas de acuerdo a planos de la planta USA 2. Con serpentín y chaqueta para calentamiento. Con calentamiento por medio de una traza de calentamiento eléctrica, la cual debe contar con la aprobación para instalarse en una área peligrosa, definida como: Clase I, División I, Grupos C y D, de acuerdo a la norma norteamericana NEC. O su equivalente Zona 0 de acuerdo a la norma Europea EN o la International Electrotechnical Commission (IEC) para Clasificación de las zonas.
Considerar la instalación del tanque de almacenamiento dentro de una fosa de contención construida con concreto.
Bomba para recirculación del producto y para la descarga de pipas.
Tipo de bomba: Instalación de una sola bomba para la descarga de pipas y para la recirculación de producto químico. Caudal: Aproximado 15 mP
3
P
/h. Tipo de bomba: Enlatada. Marcas sugeridas: Hermetic ó Sundyne. La bomba debe parar por bajo consumo de corriente eléctrica (amperaje bajo)
Medición de variables
Medición de Flujo
Medición de otras variables
Temperatura, presión, nivel, desplazamiento axial, corriente eléctrica (amperaje)
Control del proceso
Adaptación de la programación del Controlador Lógico Programable o PLC que controla a las recetas del reactor R22 existente, para complementarla con las recetas y pasos necesarios para fabricar polioles nuevos.
Información adicional a los requerimientos del proyecto
Tanque y tuberías
Línea para la descarga de pipas con igualación de fase gaseosa; con calentamiento por medio de una traza de calentamiento eléctrica, la cual debe contar con la aprobación para instalarse en una área peligrosa, definida como: Clase I, División I, Grupos C y D, de acuerdo a la norma norteamericana NEC. O su equivalente Zona 0 de acuerdo a la norma Europea EN o la International Electrotechnical Commission (IEC). Para Clasificación de las zonasY mangueras enchaquetadas, con aislamiento térmico.
Línea de recirculación del producto químico cristalizable a temperatura ambiente hasta el reactor R22 existente, pasando por el R12 existente y dos medidores másicos instalados en la línea de recirculación hacia los reactores para medir un caudal de 10 a 15 toneladas por hora. Localización de los medidores en la parte alta del rack de 4.50 m. de altura.
Medición de temperatura interior del tanque y en la línea de recirculación. Alimentación de nitrógeno con trampa de líquidos, La cual cumplirá con las mismas funciones que las instaladas en la planta actualmente.
Atmósfera de nitrógeno a 1 bar de sobre presión sin desfogue automático sino con válvula manual.
Medición de nivel interior del tanque de tipo continuo y con alarmas por nivel mínimo y máximo. El nivel mínimo debe evitar la alimentación del producto químico cristalizable a temperatura ambiente al reactor R 22 existente, pero la bomba debe seguir trabajando para continuar la recirculación del producto.
Calentamiento y aislamiento adecuados para el tanque, la tubería, la bomba, los medidores y los accesorios. El tanque será calentado con vapor y con traza eléctrica. Las tuberías, la bomba, los medidores y los accesorios se calentarán con traza eléctrica a prueba de explosión.
En el área de la descarga de la pipa se instalará una estación de servicio de vapor y condensado para, en caso necesario, se pueda calentar la pipa con vapor.
Para evitar las emisiones derivadas del manejo de del producto cristalizable a temperatura ambiente.
Flujo de materiales y logística.
El producto químico cristalizable a temperatura ambiente llegará en pipas de 20 toneladas El consumo anual será de aproximadamente 550 toneladas por año equivalentes a 46 toneladas por mes y a aproximadamente 2.3 pipas o descargas de las mismas por mes.
La capacidad efectiva de almacenamiento requerido asciende a 48 toneladas como dato importante se consideran 46.4 m3 = 2 1/2 pipas.
La fabricación de los poliéteres en base a un producto químico cristalizable a temperatura ambiente será de aprox. 2500 toneladas por año es decir, 210 toneladas por mes, aproximadamente 13 lotes de 16 toneladas al mes. De las 2500 toneladas; 1150 toneladas corresponden al producto 1 y 1350 toneladas al producto 2.
Se buscará realizar la producción de esos poliéter en base a un producto químico cristalizable a temperatura ambiente en 2 ó 3 campañas mensuales equivalentes a 6 ó 4 lotes por campaña. El tiempo por lote será de 10 a 20 horas de tal manera que durante una campaña se realizará un bombeo entre 3000 a 4000 Kg. de producto cristalizable cada 10 a 20 horas al R 2 existente.
Después de bombear el producto cristalizable a temperatura ambiente al reactor R22 existente iniciará la adición de EO y/o PO - óxido de etileno y/o óxido de propileno- de la misma manera como en los productos actuales a base de EDA -etilendiamina-. Después de un primer bloque de PO o de EO, se carga el catalizador, se realizará una corta destilación al vacío y se continuará con el segundo bloque de PO.
Probablemente habrá que adaptar el manejo de las temperaturas límite dentro de las condiciones del R22 existente, durante la reacción con valores especiales; para la fabricación del producto 1 y el producto 2.
Una vez terminada la poliadición y la reacción se trasladará el lote al reactor R23 existente para proceder con el proceso de acabado, como es usual. La neutralización se hará con el producto adecuado.
El producto terminado será almacenado en los mismos tanques de almacenamiento existentes, en las cuales se almacenan ahora los productos importados.
Diagrama de Flujo:
Línea de compensación de gas
Pipa con una carga del producto químico cristaliza ble a tempera- tura ambiente Tanque de almacenamiento
Carga del producto químico cristalizable a temperatura ambiente al reactor R 22 existente
Poli adición en el reactor R22 existente
Acabado en el reactor R23 existente
Beneficios esperados.
Posibles ahorros para la producción.
Al realizar este proyecto se lograría un ahorro en los fletes del producto cristalizable a temperatura ambiente, los poliéter en base al producto cristalizable a temperatura ambiente y los sistemas o formulaciones para los clientes. El ahorro esperado asciende a aproximadamente 700 TUS por año
Reducción de riesgos (seguridad). No hay una reducción, al no manejarse el producto cristalizable a temperatura ambiente actualmente. Se tomarán las medidas necesarias para manejar la generación de residuos, así como, las emisiones derivadas del manejo del producto cristalizable a temperatura ambiente.
Reducción en la generación de residuos o emisiones (protección ambiental).
Así como, las emisiones derivadas por el manejo del producto cristalizable a temperatura ambiente.
Requerimientos legales.
Trámites de Impacto Ambiental: No se requiere el Estudio de Impacto Ambiental, pero sí el Estudio de Riesgo. Este será coordinado por el departamento de Protección Ambiental y se preparará de forma conjunta con ingeniería y los departamentos de Seguridad. Ha de tenérsele antes de iniciar operaciones.
Obra Civil: Para la obra civil se requiere el Permiso de Uso de Suelo, el de construcción y el Aviso de Terminación de la Obra correspondiente, todos ante las autoridades de Obras Públicas del municipio. Así mismo, el contratista deberá tramitar el permiso para depósito de materiales de excavación no peligrosos en tiraderos oficiales del municipio.
Documentación requerida de Seguridad. Para el presente proyecto y por la magnitud del mismo es necesario generar los certificados de seguridad en sus diferentes etapas desde la inicial o A2, la intermedia o A3 y la final o A4, los cuales serán elaborados por Seguridad Técnica.
Requerimientos de documentación y validación.
Pruebas hidrostática a tanques y tuberías, radiografiado. Pruebas de líquidos penetrantes en soldaduras interiores del tanque. Pruebas de arranque y funcionamiento de bombas. Pruebas y arranque con producto. Se entregarán certificados de calidad de materiales.
Manual de mantenimiento. Y manual de operación.
Capacitación al personal de Producción y de Mantenimiento por parte de los departamentos de PLT -Instrumentación y control- y Mecánico.
Planos de PLT -Instrumentación y control- planos Civiles As-Built y Planos Mecánicos.
Memorias de cálculo de equipos -tanques, bombas y tuberías-
Memorias de cálculo de la obra de PLT -Instrumentación y control -
Planos aprobados para construcción
Archivos electrónicos de planos.
Memorias de Cálculo.
Bitácora de Obra.
Recomendaciones del Impacto Ambiental.
7. Diseño del sistema
En este apartado y sus sub-apartados se detallarán los aspectos técnicos relacionados con el desarrollo del proyecto desde el punto de vista de la Instrumentación y el Control.
De igual manera se abordará todo lo relacionado con la definición de la función de los lazos de medición y control, la selección de los equipos, en cuanto a marcas, tipo de señal normalizada a manejar, aprobación del equipo para zonas específicas, características de la instalación, acoplamiento del equipo al lazo correspondiente y al sistema de medición y control en general.
A manera de recordatorio se mencionan nuevamente las etapas del proyecto que en el apartado 5 correspondiente a la Introducción fueron explicadas.
Las etapas para el desarrollo del proyecto son:
1. Especificación de requerimiento de usuario (ERU)
2. Especificación funcional de diseño (EFD)
3. Instalación
4. Puesta en Marcha
Se consideran como parte de la información del proyecto algunos aspectos importantes de las otras disciplinas incluidas en el desarrollo del proyecto.
Proyecto:
Tanque de Almacenamiento para un producto químico cristalizable a temperatura ambiente.
Planta: Productiva, México D.F.
División: Poliéter
Edificio: Área de Tanques
Fecha: 19.10.2004
Objetivo.
Tuberías y medidores de flujo tipo másico para la carga de un producto químico cristalizable a temperatura ambiente al reactor R22 y con ello poder fabricar poliéter a base de esta amina. Los polioles a base del producto químico cristalizable a temperatura ambiente se requieren en la fabricación de formulaciones para los clientes S, R y M. Actualmente se importan estos polioles de planta productiva USA 2 y el costo de los fletes para un producto químico Cristalizable a temperatura ambiente y las formulaciones terminadas resulta excesivamente alto. El producto químico cristalizable a temperatura ambiente llegará a Planta productiva México D.F. procedente de planta productiva USA 1 en pipas, por lo tanto el tanque de almacenamiento deberá poder recibir el volumen de dos pipas que representan un volumen total de 40 m3.
El producto químico cristalizable a temperatura ambiente es un producto sólido a temperatura ambiente, de ahí que el tanque de almacenamiento y las tuberías deban tener un sistema de calentamiento adecuado para mantener el producto químico en estado líquido. El punto de fusión del producto químico cristalizable a temperatura ambiente se encuentra alrededor de los 70oC. Por sus características químicas no se puede manejar en tambores, por lo que se requiere su manejo a granel esto significa: pipa-tanque-tubería-medidor-reactor.
Datos de dimensionamiento y requerimientos para la operación.
Datos del MSDS -Material Safety Data Sheet- Hoja de seguridad del material.
Nombre completo del producto: químico cristalizable a temperatura ambiente
Fórmula química: NA
Peso molecular: 122.17
Punto de fusión: 55 a 70 °C
Punto de ebullición: 255 °C
Peso específico: 1.035 a 100 °C
Contenido de volátiles: negligible
Presión de vapor: 6 mm Hg a 100 °C y 10 mm Hg a 130 °C
Flash point (punto de auto ignición) 149 °C
Olor: ligeramente a amoniaco
Estabilidad: es un material estable
Polimerización peligrosa: No ocurre
Descripción de la propuesta definitiva.
Instalación de un tanque de almacenamiento para un producto químico cristalizable a temperatura ambiente de 50 m3 de volumen útil, facilidad para la descarga de pipas, recirculación constante del producto químico cristalizable a temperatura ambiente a una temperatura cercana a los 100 °C porque a temperatura ambiente es un sólido, con punto de fusión a los 70 °C.
Bombeo de la un producto químico cristalizable a temperatura ambiente al reactor R 22 a través de dos medidores de flujo tipo másico, instrumentación, medición y control de todas las posibles variables implicadas en el sistema y adaptación de la lógica del Controlador Lógico Programable o PLC que controla a las recetas del reactor R 22 para fabricar tres nuevos polioles a base del producto químico cristalizable a temperatura ambiente.
La instalación se realizará de acuerdo al equipo ya existente en planta productiva USA 2.
Localización.
Bloque 13, a un lado de los tanques B 74 y B 75
Información sobre el proceso.
El producto químico cristalizable a temperatura ambiente llegará en estado líquido en pipas de 20 toneladas, a una temperatura estimada de 100°C, la función del producto químico cristalizable a temperatura ambiente es de actuar como iniciador o starter para la fabricación de Poliéteres a base del producto químico cristalizable a temperatura ambiente.
Como el producto químico cristalizable a temperatura ambiente, por su naturaleza química es tóxico y cancerígeno, no puede ser manejado en tambores, hay que manejarlo a granel recibiéndolo en pipa y descargándolo al tanque de almacenamiento Por medio de la bomba P222 se descargará el producto químico cristalizable a temperatura ambiente al tanque de almacenamiento B222 utilizando brazos o garzas con traza de vapor para la fase líquida y la fase gaseosa. El contenido del tanque B222 se mantendrá en constante
10 a 20 horas. Mientras no se bombee al R22 el producto químico cristalizable a temperatura ambiente seguirá en recirculación.
Capacidades y volúmenes.
La capacidad del tanque de almacenamiento será de 50 m3 útiles y 55 m3 de volumen total, en acero inoxidable T-316, con serpentín exterior de tubos de 2” de diámetro en acero inoxidable T-304, el tanque será aislado en base a la norma interna de la planta productiva.
Bomba tipo enlatada con capacidad de 15 m3/hrs. en su punto medio y con sistema de calentamiento para soportar temperaturas de 120 °C.
Tubería para un producto químico cristalizable a temperatura ambiente fabricada en acero al carbón cedula 40, soldada y radiografiada; aislada con sistema de calentamiento mediante traza eléctrica.
Construcción de tina de concreto con capacidad para almacenar el total del volumen del tanque, esta tina servirá para los tanques de poliol.
Área de descarga de pipas, construida a un lado de la fosa con mejoramiento de terreno y terminado en asfalto, pendientes a la tina.
Rack para las tuberías de servicios como agua, vapor, condensados y nitrógeno, así como la línea de traslado y retorno del producto químico cristalizable a temperatura ambiente y línea con garza de compensación de gases, garza para la descarga de la fase liquida.
Diagramas:
DTI /Diagramas de Tuberías e Instrumentación) y planos tipo Lay-Out.
Descripción de la construcción.
Abarcada por la losa para dar buen apoyo a la misma. El diseño de la losa se llevó a cabo con un modelo en el programa STAAD Pro con el reglamento ACI -American Concrete Institute-, y las cargas que se le aplicaron se obtuvieron en hoja de cálculo de Excel considerando el peso de los tanques, el peso del contenido y los efectos provocados a los tanques por viento y por sismo calculados según el Manual de Obras Civiles de CFE.
Para soportar la tubería se utiliza un rack de estructura metálica con una Fy = 2530 kg/cm2, las trabes de la estructura están formadas por una armadura para poder cubrir los claros que van desde los 12 hasta los 20 metros, tienen sección cuadrada y llevan travesaños para soportar las tuberías por el interior de la sección y ángulos volados para soporte de charolas y pasillo por el exterior. Las trabes se apoyan en patas también metálicas que bajan la carga a un dado de concreto que se profundiza 2 metros para ligarse con una zapata aislada. Para el diseño del rack se hizo un modelo en el programa STAAD Pro con las cargas de tuberías y charolas divididas en dos secciones, un rack de carga pesado para soportar 500 kg/ml de tuberías y charolas eléctricas y una sección de rack ligero para soportar 250 kg/ml de tuberías y charolas eléctricas. El modelo creado en programa STAAD se hizo de toda la estructura en conjunto y sólo se utilizó para seleccionar los perfiles metálicos que soporten las cargas de tuberías, charolas eléctricas, pasillo para personal, carga de personas y los efectos causados al conjunto de elementos por viento y por sismo calculados según el Manual de Obras Civiles de CFE.
El diseño de la estructura se llevó a cabo con el reglamento AISC -American Institute Of Steel Construction-. Una vez analizada la estructura, el programa nos proporciona los elementos máximos que se presentarán en las zapatas para su diseño y el diseño de las anclas que ligan a la estructura con la cimentación. El diseño de las zapatas, dados y anclas se realizó en hoja de Excel con las fórmulas proporcionadas por el reglamento ACI. La capacidad de carga del terreno para diseño de zapatas fue proporcionada por un Estudio de Mecánica de Suelos elaborado por el Ing. Carlos Magaña en donde se incluyeron los datos de clasificación de suelo, capacidad de carga a diferentes profundidades.
Propiedades índices del suelo como contenido de humedad, peso volumétrico, etc. y además nos proporciona recomendaciones para elegir una cimentación adecuada.
de liga a razón de 1.2 litros por metro cuadrado formado por una emulsión asfáltica de rompimiento medio tipo RM-2K sobre la que se tiende la carpeta asfáltica de 10 centímetros de espesor y compactada al 100 % de su PVSM. El diseño de esta terracería se llevó a cabo con el método de Kansas descrito en el Capitulo X del tomo II del libro Mecánica de Suelos escrito por Juárez Badillo y Rico Rodríguez.
Infraestructura requerida.
Para la operación y servicio del tanque de un producto químico cristalizable a temperatura ambiente se requiere como infraestructura:
Servicios de energías (existentes o nuevas).
• Rack para servicios y tubería de procesos
• Anden de descarga de pipas
• Sistema de alumbrado
• Alimentación eléctrica
• Vapor
• Condensados
• Agua
• Nitrógeno
• Aire de Instrumentación
Todas las tuberías son de acero al carbón, sin costura, cedula 40 de 2” y 3” de diámetro, soldadas con asilamiento en el caso de vapor y condensados, y sand blasteadas y pintadas de acuerdo a código de colores de la planta productiva.
Tipo de drenajes (existentes o nuevos).
La plataforma de descarga de pipas tendrá pendientes suficientes para mandar cualquier derrame e incluso el agua de la lluvia al interior de la fosa, la cual esta interconectada con las fosas del B-75 y B74 así como la del B-08 donde se conecta al drenaje químico de la planta existente.
Equipos requeridos.
Mecánicos.
Especificaciones para la construcción
Con capacidad de 50 m3 de operación lo que significa 55 m3 de diseño. Posición Vertical, el diseño del tanque deberá ser de acuerdo a la Norma ASME, API y DIN con sistema de calentamiento externo a base serpentín exterior, tapas toriesféricas de acuerdo a código.
Dos entradas hombre de 24" con una proyección de 20 cm. con tapa bridada de acuerdo a norma API en acero inoxidable T316L con pescantes para abrir o cerrar. Dimensiones del tanque: 8000 mm de longitud total incluyendo tapas por 3000 mm de diámetro interior, material de construcción acero inoxidable SA-240-T316L. Sistema de calentamiento a base serpentín exterior de tubería de 2" en acero inoxidable A312-T304y paso de 120 mm hacer 4 secciones independientes, cubriendo el 90% de parte recta, no incluir este sistema en el fondo del tanque. El tanque deberá estar soportado en 6 patas de tubo de acero al carbón de 324 mm de diámetro con placa de refuerzo en acero inoxidable T304 y placa de apoyo de 1 1/2" de espesor en acero al carbón, proyección de los soportes de 250 mm. Incluir soportes para el aislamiento, escalera y barandal.
Tanque Presión interna de diseño 4.11 kg/ cm2
Presión de Operación 0.70 kg/ cm2
Presión de prueba hidrostática 2.60 kg/ cm2
Serpentín tubería de 2" acero inoxidable.
Presión de diseño 6.6 kg/ cm2
Presión de operación 6.0 kg/ cm2
Presión de prueba hidrostática 8.5 Kg/ cm2
Temperatura de operación de 100 °C
Inspección radiográfica:
Tanque Spot al 85%EF
Serpentín: 100%EF
El tanque será aislado con fibra de vidrio en un espesor de 4”, terminado en lamina de acero inoxidable cal. 26, bajo las normas de la planta productiva.
Bomba P-222 para la recirculación y el envío de producto a planta
operación de 90 a 100 °C, viscosidad de 3 CP, Gravedad especifica 1.04, Presión de vapor de 0.1 bar., flujo a manejar de 15 m3/hr nominal, 10 m3/hr mínimo, máximo de 23 m3/hr., TDH de 30m, NPSH 2.4 m, tubería succión 10m de 2" de diámetro, longitud tubería descarga 180 m., motor y aditamentos eléctricos con clasificación eléctrica de acuerdo a norma europea tipo EEx , motor de 10 HP, se instalará un filtro tipo canasta en la succión de la bomba.
Garzas de Descarga y compensación de gases.
Garza para descarga de producto liquido, de acero al carbón, en 2” de diámetro, dimensiones de 1.5m por 1.25m por 0.60 m, Marca SVT, modelo Terra-Max. Garza para compensación de gases entre el tanque y la pipa, de acero al carbón, en 2” de diámetro, dimensiones de 1.5m por 1.25m por 0.60 m, Marca SVT, modelo Terra-Max. En ambos casos se incluye el aislamiento de los brazos y traza de vapor.
Filtro de carbón Activado.
Filtro de carbón activado marca VENTSORB-PE en tambor de acero al carbón con tomas para entrada y salida de gases. Carbón tipo BPL 4 x 10 densidad de 30 lbs/ft3, temperatura máxima de 150°C, flujo máximo de 200 CFM.
Tubería para el producto químicocristalizable a temperatura ambiente.
Tubería construida en acero al carbón sin costura, cedula 40, de 2” de diámetro con certificado de calidad, las bridas son WN 150# con certificado de calidad, toda la tubería será armada por un soldador calificado y radiografiada en cada una de las soldaduras por una unidad verificadora. Toda la tubería será aislada con fibra de vidrio con 1 ½” de espesor. Se realizó un estudio de flexibilidad para definir el tipo y la localización de la soportería y el comportamiento de la tubería.
Una vez que por medio de las juntas entre los diferentes departamentos involucrados en el proyecto, se ha llegado a un acuerdo respecto a los equipos, localización condiciones de operación, etc. Se generan los Diagramas de Tuberías e Instrumentación (DTI) correspondientes para las áreas productivas.
7.1 DIAGRAMAS DE TUBERÍAS E INSTRUMENTACIÓN. EXPLICACIÓN.
DIAGRAMA DE FLUJO DE LOS REACTORESR22 Y R23
El DTI número D-10-02-0741 ilustra las instalaciones en el área de los reactores R22 y R23 tal como existirán ya que el proyecto este en operación continua.
temperatura ambiente en su trayectoria hacia este R22 para habilitar la alimentación y recirculación de la materia prima por medio del sistema de 3 válvulas automáticas de corte Y222.3, Y222.4 y Y222.6 y una manual G222.4, ahí mismo están montados los sensores de presión P22.5 y P22.6, que verifican que las líneas de alimentación de materias primas no tengan obstrucciones, se puede observar también líneas de alimentación de materia prima con medidores de flujo tipo másico F22.1,F22.2, F22.3 y F22.4 y válvulas de control proporcional, hay bombas P, agitadores H, intercambiadores de calor W, columnas de platos K, tanques de almacenamiento B, bombas de vacío V, etc.
DTI número D-10-02-0741 “DIAGRAMA DE FLUJO R22 Y R23”
DIAGRAMA DE FLUJO ALMACENAMIENTO DEL PRODUCTO CRISTALIZABLE A TEMPERATURA AMBIENTE
El DTI número D-10-02-3327 ilustra las instalaciones en el área de tanques de almacenamiento, específicamente en la parte correspondiente al proyecto mencionado. Este DTI también se divide por alturas siendo la más baja -0.60 m en donde están localizados la bomba principal P222 y un tanque de recuperación de vapores condensados del producto cristalizable a temperatura ambiente B222.2; ambos equipos cuentan con traza eléctrica de calentamiento en alguna parte de su instalación.
Se puede observar al tanque de almacenamiento B222 que tiene un rombo de seguridad rotulado el cual especifica las características del producto, siendo el número 3 el riesgo en daños a la salud que en la realidad es de color azul (rango 0-4), el número 1 el riesgo en flamabilidad que en la realidad es de color rojo (rango 0-4), y el número 0 el riesgo de reactividad con agua que en la realidad es de color amarillo (rango 0-4).
El tanque cuenta con la instalación de la traza eléctrica de calentamiento en la totalidad de su cuerpo, así como con los sensores de temperatura T222.9, T222.11y T222.12; necesarios para el monitoreo de esta en cada uno de los circuitos en que está dividida la instalación. Esta traza eléctrica se explicará en un capitulo aparte de esta misma tesis dedicado para ese tema en especial.
En el nivel 0.0 m o NPT (nivel de piso terminado) se puede observar a una pipa transportadora del producto cristalizable a temperatura ambiente en posición de descarga con las conexiones adecuadas para este propósito las cuales consideran la conexión de la fase líquida y de la fase gaseosa así como el sensor en la línea de fase gaseosa, en el nivel 7.5 m que es la altura a la que las tuberías van montadas en un rack y desde donde los disparos hacia los recipientes salen. Se pueden observar en la parte superior del tanque B222 los dos medidores de flujo tipo másico F222.1 y F222.2, instalados en serie para lograr una redundancia en la medición así el primero que alcance la cantidad predeterminada de carga manda una señal al PLC para requerir el corte de flujo por medio de la válvula de corte correspondiente. Adicionalmente en el domo del tanque están los medidores de Presión interior P222.1 y de nivel L222.1 y L222.2
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DE PROCESOS
7.2 Traza eléctrica de calentamiento:
7.2.1 Antecedentes e información técnica:
La elección del proveedor para el sistema de calentamiento por traza eléctrica, se fundamenta principalmente en el hecho de que el fabricante TYCO THERMAL, ha realizado en las plantas productivas de USA instalaciones exitosas.
Existe literatura técnica propia y exclusiva de la planta productiva a nivel de región NAFTA que hace recomendaciones al respecto, independientemente de los acuerdos técnico-comerciales existentes; los cuales proporcionan un soporte mayor en cuanto a la selección de equipos y materiales.
El sistema de trazado eléctrico involucra el control de la temperatura del proceso.
A continuación, el siguiente diagrama muestra una aplicación de proceso típica de cinco circuitos. Este mismo concepto se aplicó para el sistema de la planta productiva México, donde cada línea será controlada vía la señal de temperatura enviada por el RTD en la tubería.
El sistema de calefacción aplica calor para compensar la perdida de este, el cual ocurre cuando el fluido permanece estático o cuando fluye dinámicamente dentro de las tuberías.
P A N E L
Caja de Alimentación
Cuando la temperatura de ambiente exterior es menor que la temperatura del proceso del fluido, la transferencia de calor a través del aislamiento hace que la temperatura del fluido descienda por debajo del punto de operación.
El sistema de monitoreo y control de temperatura, permite que la calefacción se active cuando sea necesario para evitar la caída de temperatura por debajo del nivel deseado, pero a su vez, evita el gasto innecesario de energía durante los momentos que no se requiere que la calefacción permanezca encendida.
Adicionalmente el sistema cuenta con monitoreo y protección de falla a tierra. En caso de un corto por un cable con falla de aislamiento en contacto con la tubería, el sistema desconectará la alimentación eléctrica del circuito que haya presentado la falla.
En las secciones correspondientes; el calentamiento de las tuberías y del tanque de almacenamiento se realizará con un sistema de traza eléctrica, el cual debido a que el fabricante es una compañía norteamericana deberá contar con una clasificación eléctrica adecuada para poder instalarse en zona peligrosa, cubriendo la Clase 1, División 1; de acuerdo con la certificación y aprobación de Factory Mutual (FM).
El alcance del sistema de trazado eléctrico que, la compañía Tyco Thermal fabricante y proveedora del mismo, proveerá está compuesto por los siguientes elementos:
Materiales:
• Pt-100 instalado sobre la línea
• Cables calefactores autorregulables
• Componentes (cajas de conexiones y empalmes)
• Accesorios para la instalación (cintas de fijación amarras y autoadhesivos)
• Sistema de control y monitoreo (panel)
• Transformador de alimentación de 440/220 VAC, 3 fases, de 50Kw
Ingeniería y diseño:
• Planos isométricos de cada circuito.
• Diseño de los paneles
• Detalles e instrucciones de instalación
• Manuales de operación y mantenimiento
• Servicios de instalación
• Pruebas con megger de cada circuito durante la instalación y antes de la puesta en marcha de cada uno de ellos; después de ser instalado el aislamiento térmico.
Puesta en marcha y servicio técnico:
• Certificación de la instalación, pruebas y ensayos de calidad
• Programación de paneles de control y controladores.
• Capacitación al personal técnico de Ingeniería y de Mantenimiento
Adicionalmente al control de temperatura por parte de Tyco, Se propone habilitar para cada uno de los circuitos de la tabla 3, con un sistema de control independiente, como seguridad adicional al proceso, utilizando un sensor de temperatura tipo Pt-100 insertado en la tubería o en el cuerpo del tanque de almacenamiento; adicionales a los sensor de temperatura tipo Pt-100 que suministrará Tyco.
El propósito es monitorear a la temperatura de cada circuito y procesarla dentro de una cadena de seguridad de HW – Hardware- y otra de SW –Software- ; Mediante una señal de 4-20 mA al Controlador Lógico Programable o PLC Marca Siemens modelo S7-400 y procesarla de acuerdo a las condiciones requeridas.
Las especificaciones del monitoreo y control de cada circuito se detallan en la descripción de lazos en el apartado de PMT, correspondiente.
Parámetros considerados para el diseño, la configuración y la operación del sistema de traza eléctrica de calentamiento:
Temperatura de Mantenimiento como líquido: 100°C
Temperatura máxima exposición del Cable: 215°C
Temperatura mínima / máxima de Ambiente: -5°C / 40°C
Temperatura de arranque: -5 °C en Heat Up (inicio con producto sólido)
Tipo de aislamiento térmico de tuberías: Fibra de vidrio
Espesor de aislamiento: 2”
Longitud de tuberías: Variadas
Velocidad de viento: 45 Km. /hr
Voltaje de alimentación al sistema: 220 VAC
Clasificación de área productiva en donde se instalará el sistema:
Características del producto Químico: Corrosivo
Factor de seguridad para el control de la temperatura o Set-point: 25% para proceso.
Material del sistema de trazado eléctrico:
Sensores de temperatura tipo RTD:
Se utilizará un sensor de temperatura de platino RTD7AL aprobado por FM para instalarse en un área peligrosa Clase 1, División 1, grupo B, C, D, T2D; con un rango de medición de -73 ° C a 482 ° C, como máximo, que enviará una señal de resistencia proporcional a la temperatura (100 ohms a 0 ° C) al panel de control.
1. UCable Calefactor
Configuración con Cable Auto-regulable
El cable auto-regulable se compone de un núcleo conductivo de polímeros irradiados entre un bus de cables. Para las temperaturas de la aplicación de Bayer de México, el cable 20HXTV2-CT-T2 es el apropiado, tomando en cuenta un factor de seguridad de 25% (el factor de seguridad compensa las diferencias de calidad de aislamiento, y su posterior degradación en el tiempo). Este cable tiene una chaqueta de fluropolymer, que permite que el cable esté expuesto a químicos corrosivos orgánicos.
Caja HAK-JB3-100 Conexion HAK-C-100
Cable auto-regulable 15QTVR2-CT
Caja HAK-JB3-100 Conexion HAK-C-100 Cableado alimentación
Cabe destacar que NO se proponen cables sin chaqueta exterior (es decir, con la malla expuesta). No recomendamos el uso de estos cables ya que el área clasificada y su exposición a solventes afectarán la seguridad y longevidad del sistema.
Figura 3: Cable Autorregulable
La siguiente es una etiqueta de aprobación del cable.
Adicionalmente, el cable auto-regulable cuenta con varias ventajas:
• Es cortado en terreno y a medida de requerimiento.
• Es fácilmente empalmable.
• Es flexible y fácil de manejar.
• No se quema en cruces entre sí (por su capacidad de ser auto-regulable)
• Es flexible y fácil de montar y enrollar alrededor de bridas, válvulas y soportes. Chaqueta exterior
Chaqueta Interior
Tubería Caliente
Tubería Tibia
Distribución Eléctrica:
Asumiendo la instalación para 13 circuitos con cable auto-regulable 20XTV-CT-T2, la carga de diseño se aproxima a un consumo total de corriente de 230 Amperes y 37 Kw, por lo que se utilizará un nuevo transformador de 75KVA con primario de 440 V y un secundario de 220 V.
Se han designado interruptores de 30 A y de 40 A de capacidad, para soportar las cargas de arranque en frío. Las cargas totales asumen el funcionamiento simultáneo de todos los circuitos.
En la grafica siguiente se observa el consumo en Watts por pie lineal (ft) para cada uno de los diferentes tipos de cables, en este caso en particular el mencionado 20XTV-CT-T2 desde 60 hasta 36 Watts por metro dependiendo de la temperatura en la que se encuentre el producto.
Panel de control:
El panel cuenta con 10 controladores, cada controlador opera dos circuitos independientes, cuatro de ellos con una capacidad de switcheo de 60 Amperes para circuitos de gran longitud, y seis con una capacidad de switcheo de 30 amperes.
El equipo opera con tensión de 220 Volts y cuenta con una protección contra fuga a tierra otorgando máxima seguridad, además el equipo permite programación del valor de alarma y/o disparo de esta en un rango desde los 20mA y hasta 100mA, evitando así desconexiones innecesarias.
Adicionalmente para complementar el número de circuitos a 11 se utilizará un controlador Digitrace 910 con capacidad para un circuito de 30 A, y características similares al 920.
Panel de control
La traza de calentamiento de las líneas del sistema para un producto cristalizable a temperatura ambiente se divide en 8 circuitos, los cuales basándose en los isométricos desarrollados por Ingeniería se definieron por longitudes y función de cada tramo de
Disipador de calor
1 por cada circuito Caja fibra de vidrio
Display Digital (temperatura corriente, voltaje)
Tubería. Algunos circuitos manejan el calentamiento de más de un lazo de medición. Se requiere mantener la temperatura constante en 100°C, en el interior de las mismas.
Las siguientes tablas enlistan los Tags o etiquetas que definen la función de cada uno de los lazos de medición y control involucrados en la instalación de la traza eléctrica de
Calentamiento para la tubería, equipos y accesorios del sistema del producto cristalizable a temperatura ambiente.
Tabla 1.
T222.1 Temperatura de entrada a bomba P-222.
T222.3 Control de Temperatura de la línea de alimentación del producto cristalizable a temperatura ambiente a R22 circuito 2.
T222.4 Control de Temperatura de la descarga de pipas fase gaseosa.
T222.5 Control de Temperatura de la línea de alimentación de un producto cristalizable a temperatura ambiente a R22 circuito 1
T222.6 Control de Temperatura línea de retorno de R22 a B222 circuito 1
T222.7/T222.2 Calentamiento recirculación bomba a B222/Línea fase líquida.
T222.8 Calentamiento por traza de venteo del filtro de carbón activado del tanque B222
T222.13 Calentamiento por traza de cabezal de válvulas R22
T222.14 Control de Temperatura de la línea de retorno de R22 a B222 circuito 2
T222.15 Control de Temperatura de los venteos de tanque B222.
La traza de calentamiento del tanque de almacenamiento del producto cristalizable a temperatura ambiente se divide en 4 circuitos que requieren mantener la temperatura constante en 100°C, en el interior de las mismas.
Tabla 2.
T222.9 Calentamiento por traza fondo tanque B-222 circuito 1
T222.10 Calentamiento por traza de tanque B222 circuito 2
T222.11 Calentamiento por traza de tanque B222 circuito 3
La traza de calentamiento de los equipos alrededor del tanque de almacenamiento del producto cristalizable a temperatura ambiente se divide en 7 circuitos que requieren mantener la temperatura constante en 100°C, en el interior de las mismas.
Tabla 3.
T222.1 Temperatura Interior B222.
T222.1.1 Temperatura de entrada a bomba P-222.
T222.4 Control de Temperatura Descarga de pipas fase gaseosa.
T222.5 Control de Temperatura línea de alimentación del producto cristalizable a temperatura ambiente a R22 circuito 1.
T222.6 Control de Temperatura línea de retorno de R22 a B222 circuito 1.
T222.7/T222.2 Calentamiento recirculación bomba a B222/Línea fase líquida.
7.2.2 INGENIERÍA.
DOCUMENTACIÓN TECNICA POSTERIOR AL ARRANQUE DEL SISTEMA DE CALENTAMIENTO COMO PROTOCOLOS DE INSPECCION, PRUEBA Y ENTREGA
Este documento muestra en forma de tabla una
lista resumida de las líneas
,
considerando 4 de los circuitos, los datos de las columnas son de izquierda a
derecha: Identificación de la línea, temperatura mantenida, temperatura de
Operación, temperatura de exposición, longitud de la tubería, diámetro de la
tubería, diámetro nominal de la tubería, tipo de aislamiento, grosor del aislamiento,
perdida de calor de la tubería, potencia de salida del cable calefactor, relación de
la traza de calentamiento, longitud del cable calefactor, número de catálogo del
cable calefactor, estado de operación.
Nomenclatura e identificación
Panel HTC-06A / HT-101 / Tanque 222 / Fondo
Panel HTC-06B / HT-102 / Tanque 222 / Medio 3
Panel HTC-07A / HT-103 / Tanque 222 / Medio 2
Panel HTC-07B / HT-104 / Tanque 222 / Medio 4
Panel HTC-04A / HT-105 / Retorno R-22 a B-222 / Puente
Panel HTC-02B / HT-106 / Alimentación R-22 a B-222 / Puente
Panel HTC-05A / HT-107 / Retorno R-22 a B-222 / Planta
Panel HTC-04B / HT-108 / Alimentación R-22 a B-222 / Planta
Panel HTC-01A / HT-109 / Fase Gaseosa
Panel HTC-01B / HT-110 / Recirculación B-222
Panel HTC-02A / HT-111 / Carbón Activado
Panel HTC-03A / HT-112 / Venteos
Panel HTC-03B / HT-113 / Alimentación R-22 / Válvulas de entrada
Programación General
Configuration Mode Main Menu
HT
C-06
A
HT
-1
01
HT
C-06
B
HT
-1
02
HT
C-07
A
HT
-1
03
HT
C-07
B
HT
-1
04
HT
C-04
A
HT
-1
05
HT
C-02
B
HT
-1
06
HT
C-05
A
HT
-1
07
HT
C-04
B
HT
-1
08
HT
C-01
A
HT
-1
09
HT
C-01
B
HT
-1
10
HT
C-02
A
HT
-1
11
HT
C-03
A
HT
-1
12
HT
C-03
B
HT
-1
13
Parámetro
Fábrica
Bayer Default
Control Setpoint
68 ºF
35 ºC
Lo TS 1
14 ºF
30 ºC
Lo Load
1.00 A
1.00 A
Hi GFI
50 mA
30 mA
GFI Trip
75 mA
50 mA
NA
NA
HT
C-05
B
0
0
0
NA
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
80
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
60
1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
30
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
50
Estos son los lazos de medición y control considerados por Tyco Thermal. Esta
hoja es parte de la
PROGRAMACIÓN DE LOS PANELES DE CONTROL
DIGITRACE 920.
Control setpoint es el punto de control, LoTS es el límite mínimo de temperatura
para inicio de calentamiento, Lo Load es la carga de corriente por circuito al
alcanzar el Setpoint, GFI es la falla a tierra, GFI Trip, es el límite máximo de falla a
tierra.
Elemento
Power HAK-C-100 / HAK-JB3-100 M R B M R B Si No
Glándula 3/4 X 1-1/4" X X X
RTD7AL X X X
End HAK-C-100 / HAK-JB3-100 X X X
Si No Si No
20XTV2-CT-T2 aprobado X X
Cable fuerza X X
Continuidad X X
Caida de tensión X
Cable control X X
Continuidad X X
Caida de tensión X
Impermeabilidad Humedad
1% Daños aparentes
H T -101 / T anque 222 / Fond o / P an el HT C-06 A
Estado General Conexiones Humedad
Aislamiento
2" de espesor
Instrumentos aislados Soportes aislados
1% Traceo aislado en gral
