1 Sistemas Instrumentados de SeguridadAplicación de nuevos estándares en hornos de refinación Julio de 2006

2 Introducción La evolución de los criterios en materia de seguridad se ha reflejado en mayores exigencias de las normas que rigen en la industria. Además, hoy se buscan atender los aspectos de diseño, operación y mantenimiento para garantizar la confiabilidad del SIS a lo largo de su ciclo de vida. La implementación de estos avances debe ser balanceada con la realidad del entorno, fundamentalmente en unidades existentes, a fin de evitar que se generen situaciones de mayor inseguridad que las que se buscan minimizar.

3 Definiciones SIS (Safety Instrumented System): Capa automática de protección compuesta por sensores, procesadores lógicos y elementos finales de control, con el fin de llevar la planta a un estado seguro ante condiciones anormales del proceso, buscando proteger las personas, el medio ambiente, los equipamientos y la producción. PES DCS Control de Procesos

4 Reducción Mínima NecesariaDefiniciones SIF (Safety Instrumented Function): Funciones implementadas por el SIS para llevar el proceso a un estado seguro ante un evento peligroso específico. SIL (Safety Integrity Level): Indicador de la función SIF que expresa la probabilidad que un sistema realice satisfactoriamente las funciones de seguridad requeridas bajo todas las condiciones establecidas en un período de tiempo dado. Reducción Mínima Necesaria SIL PFD (Probabilidad de Falla en Demanda) FRR (Factor de Reduc-ción de Riesgo) a > 0.1 < 10 b – c 1 0.1 – 0.01 10 a 100 d 2 0.01 – 0.001 100 a 1000 e – f 3 0.001 – 1000 a 10000 g 4 – 10000 a

5 (última capa automática) (intervención manual)Capas de Protección Respuesta de Emergencia de la Comunidad Respuesta de Emergencia de la Planta Protecciones Físicas (muros de contención) Protección Física (válvulas de alivio) SIS (última capa automática) Alarmas Críticas (intervención manual) PROCESO Control Básico Fuente: Premier Consulting Services

6 Proyectos de SIS desarrollados en Hornos de RefinoRefinería Bahía Blanca Refinería San Lorenzo

7 Refinería Bahía BlancaProyectos de SIS en Hornos Existentes Implementado como parte de una parada programada de 30 días Planta Carga Kcal/h Tipo Quemad. Combus. Puesta Marcha 101-B Topping I Crudo (1820 m3/d) 9 MM Caja de tiro natural 8 Fuel Gas y/o Fuel Oil Jul-2005 201-B Topping II (4100 m3/d) 16 MM Vacío Crudo Reduc. (2300 m3/d) 6 Tiempo de ejecución: 18 meses, correspondiendo los últimos tres a la fase de obra

8 Cilíndrico de tiro naturalRefinería San Lorenzo Proyectos de SIS en Hornos Nuevos Forman parte de un plan de aumento en la capacidad de procesamiento de las plantas: se revampeó un horno y se construyeron tres nuevos Planta Carga Kcal/h Tipo Quem. Combus. Puesta Marcha HH-301 Topping III Crudo (2000 m3/d) 16 MM Cilíndrico de tiro natural 6 Fuel Gas y/o Fuel Oil Ene-2006 HH-201 Topping II (4100 m3/d) 28 MM 12 Jul-2006 HH-801 Vacío I Crudo Red. 8 MM Sep-2006 HH-101 Topping I (2700 m3/d) 5 MM 8 Oct-2006 El proyecto, hasta la puesta en marcha del 1er horno, demandó dos años

9 Etapas de los Proyectos

10 Etapas de los ProyectosCapacitación especializada del personal a cargo del proyecto. Evaluación de Riesgos Identificación, mediante HAZOP, de los posibles peligros para valorarlos según probabilidad de ocurrencia y consecuencias asociadas. Desarrollo de talleres multidisciplinarios para: identificar los posibles riesgos producidos por los proyectos. determinar las funciones SIF, clasificar sus niveles SIL y establecer los objetivos de disponibilidad. Se evalúa: - Seguridad Personal. - Medio Ambiente. - Pérdida de Producción y Daños a equipos. - Consecuencias de ocurrencia de fallas espurias.

11 Etapas de los ProyectosGeneración de la Ingeniería Básica (incluye la elaboración de la Matriz de Causa-efecto). Evaluación de los productos y proveedores de servicios disponibles en el mercado. Diseño de las características del SIS - Generación de la Especificación Técnica. Selección de los componentes del SIS (PES, sensores, etc.). Diseño del Programa de Mantenimiento para garantizar la integridad y confiabilidad del sistema durante el ciclo de vida (procedimientos de chequeos, reparaciones, bypasses, etc.).

12 Etapas de los ProyectosTareas de pre-Paro: Obras de campo, configuraciones, FAT. Tareas durante el Paro: montajes, prueba de lazos, SAT. Capacitación de operadores e instrumentistas. Puesta en Marcha y asistencia posterior.

13 Características PrincipalesSensores de llama: Se utilizaron los de tipo flame-rod por no comprobarse confiabilidad de ningún método para el caso de quemadores con fuel oil. De no dar resultado, el pasaje a los de tipo ópticos sólo requiere el cambio del elemento primario. Resolutor de lógica: Se optó por PES con certificación SIL-3 de votación 2oo3. Fueron instalados dentro de salas de campo. Montaje: Se utilizaron canalizaciones e identificaciones (tags) independientes a los del sistema de control. Para facilitar la diferenciación, los componentes del SIS fueron pintados de naranja. El mismo color se adoptó para la cobertura de los multipares y fibras ópticas.

14 Montajes en Campo

15 Características PrincipalesBypasses de mantenimiento Permite realizar tareas de mantenimiento de los iniciadores sin interrumpir la operación del horno. Requiere accionar una llave física en el gabinete del PES para luego seleccionar el tag deseado en una pantalla del DCS. Esta operatoria está regida por un procedimiento y requiere la autorización, renovable diariamente, del gerente de planta. Sólo es posible efectuar el by-pass de a un iniciador por vez.

16 Matriz Causa-Efecto / Habilitación de by-passes

17 Características PrincipalesPantallas en DCS Control: Contiene las variables y controles necesarios para la operación del horno. SIS: Muestra las variables de los iniciadores, la posición de las válvulas, y el estado de los detectores de llama. Matriz Causa-efecto: Además de la relación entre iniciadores y actuadores, indica el primer evento del trip (first-out) y permite seleccionar el iniciador a bypassear. Secuencias: Brinda una representación dinámica de la situación de la lógica para facilitar las tomas de decisión en caso de emergencias.

18 Pantallas en DCS: Secuencias

19 Principales Conclusiones

20 Lecciones Aprendidas No subestimar el factor humano ni los aspectos culturales sobre usos y costumbres al diseñar sistemas más complejos. Incluir el aspecto operativo en el programa de capacitación. Maximizar los recursos para la inspección de los montajes de campo. Este rubro es el que presentó mayores dificultades. Planificar cuidadosamente las interfaces entre diferentes contratistas a fin de evitar situaciones de “tierra de nadie”. Priorizar el uso de protocolos de bajo nivel en las interfaces entre el PES y el DCS. El Modbus resultó más confiable que el OPC. Utilizar cableado directo para las señales de bypasses operativos del DCS a los PES, en lugar de protocolos de comunicación.

21 Aspectos más importantes en la implementación de un SIS:Conclusiones Aspectos más importantes en la implementación de un SIS: Calidad y certificación de los instrumentos y actuadores. Confiabilidad del montaje de equipos y canalizaciones. Servicios por parte de empresas con probados antecedentes en SIS. Capacitación intensiva del personal y actualización de Procedimientos. La parte más difícil, y onerosa, de una obra de SIS es la correspondiente a los elementos de campo. La tecnología del PES no resulta un aspecto determinante, siempre y cuando cuente con la certificación del SIL requerido, y el proveedor demuestre experiencia e infraestructura local.

22 Conclusiones Es esencial crear un programa, y los recursos necesarios, para garantizar el nivel de integridad del SIS durante su ciclo de vida. Debe establecerse la frecuencia de las auditorías. Es necesario dejar claro el espíritu de las nuevas normas basadas en performance (IEC-61508/11), y su diferencia con los estándares prescriptivos como la NFPA. Estos indican las funciones que deben implementarse, mientras que las primeras permiten determinar cómo implementarlas para mantener su eficiencia durante el ciclo de vida del SIS. Contemplan el impacto sobre las personas, el medio ambiente y equipos, sin desestimar el costo de implementación versus pérdidas de producción por fallas espúrias.

23 Conclusiones Es vital la participación activa de todos los sectores de la planta (Operaciones, Mantenimiento, Procesos, CSMS) en el grupo de desarrollo de los proyectos. Especialmente operadores de consola e instrumentistas. Si bien el SIS debe cubrir todas las funciones de seguridad requeridas, no hay que perder de vista que a mayor complejidad del sistema mayores serán los desafíos y recursos para mantener su confiabilidad y disponibilidad operativa.

24 Muchas gracias ! [email protected]

25 Sala Local de Campo

26 Pantallas en DCS: Control

27 Pantallas en DCS: SIS

28 Ejemplo de Matriz Causa-efectoHORNO 101-B EFECTO Bloqueo GP + Venteo Bloqueo FG Bloqueo FO Hab. Vapor de Ahogado Abrir Damper Hab. Vapor Emerg. Ramas SIF SIL Votación CAUSA Paro Manual S- HS-106A X - 1oo2 Muy Baja Presión Gas Piloto S-PT-17 1c 2 2oo3 Muy Alta Presión Gas Piloto 1d Muy Baja Presión Fuel Gas S-PT-170 Muy Alta Presión Fuel Gas Muy Alto Nivel KO Drum S-LT-199 3d 1 1oo1 Muy Bajo Caudal en Ramas S-FT-199A/B 2a DCS

29 SRS (Safety Requirement Specification)Detalla los requerimientos que debe incluir la especificación del SIS una vez establecido el SIL de cada función de seguridad. Lista de las funciones instrumentadas de seguridad requeridas, con los correspondientes SIL. Diagramas P&I y hojas de datos de proceso e instrumentación. Información del proceso y filosofías de operación. Consideraciones sobre falla de modo común en el proceso. Requerimientos regulatorios que impactan al SIS. Consideraciones sobre aspectos operativos y de mantenimiento. Confiabilidad requerida ante el caso de fallas espurias. Detalle de todos los comportamientos requeridos del SIS.

30 Relevamiento de los SIS existentes Transmisores analógicosRequerido / aplicado Iniciadores Tipo switch Transmisores analógicos Propensos a fallas ocultas Sin diagnóstico en servicio Sin redundancia diversa Independientes de los del DCS Igual rango a los del DCS Instrumentos certificados Resolutor de lógica DCS PES No diagnostica fallas ocultas Hw y Sw no certificados para SIS No-independiente del Ctrl. de proceso Tecnología TMR Con certificación IEC (SIL-3 Elementos finales de control Solenoides Algunas del tipo de bloqueo directo Con rearme manual mecánico Algunas con acción energize to trip Sin certificación Con certificación IEC (SIL-4) Desenergizan para el trip De tres vías y sin rearme manual De 24 Vcc baja potencia Válvulas Sin suficientes fines de carrera Válvulas sin clase de cierre apropiado Fines de carrera duales (reel switches) Válvulas para gas con cierre clase VI Actuadores, simple efecto y ret. a resorte Det. de llama Sin detectores de llama Sensores del tipo flame-rod (fail-safe) Ignición Operación manual por hisopo Ignición comandada a distancia Alarmas Gobernadas por DCS Directas y/o gobernadas por el PES SIL resultante < 1  2

31 Planilla de Clasificación de SIFGráfico de Riesgo

32 Ejemplo de Planilla SIFFunción Instrumentada de Seguridad Modo: OPERACIÓN (causas asociadas en la matriz causa-efecto) Acción sobre el proceso 1 Evitar mezcla explosiva en el hogar a Muy baja presión de gas principal (falta de llama en el quemador) Cortar gas principal b Muy alta presión de gas principal c Muy baja presión de gas piloto (falta de llama en el piloto) Cortar gas piloto y combustibles + habilitar barrido con vapor d Muy alta presión de gas piloto 3 Evitar incendio en el hogar Muy baja presión de fuel oil Cortar fuel oil Muy alta presión de fuel oil

33 Standards & Codes 1.3.36* Code. A standard that is an extensive compilation of provisions covering broad subject matter or that is suitable for adoption into law independently of other codes and standards. * Appendix A: Explanatory Material. The decision to designate a standard as a “code” is based on such factors as the size and scope of the document, its intended use and form of adoption, and whether it contains substantial enforcement and administrative provisions. Recommended Practice. A document that is similar in content and structure to a code or standard but that contains only nonmandatory provisions using the word “should” to indicate recommendations in the body of the text. Standard. A document, the main text of which contains only mandatory provisions using the word “shall” to indicate requirements and which is in a form generally suitable for mandatory reference by another standard or code or for adoption into law. Nonmandatory provisions shall be located in an appendix, footnote, or fine-print note and are not to be considered a part of the requirements of a standard.