OptiRamp Soluciones para el Control de Turbomáquinas

Transcripción

1 OptiRamp Soluciones para el Control de Turbomáquinas Aplicaciones para turbomáquinas sobre plataformas independientes

2 Controlador de Turbina de Gas Controlar las turbinas de gas de acuerdo a las especificaciones de los fabricantes y a las mejores prácticas es crítico para una operación segura y eficiente. S&C se especializa en soluciones de ingeniería que se adaptan a cualquier necesidad de control para las mayoría de las plataformas de sistemas de control de mercado. El controlador de Turbina de Gas de S&C incluye varios PIDs para posicionar de manera precisa la válvula de gas combustible, los guide vanes y-o nozzles de la máquina para mantener la velocidad de la turbina de potencia en el valor requerido o de referencia en función de las siguientes variables: Velocidad del eje de alta presión Velocidad del eje de baja presión Temperatura de los gases de escape Presión de descarga del compresor Velocidad de la turbina de potencia Posición máxima/mínima de la válvula de gas combustible Límites de aceleración/desaceleración Lazos de control adicionales pueden ser configurados por medio del módulo de lazos múltiples de S&C. De manera de asegurar una operación segura, confiable y precisa dentro de la tolerancia establecida es posible usar múltiples sensores velocidad para generar un único valor para calcular el término de error en la medición. Normalmente S&C integra su solución dentro del control general del tren de máquinas, eliminando la necesidad de procesadores de control de combustible, racks y fuentes de energía dedicados. Este enfoque resulta en un aumento de la disponibilidad y confiabilidad del control del tren así como en una reducción de costos. 2

3 Controlador de Turbina de Vapor El controlador de Turbina de Vapor de S&C está diseñado para operar todos los tipos de sistemas de control de turbinas de vapor. Este controlador incluye lógica y algoritmos específicamente diseñados para el arranque, paro, control y protección de compresores, bombas, generadores y otros equipos industriales impulsados por turbinas de vapor. Los algoritmos procesan múltiples lazos PID para controlar la posición de la válvula/s del regulador para mantener la velocidad de referencia de la turbina de potencia en función de las siguientes variables: Control de velocidad Control de carga Protección de rechazo de carga Caracterización de flujo Pre-calentamiento Pruebas de los sistemas de protección Protección sobre-velocidad Prueba de válvulas Lazos de control adicionales pueden ser configurados mediante el módulo de múltiples PIDs de S&C. Para el caso de turbinas con extracción con etapas de alta y baja presión, el control de S&C mantiene la velocidad/potencia de la turbina y la presión/caudal de la extracción controlado la posición de la válvula del regulador y de la extracción. Para estabilizar el proceso de interacción entre estas dos válvulas, se utilizan algoritmos que calculan la acción de control combinada en función del mapa de rendimiento de la turbina. En el caso de muchas turbinas chicas los actuadores con tecnología electrónica moderna permiten eliminar la necesidad del mantenimiento intensivo requerido por los sistemas hidráulicos. Para turbinas grandes que aún requieren de actuadores hidráulicos, los actuadores hidráulicos con controladores con microprocesadores pueden proveer una respuesta más rápida y un control más preciso. S&C puede proveer el diseño, reacondicionamiento (retrofit) y la solución de control en forma completa incluyendo la puesta en marcha para proyectos de actualización tecnológica y reemplazo por nuevas tecnologías. Normalmente S&C integra su solución dentro del control general del tren de máquinas, eliminando la necesidad de procesadores de control de combustible, racks y fuentes de energía dedicados. Este enfoque resulta en un aumento de la disponibilidad y confiabilidad del control del tren así como en una reducción de costos. 3

4 Controlador Anti-Bombeo La función principal de la Aplicación de Control Anti-Bombeo (o surge) (Surge Prevention Controller Application [SPCA]) es el control del flujo de gas en el compresor para prevenir el surge, evitando daños potenciales a los equipos y disturbios en el proceso. Cuando el programa detecta que el punto operativo del compresor se está aproximando a una condición de surge, la aplicación abre y comienza a regular la válvula de control de surge para recircular (o ventear) el gas aguas abajo, previniendo que el compresor entre en surge. SPCA utiliza técnicas avanzadas para determinar de manera precisa que tan cerca el compresor está operando en el límite de surge. Esta distancia es una función de la relación de compresión, de la medición de caudal y de la velocidad del compresor, así como de la composición, presión y temperatura del gas. La Aplicación usa diferentes algoritmos para determinar cómo se modifica el límite de surge ante cambios de las condiciones de proceso. Abrir y cerrar la válvula de control de surge en el tiempo, velocidad y apertura justa es una función de balance delicado y complicado. Si la válvula se abre de más, el surge es evitado, pero se gasta de manera innecesaria energía. Por el contrario, si el control es demasiado conservativo, se podrá ahorrar energía, pero se podría generar eventos de surge. SPCA incorpora dos niveles de control PIDs (Control de Surge y Control Mejorado de Surge [Surge Control y Enhanced Surge Control]) para actuar de manera en el tiempo justo y en la cantidad adecuada para maximizar el mapa operativo y tener una protección confiable. Además, en el caso que se produzca un evento de surge debido a una perturbación del proceso, el programa automáticamente aumenta los márgenes de seguridad de manera de prevenir un segundo evento y envía una alarma para notificar al operador. El funcionamiento del SPCA puede ser calibrado de acuerdo a las especificaciones del fabricante y del mapa del compresor, o por medio de una prueba de campo para determinar las características reales de rendimiento y surge del compresor teniendo en cuenta las condiciones de la instalación. El SPCA le simplifica la calibración al ingeniero de campo por medio del registro de los eventos de surge y sus condiciones, y definiendo parámetros en forma automática. Un mapa dinámico de rendimiento con el punto operativo y las líneas de defensa del surge pueden ser visualizados en los paneles locales y en las pantallas del DCS. Como todas las soluciones de turbomaquinaria de S&C, el SPCA puede operar sobre las plataformas de hardware y software de los principales fabricantes de controladores de procesos. 4

5 Control de Estación S&C ofrece una solución completa y llave en mano para el sistema de control de estación, incluyendo la ingeniería, el diseño, la integración, la verificación, el comisionado y la puesta en funcionamiento tanto para compresores alternativos como centrífugos impulsados por diferentes equipos como motores eléctricos, turbinas o motores a explosión. La solución alcanza también los sistemas auxiliares, equipos de medición y visualización de proceso, sistemas de alarmas y todo otro sistema o característica necesaria para la correcta implementación. El principal objetivo del control de estación es mantener las variables controladas en sus valores de referencia (o set point ). Normalmente la variable principal a controlar es alguna de las siguientes: Presión de descarga de la estación Presión de succión de la estación Relación de compresión de la estación Caudal de la estación Para el caso de estaciones con varias unidades, esten estas en serie, paralelo o combinadas, algoritmos determinan la distribución de la carga de manera de lograr un control estable y eficiente. Controles y límites adicionales pueden también incorporarse al sistema. El sistema de control de estación puede interconectarse con OptiRamp, el sistema avanzado de control y despacho de S&C o ADCS (Advanced Dispatch Control System) para lograr otros objetivos operativos como ahorrar energía y/o maximizar el transporte. OptiRamp es un modelo estadístico que identifica mejora de eficiencia en tiempo real por medio de una análisis multidimensional que determina la distribución de cargas y escenarios operativos óptimos. Los comandos de arranque/paro y control de consignas de referencia pueden ser visualizados en los HMI como sugerencia para un ingreso manual por parte del operador o pueden ser usados en forma automática en un control de lazo cerrado. 5

6 Control de Generación de Energía y Estación Para el caso de turbinas de gas y de vapor usadas para la generación de energía, la solución de control de S&C incluye algunas características adicionales: Capacidad de control manual de la velocidad Protección por sobre-velocidad y velocidad crítica Secuencia automática de arranque y paro Preciso control de extracción Control de carga para el sincronismo de múltiples generadores Modos de control de Droop (control de potencia activa), caracterización de la válvula de Droop (control de posición) y control isócrono (control de frecuencia) para el sistema de control La solución de control de estación para la generación de energía provee dos formas de control críticas: Control de Potencia Activa/Frecuencia (P/F) limita el intercambio de potencia activa con la red eléctrica, asegura una distribución de carga proporcional (MW) entre los generadores y controla la frecuencia en el caso de condiciones de generación en isla Control de Potencia Reactiva/Tensión (Q/V) regula la tensión de la barra de tensión, asegura una distribución de carga reactiva proporcional (MVAR) entre los generadores y transformadores y limita la potencia reactiva intercambiada con la red eléctrica 6

7 Simulación Dinámica y Control Avanzado de Procesos Mientras que el control de turbomáquinas de S&C representa la solución más completa y flexible de la industria, la capacidad de interconectar estas soluciones con OptiRamp, la solución de control de procesos avanzado de S&C, realmente posicionan a S&C más adelante que el resto de los proveedores. OptiRamp, basado en un complejo modelo estadístico, permite una amplia gama de funcionalidades, análisis y lógicas de control. Los siguientes servicios basados en OptiRamp se encuentran disponibles en todas las aplicaciones de turbomaquinaria: Crear, diseñar y estudiar el diseño real del proceso para múltiples condiciones de proceso en modos estático y cambios de estado transitorios Verificar todas las funcionalidades del control por medio de una simulación dinámica en una etapa previa a las pruebas en fábrica (FAT) Verificar la selección y el dimensionamiento de los equipos previo a la compra OptiRamp es una herramienta potente para el incremento de la eficiencia del proceso, disminuir costos de energía, aumentar la capacidad de procesamiento, disminuir emisiones, monitorear el rendimiento de los equipos y muchos otras aplicaciones. Para información adicional referirse a los folletos de OptiRamp. 7

8 4401 Westown Parkway, Suite 124 West Des Moines, IA Phone: Fax: Statistics & Control, Inc., (S&C) tiene una herencia y experiencia sólida en el diseño y provisión de soluciones de control robusto, confiable y eficiente de turbomaquinaria para un amplio rango de industrias. Las soluciones de S&C funcionan sobre la mayoría de las plataformas de hardware y software de control de los principales fabricantes que cumplan con la norma IEC 61131, como Siemens, Rockwell Automation, ABB, GE Fanuc, Honeywell, Toshiba y Yokogawa. S&C también ofrece el diseño de los HMI para los paneles de control local y para la integración con el DCS en todas las plataformas operativas típicas. S&C se especializa en ingeniería, programación, simulación y análisis dinámico personalizado. Siemens, Rockwell Automation Allen-Bradley son marcas registradas de sus respectivos dueños ES