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INSTRUMENTACIÓN II
CONTENIDO
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2.1. DESARROLLO DE LA INGENIERIA FILOSOFÍA DE CONTROL Este documento forma parte de la Ingeniería Básica que permite conocer los principales aspectos y factores inherentes al diseño del proceso. Para lograr una mejor estabilidad y óptimo funcionamiento de la planta, se deben tomar en cuenta: Las variables de operación y control del proceso, como son presión, flujo, temperatura y nivel.
OBJETIVO: Al término de esta unidad, el alumno será capaz de: Conocer, usar e interpretar adecuadamente la simbología y normatividad dentro del control de procesos en lo que se refiere a diagramas de tubería e instrumentación.
DIAGRAMA DE TUBERÍA E INSTRUMENTACIÓN (DTI) El Diagrama de Tubería e Instrumentación (DTI) es el punto de partida para el desarrollo de la Ingeniería Básica y de Detalle. Los documentos requeridos para la generación de un DTI son los siguientes:
Diagrama de flujo de proceso. Balance de materia y energía, incluyendo las propiedades fisicoquímicas de cada una de las corrientes del proceso, así como de los servicios auxiliares (agua, aire luz, gas, etc.) Información complementaria (condiciones máximas y mínimas de operación), la cual es proporcionada por el cliente, por el proveedor, o por el mismo diseñador. Memoria de cálculo de los equipos de proceso.
En el DTI se representan los equipos que formarán parte de la transformación de la materia prima en el producto deseado, así como las tuberías que transportarán esta materia prima y los servicios auxiliares. Tomando en cuenta que como diseño de ingeniería se deberá representar la(s) llegada(s) del lado izquierdo del DTI y la(s) salida(s) del lado derecho. De igual forma debe ser representada toda la instrumentación que permitirá llevar a cabo el monitoreo y control de cada una de las variables del proceso y los diferentes tipos de señalización empleados en la comunicación de la instrumentación de campo con el sistema de control y de este a los elementos finales de control, de acuerdo con las normas y estándares de ingeniería. Cabe señalar que es responsabilidad del ingeniero instrumentista y de los integrantes del Proyecto determinar la instrumentación adecuada para:
El control de las variables del proceso. Contar con los dispositivos que garanticen la seguridad del sistema. Tener la instrumentación para dar seguimiento a la operación de los equipos. Representar el grado de automatización del sistema. Determinar la interacción con el equipo motriz.
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El DTI contiene la siguiente información:
Condiciones de operación (presión, temperatura, nivel, etc.). Capacidades de los equipos de proceso. Dimensiones de los equipos de proceso. Tubería para la interconexión del equipo (tamaño, identificación del tipo del fluido que maneja, identificación de tubería y la especificación de la tubería).
Las disciplinas que intervienen para la realización de un DTI son: Procesos Instrumentación Tuberías Eléctrico Mecánico
La instrumentación que integra el sistema (la identificación de la instrumentación debe estar de acuerdo con el estándar "ISA-S5.1 INSTRUMENTACION SYMBOLS AND IDENTIFICATION, INSTRUMENT SOCIETY OF AMERICA "), así como la conducción de señales indicando con quien interactúa (otros instrumentos, cuarto de control de motores CCM, sistema de control y adquisición de datos SCADA, sistemas digitales de monitoreo y control SDMC, etc.). La ingeniería de un proyecto se realiza en diferentes etapas, las más importantes son:
Ingeniería Conceptual Ingeniería Básica Ingeniería de Detalle Ingeniería de cómo se Construyó (As-Built)
Ingeniería Conceptual. Durante esta etapa, se define en forma general el alcance del trabajo que se desarrollará, en base a las necesidades del cliente y a las Normas y Estándares aplicables al tipo de proyecto. Ingeniería Básica. Esta etapa debe iniciar y continuar con las siguientes actividades:
Junta de arranque del proyecto entre el personal del cliente y el personal de las distintas disciplinas que intervendrán en la ejecución del proyecto, con el fin de que se establezcan los lineamientos que deben seguirse a lo largo de la ejecución del proyecto. Levantamiento físico en campo, que servirá para recopilar toda la información necesaria que será utilizada como base del proyecto. Se definirán los equipos que se utilizarán para transformar la materia prima en el producto terminado que se desea. Se definirán los equipos que servirán para la disponibilidad de los servicios auxiliares Se establecerá la instrumentación básica que permitirá tener un monitoreo y control preciso de las variables que intervendrán en el proceso y en los servicios auxiliares Las tuberías que servirán para transportar la materia prima, productos y servicios auxiliares.
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Elaboración de Diagramas de Flujo Elaboración de Diagramas de Tuberías e Instrumentación (DTI’s)
Ingeniería de Detalle. Se especifican en forma detallada todos los equipos, accesorios, instrumentos y tuberías que se propusieron en la Ingeniería Básica. A continuación se enlistan las disciplinas que generalmente intervienen en un proyecto indicando la documentación que genera cada una de ellas:
PROCESO:
Diagramas De Tuberías e Instrumentación (DTI’s) Hojas de Datos de los Equipos de Proceso (Bombas, Filtros, Separadores, Compresores, Recipientes, Cisternas, Fosas, Cárcamos, etc.) Memorias de Cálculo de Equipos (Bombas, Quemadores Elevados, etc.) Asignación del Número de línea en los DTI’s Índice de líneas Filosofía de Control (Filosofía de Operación)
TUBERÍAS:
Arreglos de Tuberías (Plantas y Elevaciones) Isométricos de tuberías Especificaciones de Tuberías Elaboración del Volumen de Obra
ELÉCTRICO:
Plano de Clasificación de Áreas Planos de Rutas de Señales Eléctricas Planos de Cédulas de Cable y Tubo Conduit Planos del Sistema de Tierras Diagramas Unifilares Arreglos del Centro de Control de Motores (CCM’s) Especificaciones de Equipo Eléctrico (Transformadores, CCM’s, Alumbrado, Sistema de Tierras, Pararrayos, etc.) Arreglos de Equipo en Cuarto Eléctrico Elaboración del Volumen de Obra
MECÁNICO:
Arreglos de Equipo Orientación de boquillas en Tanques y Recipientes
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Índice de Instrumentos Típicos de Instalación Diagramas de Alambrado Diagramas Lógicos de Control Diagramas de Control Eléctrico (Diagramas Esquemáticos de Control) Diagramas de Lazo Arreglos de Equipo en Cuarto de Control Especificaciones de Instrumentos Especificaciones de Tableros de Control Especificaciones de los Sistemas de Control Memorias de Cálculo para Válvulas de Control Memorias de Cálculo para Válvulas de Seguridad Memorias de Cálculo para Válvulas Reguladoras de Presión Memorias de Cálculo para Medidores de Flujo Elaboración de Volumen de Obra
Ingeniería de cómo se construyó (As- Built).- Es la ingeniería que se genera durante la construcción por ajustes de la ingeniería de detalle.
INDICE DE INSTRUMENTOS El índice de Instrumentos es un documento que forma parte de la ingeniería de instrumentación y control contenida en el libro de proyecto, tiene como objetivo ordenar, controlar y resumir la información de toda la instrumentación que existe en el proyecto para facilitar su manejo tanto en la etapa de diseño, construcción, como en la de operación y mantenimiento. Los documentos requeridos para generar el índice de instrumentos son los siguientes: • •
Hojas de especificaciones de instrumentos. Diagrama de tubería e instrumentación.
El índice de instrumentos es el sumario de todos los instrumentos requeridos por el proceso y servicios auxiliares y se agrupan por lazo de control, contienen la siguiente información: • • •
• • • • • •
Nomenclatura de los instrumentos Identificación del circuito de control. Componentes (cada uno de los instrumentos y/o dispositivos de control que integran el circuito de control). Localización. Diagrama de tubería e instrumentación donde se representa el circuito de control. Número de línea o equipo. Diagrama de lazo de control. Hoja de especificación de instrumentos. Dibujo típico de instalación y montaje de instrumentos.
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INDICE DE INSTRUMENTOS IDENTIFICACIÓN
SERVICIO
LOCALIZACIÓN
D.T.I
No DE LINEA DE EQUIPO
HOJA DE ESPECIFICACIÓN
TÍPICO DE DIAGRAMA DE INSTALACIÓN LAZO
PLANTA: LOCALIZACIÓN: PROYECTO No:
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OBSERVACIONES
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HOJAS DE ESPECIFICACIÓN DE INSTRUMENTOS En función de las variables que determinan el proceso se requiere calcular, seleccionar y especificar la instrumentación adecuada para garantizar la eficiencia operativa de los equipos y mantener la seguridad de los recursos. La especificación de la instrumentación es función del proceso y del grado de automatización requerido en el proyecto, para elaborar las Hojas de Especificación de Instrumentos se debe contar con la siguiente información:
Diagrama de flujo de proceso. Balance de materia y energía (con propiedades fisicoquímicas de cada una de las corrientes). Información complementaria. Hojas de datos de los equipos de proceso. Diagrama de tubería e instrumentación. Catálogos técnicos de los instrumentos. Bases de diseño para la instrumentación y del sistema de control. Formatos de las hojas de especificaciones de instrumentos.
Para su generación es necesario efectuar el cálculo de los elementos primarios de medición, válvulas de control, válvulas de seguridad, etc. Los cálculos son desarrollados en base a los procedimientos de cálculo de los fabricantes, estándares de ingeniería, códigos y normalizaciones internacionales (AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE, AMERICAN GAS ASSOCIATION, INSTRUMENTS SOCIETY OF AMERICA, etc.). La ISA a desarrollado los formatos para la especificación correcta de la instrumentación del proyecto, por lo tanto son usados y reconocidos por las firmas de ingeniería el estándar " ISAS20 SPECIFICATION FORMS FOR PROCESS MEASUREMENT AND CONTROL INSTRUMENTS, PRIMARY ELEMENTS AND CONTROL VALVES OF INSTRUMENTS SOCIETY OF AMERICA". (A menos que el cliente indique otra cosa) Entre los elementos más comunes que se deben considerar en la selección de un instrumento son los siguientes:
Elemento sensor Rango del elemento Condiciones de servicio (presión, temperatura, flujo, densidad, etc.). Materiales. Tamaño y tipo de conexiones. Señal de instrumento. Clasificación eléctrica del instrumento
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Una vez generadas las hojas de especificación de instrumentos se procede a generar las requisiciones para la compra de los mismos, y se inicia con estos los dibujos típicos de instalación y montaje.
TÍPICOS DE INSTALACIÓN Y MONTAJE DE INSTRUMENTOS El dibujo Típico de Instalación y Montaje es necesario para definir los materiales y accesorios mecánicos para la soportería y montaje del instrumento y su interconexión al proceso; y eléctricos para la acometida de la señal y el suministro. Una vez elaborados estos planos se generen las requisiciones del material mecánico y eléctrico. Este documento es indispensable en la etapa de construcción del proyecto, ya que la instalación de los instrumentos se debe apegar al típico de instalación y montaje. Para generar el dibujo típico de Instalación y Montaje de instrumentos se requiere la siguiente información:
Diagramas mecánicos de los equipos de proceso. Hojas de datos de los equipos de proceso. Diagrama de tubería e instrumentación. Hojas de especificación de instrumentos. Información del fabricante del instrumento (catálogo técnico). Especificación de la tubería.
En un dibujo típico de instalación se representa al instrumento y sus conexiones al proceso así como los materiales de acuerdo a las especificaciones de tuberías y a la variable de proceso flujo, nivel, presión, temperatura, análisis, suministro eléctrico o neumático, soportería, etc. La información que contiene el típico de instalación y montaje es la siguiente:
a).- Arreglo de Nivel Se genera a partir de las hojas de datos del equipo de proceso donde se determina el tamaño de las boquillas para los instrumentos, indica el nivel de operación, alarma por alto, alarma por bajo, nivel de paro, etc. En el diagrama mecánico del equipo se determina la localización y tipo de boquillas donde se instalará el árbol de retención de nivel, su función es evitar hacer muchas boquillas en el recipiente.
Indicadores de nivel Transmisor Controlador Interruptores
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b).- Materiales Identificación, tamaño, cantidad y especificación de los materiales requeridos para la interconexión mecánica del instrumento al proceso, con otros instrumentos, su montaje (soportaría) y la integración al sistema eléctrico, formando los siguientes grupos: Válvulas (compuerta, globo, aguja, manerales, etc.). Tubería (tubing, tubería de proceso, de soportaría, etc.) Conexiones (niples, copies, tees, weldolets, sockolets, reducciones, codos, etc.). Bridas. Juntas. Tornillería (abrazaderas, espárragos, pernos, tuercas, etc.). Conectores (para interconexión de tubing a tubing, tubing a rosca macho o hembra). Accesorios eléctricos (sellos condulets, coples flexibles, tuerca unión, reducción, cajas de registro, etc.). Normalmente se toma como base para su elaboración el " API-RP-550 PART y AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE, RECOMMENDED PRACTICE, MANUAL ON INSTALLATION OF REFINERY INSTRUMENTS AND CONTROL SYSTEMS, PART Y PROCESS INSTRUMENTATION AND CONTROL", así como en la información técnica del fabricante.
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