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“EVALUACION DE SISTEMAS DE CONTROL
AVANZADO APLICADOS ENPEMEX
REFINACION”
XIV FORO DE AVANCES DE LA INDUSTRIA DE LA REFINACION
México, DF, 3 y 4 de Septiembre de 2008
Antecedentes
Los retos operativos modernos aparecen de manera simultanea:
“Lograr la operación óptima al menor costo”
Manejando como restricciones:Demanda de producción
Calidades requeridas
Costos y disponibilidad de materias primas, energía y servicios
Control de procesos complejos dinámicos no lineales
Retos económicos en la industria de refinación
Incremento en los costos de producción
Crudos más pesados y con mayor contenido de azufre
Requerimientos legislativos y regulatorios para el impacto ambiental
Procesos de producción totalmente optimizados
Calidad de productos consistentemente dentro de especificaciones
Process ControlElectrical Control
Safety ManagementHVAC Automation
Remote stations
Soluciones Integradas
Batch management
Maintenance Management
3rd Party PLC
SISfunctions
DCSfunctions
Asset Management
Field device monitoring
Production intelligence OEE
Quality Control
Connectivity servers
Inventory management
Process Analytical Technology
Espacios personalizados de trabajo para:
Gerente de ProducciónOperador del ProcesoAdmin. De la calidadPersonal de MantenimientoAdmin. De la Seguridad
Un sistema diseñado para la Excelencia Operacional
Modelo Funcional CPM por producto
Nivel de InformaciónPIMS, ISA-95 Persistant Layer
Funciones Comunes en las IndustriasExecution Management, Energy Management, Advanced Process Control
Visualización – Portal de Información
Conectividad (ISA-95 SOA Based)
Metals MineralsPulp & Paper
Oil & Gas
Refining
Chemicals Pharma
Industry Specific Solutions
Sistema de Control
Tecnologías de los Sistemas de Control (SCA)
Desde los 1990s PEMEX empezó a usar SCA, ABB participó con diversas Tecnologias:Control Avanzado y Optimización
Predict & Control (P&C), STAR, DMCplus & other MVPCsCLRTO (Dynamic Solutions/gPROMS; OPSO/NOVA)Lummus Olefins Furnace Model (Severity Control, CLRTO) “Closed-Loop” Analyzer-Enhanced APC Solutions
Movimiento de Producto y Mezclado para Refinerias & Terminales
Control Regulatorio & Control Avanzado del Mezcaldo (RBC/ABC)Sistemas de Movimiento de Producto (iOM&S, OMM, OME)Aplicaciones de Planeación y Programación de “Offsites”(StarBlend/ABC, CP&S)
Simuladores Dinámicos para Entrenamiento de Operadores – STS 2000 / STSTNG
MVPC y/o APC Convencional
Planta
Control Regulador Básico
Cálculos de Propiedades Inferidas
actuadores
sens
ores
lab
punto de ajuste cascadamodos & condiciones
especif. producto
metas optimas
limite
s operativos
económicos
Control Avanzado y Optimización - Definición
MVPC y/o APC Convencional
Planta
Control Regulador Básico
Cálculos de Propiedades Inferidas
actuadores
sens
ores
lab
punto de ajuste cascadamodos & condiciones
especif. producto
metas optimas
limite
s operativos
económicos
Control Avanzado y Optimización - Definición
Optimización Tiempo Real Lazo Cerrado
Ejemplo – Estrategia de CA en una Unidad de Crudo
T
RESID
ΔT
Q
F
FG
KERO
T
tipicomanipulado,disturbio,controlada,restriccion,variables
T
T
P
P
F
O2
L
T
FLOOD
HAGO
F
LAGOF
T
T
T
S
90%, Flash, Freeze
90%, Cloud, Freeze, CFPP,Viscosity, Color
API, S,Visc,P,N,A,TBP
F
S
S
NAPH
Q
95%
can also be used for optimal inline crude blending
FTIRFTIR
FTIRFTIR
FTIRFTIR
FTIRFTIR
FTIRFTIR
Propane
Typical manipulated, disturbance,controlled, & constraint variables
Ejemplo – Etrategia de CA en una Unidad HF Alky
QC
HF ASO H2O
HFStrip
QC
RECT
FC
HF/HC
I/O
FC
ISOSTRIPPER
dP
RONRVP
FC
TOMCNH2O
c/w
p/a & p/h
RX
Butane
make-up iC4
acid regen
Olefinfeed
saturatesfeed
T
TO2
AcidSettler
ΔT
iC4, MCN
acid recycle
FC T
DC3
Alkylate
iC4C3/nC4H2O
iC4, C3/nC4, H2O
acid recycle
iC4 recycleiC4 recycle
TC
QCL
TC
FC
T
P
TC->FC
PC
FC
FC
FCT
T
TdT
dP
T
FTIRFTIR
FTIRFTIR
FTIRFTIR
FTIRFTIR
FTIRFTIR
FTIRFTIR
dP
FTIRFTIR
Porqué el SCA mejora el desempeño
restricción real
Antes del SCA
reducevariaciones
Cambia metas
OptimoEconómico
MVPC
RestricciónInundaciónRestricción
Condensador
Restricción Temperaturadel rehervidor
Vapor
Liquido
Porqué el SCA mejora el desempeño
Zona de OperaciónPreferida por el operador
variaciones
Capacidad Lazo-cerrado, Responsabilidad Lazo-cerrado
AnalyzersFTIR & Conventional
ABCProperty Control& Optimization Blender
RBCBase Regulatory & Sequential Control
Soluciones de Mezclado en Línea
DCS w/ RBCTIMS
RIS
Ethernet
ABCClients
PTRVPFTIR FE
LIMS
OPC
Remote & Local I/OMO
DB
US
SQLnet
Integración Típica de un Sistema ABC
OPC
MODBUS
ABCServer
Acercamiento al concepto de un modelo
Ejemplo de mezclado en líneaEspecificación mínima : RON=95Ejemplo de mezclado en líneaEspecificación mínima : RON=95
Time
RON
1hr 2hr 3hr 4hr 5hr 6hr 7hr
Min 95
Max 95+ΔCFR
Max 95+ΔNIR
Resultados RON de máquina CFRen linea
Resultados del ABB NIR cada minuto
$$$$
Certificación en línea :
Después de 1h1/2,
Se inicia la carga de producto o
El envio de producto por ducto
durante el mezclado
Modelo no predictivo :
Prueba y error con retrazo
Zonas de alarma :
Si al final del mezclado, la
receta co esta suficientemente
restringida
Modelo predictivo :
Siempre dentro de especificación
Fuera deespecificación
Regalo por Octane
Regalo por Volatilitdad
Recetas Sub-Optimizadas
vs.
Remezclados
Costo del Inventario
Demurrage
Retraso o pérdida de embarques
Utilidad final = $0.05 - 0.25/bbl ganancias perdidas
Pérdidas Economicas en un Mezclador
SCA – Estimación de Beneficios y GarantíasEstudio y Estimación de Beneficios
Entender (lograr un acuerdo!) los objetivos económicos claveDefinir explícitamente todos los valores relevantes y los costos Identificar las restricciones típicas de la operación Estimar los factores sensibles de la operación (ej. Rendimiento / punto de corte) para esas restricciones (con base a la experiencia, a ser determinadas, perturbación del modelo simulado y/o de las pruebas de la planta)Cuantificar la variación asociada las variables de proceso restringidas (no simplemente debido al sensor o a la medición del laboratorio!)Hacer una suposición razonable para la reducción de la variación alcanzable por el SCA (basado en la experiencia y/o en desempeño del mejor de los operadores vs. el promedio)
Contratos Riesgo/Recompensa, Garantía de desempeño, o Paga-por-Desempeño
Para el SCA los beneficios se pueden ligar con criterios medibles directos de desempeño.
Beneficios económicos
Eliminar cuellos de botella en procesos continuos mediante validaciones más rápidasObtención de un proceso más estable que permite el acercar funciones objetivo a sus restriccionesManejo del perfil en reactoresDeterminación del punto finalAdministración de los cambios de gradoReducción de fluctuaciones en la calidad de productosDisminuir el consumo de energíaReducir los costos en el manejo y control de desperdiciosReducir el impacto ambientalAsegurar el cumplimiento regulatorio y de calidad
Fases de un proyecto de SCAEstudio de la planta y especificación funcionalPruebas de planta e identificación del modeloDiseño e ingeniería de detallePruebas de lazo cerrado internas y aceptación en fábricaLicencias de software e integraciónComisionamiento & Pruebas de aceptación en sitioEntrenamiento del operador & del ingenieroDiseño detallado y Manuales del OperadorSoporte Técnico remoto post-arranque remote y mantenimiento en sitio
“Discovery” Team – Estudios de PlantaRevisar procedimientos de diseño y operaciónEntrevistar personal de planeación, ingeniería de proceso y operaciones.Analizar datos históricos de operación, utilizando herramientas estadísticasauditar instrumentación & controles existentesRecomendar mantenimiento necesario a la I & CRe-sintonizar lazos críticos del procesoDeterminar factibilidad y estimar beneficios de la implementación del SCA
$ Proveer las bases para las garantías de desempeño o para los planes de pago-por-desempeño
Estado operativo de los SCA en PEMEX
PEMEX Refinación - CadereytaPEMEX Refinación - TulaPEMEX Refinación - MaderoPEMEX Refinación - Minatitlán
PEMEX Refinación - SalamancaPEMEX Refinación - Salina CruzPEMEX Gas y Petroquímica - Nuevo PemexPEMEX Petroquímica - CangrejeraPEMEX Petroquímica - Morelos
Proyectos de referencia
El objeto en los proyectos aquí mencionados ha sido o sigue siendo instalar sistemas sofisticados de control de procesos y/o optimización, simuladores dinámicos para entrenamiento y sistemas de información de proceso
PEMEX Refinación - CadereytaUbicación: Cadereyta, N.L.Usuario final: PEMEX RefinacionCliente: Contratista IndependienteUnidad(es): Off sites – Gasoline BlendingInv. Estimada : 10.0 MUSDFecha de la orden: 1994Alcance:
Regulatory Blend Controller (RBC)Advanced Blend Controller (ABC)
Control Distribuído: Fisher ProvoxRazones para no haber terminado el proyecto:
Insolvencia del contratista: falta de pagoProyecto cancelado por PEMEX
Comentarios: ABB ha propuesto a la Refinería la finalizacion de los trabajos
PEMEX Refinación - TulaUbicación: Tula, Hgo.Usuario final: PEMEX RefinaciónCliente: Contratista IndependienteUnidad(es): Planta Destilación Primaria y
Mezclado de Gasolinas Inv. Estimada : 15.0 MUSDFecha de la orden: 1994Alcance:
Regulatory Blend Controller (RBC)Advanced Blend Controller (ABC)Multivariable Controller (MVC)
Control Distribuído: Fisher ProvoxRazones para no haber terminado el proyecto:
Insolvencia del Contratista principalIncapacidad técnica del contratistaProyecto cancelado por PEMEX
Comentarios:Se terminaron los trabajos parcialmente por el fabricante del DCS
Pemex Madero OTS & APC Project
Refineria integrada de 190 MBPDSTAR MVPC, Inferential Property Control, & SimconX OTS para 9 unidades:
CDU / Reformer / 2 FCCsCoker / Alky / HDSH2 / Sulfur
OTS completoAPC incompleto
Guaranteed 1 Year ROI
Otros proyectos en PEMEX
PEMEX Refinación – Otros proyectos sin funcionarPEMEX REFINACIONMADERO (NEW UNITS) DCS APC SIM MES STATUSAtmospheric and Vacuum Distillation Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNDelay Coker Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNAlkylation Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNGas Oil Hydrotreater Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNH2 Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNSulfur Rec. Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNNaphtha Ref Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNFCC 2 Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNMTBE Siemens Teleperm XP ?TAME Siemens Teleperm XP ?
MADERO (REVAMP UNITS) DCS APC SIM MES STATUSFCC 1 Honeywell TDC-3000 Ver 533.1 ABB ABB ? DOWNHydrodesulfur Honeywell TDC-3000 Ver 533.1 ?Atmospheric and Vacuum Distillation I, II Honeywell TDC-3000 Ver 533.1 ?Others ? ?
CADEREYTA (REVAMPS UNITS) DCS APC SIM MES STATUSNaphtha Reformer ? Aspen OSI-PIFCC Siemens Teleperm XP Aspen ABB OSI-PI DOWNHydrodesulfur I, II, III ? Aspen OSI-PIAtmospheric and Vacuum Distillation I, II Siemens Teleperm XP Aspen ABB OSI-PI DOWN
CADEREYTA (OTHERS EXISITING UNITS) DCS APC SIM MES STATUS??????????? ????Gasoline Blending Fisher PROVOX ABB OSI-PI DOWN
Causas del porque no han funcionado
Por proveedor o contratista
ExperienciaLíderes de proyecto del lado del contratista sin experiencia en control de procesos
La Ingeniería tiende a presentar una gran cantidad de revisiones por omisiones, errores, cambios y retrasosFalta de integración de los equipos de ejecución
DCS, APC, Analizadores
Solvencia económica
Por PEMEX
Definición de la Ingeniería de Detalle
Implementación “ambiciosa”de los sistemas: instalar los SDMC, el Control Avanzado y el Optimizador (en el caso del Blending de Gasolinas) provocó una tensión adicional en los recursos disponibles
Cambios en las condiciones de proceso durante el proyecto
Poca atención en la selección de los analizadores de proceso
Referencias de Aplicaciones Exitosas
ABB Simcon - Experiencias acumulada de Aplicaciones Avanzadas:
Proyectos en el mundo >250 OTS, 150 AC&O, & 30 OM&BExperiencia acumulada >300 años hombre de experiencia en proyectos en una amplia gama de procesos industriales, tecnologías y plataformas de control e información.Estudios de Factibilidad y BeneficiosImplementación de proyectos “llave en mano”
Polimeri Europa Porto Marghera490ktpa etileno & 245ktpa propileno, cracker de 15 hornos de nafta/etanoControl de Severidad basado en modelo25 STAR MVPCs incluyendo control de produccion de toda la plantaOPSO/NOVA/PYPS+ CLRTOEquipo de ejecución conjunta de ABB & DOTPresentación de Papel Técnico conjunto ABB, DOT, & PE en la AICHE de la Primavera del 2003
SCA en linea por 18 meses con 95%+ factor de servicio
TPI Rayong200,000 ton/año planta de EB/SM en Rayong, Thailand3 MVPCs para 2 reactores, 5 columna de destilación, compresor, superheater, evaporador “thin film”, y otros equipos de proceso. Entonamiento del control Regulatorio, pruebas preliminares del MVPC, pruebas del proceso y modelado completo en 8 dias. Mayo del 2002 Comisionamiento terminado en 10 dias seguido por la Prueba de Aceptacion en Sitio con un factor del 100% en operación
“ABB far exceeded our expectations by completing the APC commissioning in record time in spite of our instrumentation problems.”HH Lee, Project Manager
TVK Hungary
380,000 ton/año etileno & 220,000 ton/año propileno, cracker de nafta/etanoControl de severidad basado en Modelo para 11 hornos18 STAR MVPCsEquipo de ejecución USA & UK2002 post-audited 4% production improvement doubled performance guarantee
“We took account of ABB’s track record in petrochemicals and its expertise in modeling furnace systems, but our own previous experience with ABB was of more significance. Having used ABB process control in ethylene production for many years, we already had ample clear evidence of their ability to deliver.”Istvan Lorincz, Plant Manager
Preem (Gothenburg, Suecia)
Refineria de 110,000 BPDAlcance de control lazo cerrado:
Control Distribuido/RBC para mezclado en linea de gasolina, gasoleo & combustóleo ABC para control y optimización de propiedades de la mezclaFTIR Avanzado para gasolinas
Rasgos avanzadosOrdenamiento automatico de equiposCorrección del “heel” y “flushing”para la linea de transferencia de 6 kmTiempo de produccion reducido en >30%
““ABC automatically corrects the blend recipe based on analyzer feedback, so most blends areproduced with no violation and minimum giveaway.”
Tomas Astrom,Blend Operations Group
Nuevo Pemex (Villahermosa)Plantas Criogenicas I & II (500MMCFD ea.)Aplicación de MVPC:
Balance de carga en calentadores Estabilizar operacion del demetanizador para mejorar el control de las especificaciones del productoMaximizar velocidad de carga de acuerdo a los limites operativos tales como presion del cabezal principal de carga y velocidad del compresorMaximizar los productos líquidos
Resultados:5% & 9% incremento en la recuperacion de productos liquidos(vs. 3% de la garantia de desempeño)
Barreras para la optimización
Factor Humano
Resistencia del usuario al cambio
Peor aún, inmunidad del usuario a soluciones de control avanzado y al uso de analizadores de proceso
Disponibilidad de Recursos Humanos
Tecnológicas
Plantas no automatizadas en su totalidad
Elementos primarios de medición y analizadores de propiedades físicas y químicas limitados o inexistentes
Mal seleccionados
Elementos finales de control de respuesta limitada y/o manuales
ConclusionesContratación
Responsabilidad “llave en mano”, con la ingeniería básica y de detalle incluídasEl objeto del contrato debe mandar para la selección de un proveedor con la tecnología y con capacidad de contratista o un contratista de propósitos generalesContratación por todo el alcance, sí pero:
Estudio de factibilidadIngenieriaPlaneación de la Procura y Construcción
EjecuciónImplementar una aplicación avanzada requiere mucha interacción con el proceso y una vez alcanzada una operación estable; Es recomendable ejecutar estos proyectos en etapasDesarrollar un grupo de “especialistas” que dirijan las acciones en PEMEX
Conclusiones (cont.)
MantenimientoDefinir responsabilidad clara de mejora continua en la planta, ya sea por Mantto. a Instrumentos o por Producción.
Si no hay un “doliente”, no se da seguimiento
RecursosInvolucrar al operador y jefe de planta
Asignación de un grupo de baja rotación con un líder de grupo
Entrenamiento en todos los niveles