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PDVSA N TíTULO

REV. FECHA DESCRIPCIÓN PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

VOLUMEN 9–II

PDVSA, 2005

K–337 AUTOMATIZACIÓN DE CALDERAS,CALENTADORES Y HORNOS

Emisión Original

Norma Vivas Héctor LozadaMAY.15 MAY.15

ESPECIFICACIÓN DE INGENIERÍA

AGO.94

DIC.99

MAY.15 M.T.

Y.K.

L.T.

3

2

0

Revisión General

Revisión General 84

26

21

N.V.

A.A.

E.J.

H.L

J.E.R.

A.N.

MANUAL DE INGENIERÍA DE DISEÑO

ESPECIALISTAS

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AUTOMATIZACIÓN DE CALDERAS,CALENTADORES Y HORNOS

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Índice1 OBJETIVO 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1 Petróleos de Venezuela, S.A. – PDVSA 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.2 National Fire Protection Association – NFPA 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3 American Society for Testing and Materials – ASTM 7. . . . . . . . . . . . . . . . .3.4 American Petroleum Institute – API 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.5 American National Standards Institute / International Society

of Automation – ANSI/ISA 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3.6 American Society of Mechanical Engineers – ASME 7. . . . . . . . . . . . . . . . .3.7 Modo de Uso de las Normas de Referencias en Esta Norma Técnica 7. .

4 DEFINICIONES 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1 Aire de Combustión 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.2 Aire de Exceso 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3 Anti–Reset (Anti–Winup) 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4 Atomizador 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.5 Baipás (Bypass) 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.6 Bridgewall 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7 Burner Management System (BMS) 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.8 Caldera 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.9 Calentador 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10 Continuous Emissions Monitoring Systems (CEMS) 9. . . . . . . . . . . . . . . . .4.11 Control de Combustión 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.12 Compuerta Auxiliar para Tiro Natural (Dropout Door) 9. . . . . . . . . . . . . . . . .4.13 Corte de Combustible 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.14 Damper 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.15 Detector de Llama 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.16 Fuel Oil 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.17 Furnace 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.18 Gas Combustible 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.19 Gas Natural 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.20 Generador de Vapor 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.21 Generador de Vapor por Recuperación Térmica 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.22 Llama 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.23 Llama Mínima 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.24 Mal Funcionamiento 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.25 Medio de Atomización 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.26 Override 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


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4.27 Pérdida Parcial de Llama 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.28 Período de Intento de Ignición del Piloto 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.29 Período de Intento de Ignición del Quemador 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.30 Permisivo 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.31 Permisivo de Seguridad 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.32 Piloto 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.33 Piloto Clase 1 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.34 Piloto Clase 2 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.35 Piloto Clase 3 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.36 Piloto Clase 3 Especial 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.37 Piloto Continuo 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.38 Piloto Intermitente 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.39 Piloto Interrumpido 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.40 Prueba 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.41 Purga 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.42 Poder Calorífico 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.43 Quemador 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.44 Quemador de combustible dual 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.45 Registro 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.46 Sistema Continuo de Monitoreo de Emisiones (SCME) 13. . . . . . . . . . . . . . .4.47 Sistema de Control 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.48 Sistema de Prueba de Válvula 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.49 Temperatura de Bridgewall 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.50 Temporizador de Límite de Tiempo de Encendido 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.51 Tiro 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.52 Tiro Alto 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.53 Tiro Bajo 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.54 Tiro Balanceado 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.55 Tiro Forzado 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.56 Tiro Inducido 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.57 Tiro Natural 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.58 Válvula de Aislamiento de Equipo 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.59 Válvula Principal de Corte de Gas 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.60 Varilla Rectificadora de Llama 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.61 Ventilador de Tiro Forzado (FD) 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.62 Ventilador de Tiro Inducido (ID) 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.63 Zona de Convección 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.64 Zona Radiante 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 REQUERIMIENTOS BÁSICOS DE DISEÑO E INSTALACIÓN 14. . .

6 REQUERIMIENTOS OPERACIONALES BÁSICOS 20. . . . . . . . . . . . .6.11 Modo de Operación 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


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7 SISTEMA SUMINISTRO DE COMBUSTIBLE 24. . . . . . . . . . . . . . . . . .

7.1 Presión del Combustible 25. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.2 Flujo del Combustible 25. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3 Configuración del Sistema de Suministro de Combustible 25. . . . . . . . . . . .7.4 Suministro Principal de Combustible 25. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.5 Resumen Alarmas y Protección Sistema Combustible 33. . . . . . . . . . . . . . .

8 SISTEMA SUMINISTRO DE AIRE DE COMBUSTIÓN 34. . . . . . . . . .8.1 Temperatura Precalentador Aire Combustión

(Precalentador Regenerativo) 34. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.2 Presión del Aire de Combustión 35. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.3 Flujo de Aire de Combustión (Aplica Solo

para Unidades de Tiro Forzado y Balanceado) 35. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.4 Resumen Alarmas y Protección Sistema Aire de Combustión 36. . . . . . . . .

9 SISTEMA DE PILOTOS Y QUEMADORES 38. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.1 Detección de la Llama 38. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.2 Resumen de Alarmas y Protección Sistema Pilotos y Quemadores 40. . . .

10 SISTEMA DE CONTROL DE ENCENDIDO (BMS) 40. . . . . . . . . . . . . .10.1 Fases del Proceso de Encendido 40. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10.2 Resumen de Alarmas y Protecciones del BMS 41. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11 SISTEMA DE CONTROL DE COMBUSTIÓN Y PROCESO 42. . . . . .

12 SISTEMA DE MANEJO GASES DE COMBUSTIÓN 57. . . . . . . . . . . .12.1 Temperatura de Chimenea 57. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.2 Análisis Gases de Combustión 57. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.3 Oxígeno 58. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.4 Combustible 59. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.5 Monóxido de Carbono (CO) 59. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.6 Óxidos de Azufre (SOx) 59. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.7 Óxido de Nitrógeno (NOx) 59. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.8 Alarmas 59. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.9 Proteccion 59. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13 SISTEMA DE PROTECCIÓN (SIS) 60. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.1 Del Sistema Suministro de Combustible (Sección 7

de esta Norma Técnica) 60. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.2 Del Sistema Suministro de Aire de Combustión (Sección 8

de esta Norma Técnica) 61. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.3 Del Sistema de Pilotos y Quemadores (Sección 9

de esta Norma Técnica) 62. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.4 Del Sistema de Control de Encendido (BMS) (Sección 10

de esta Norma Técnica) 62. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


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13.5 Del Sistema de Control de Combustión (Sección 11de esta Norma Técnica) 62. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13.6 Del Sistema de Manejo de Gases de Combustión (Sección 12de esta Norma Técnica) 63. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13.7 Del Sistema de Protección (Sección 13 de esta Norma Técnica) 63. . . . . .13.8 Del Sistema de Aislamiento y Despresurización (Sección 14

de esta Norma Técnica) 64. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.9 Del Sistema de Alimentación Eléctrica a las Unidades

Sin Respaldo de Equipos Impulsados a Vapor (Sección 15de esta Norma Técnica) 64. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13.10 Del Sistema de Aire de Instrumentos (Sección 16de esta Norma Técnica) 64. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13.11 Alarmas 64. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13.12 Protección 64. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.13 Mal Funcionamiento del Sistema de Protección 64. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.14 Paro normal de la unidad 64. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.15 Paro de Emergencia (Emergency Shutdown) 64. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.16 Consideraciones Adicionales 65. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14 SISTEMA DE AISLAMIENTO Y DESPRESURIZACIÓN 66. . . . . . . . .

15 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA 67. . . . . . . . . . . . . . . . . . .15.1 Alarmas 67. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15.2 Protección 67. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15.3 Pérdida Alimentación AC 67. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15.4 Pérdida Alimentación DC 67. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16 SISTEMA DE AIRE DE INSTRUMENTOS 67. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16.1 Alarmas 67. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .16.2 Protección 68. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17 PANEL LOCAL CON INTERFASE DE CONTROL 68. . . . . . . . . . . . . .

18 GABINETES DE EQUIPOS 68. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19 SUPERVISIÓN Y OPERACIÓN REMOTA(PARA LOS CASOS QUE APLIQUEN) 68. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20 LISTA DE ALARMAS Y ACCIONES CORRECTIVAS 69. . . . . . . . . . .20.2 Secuencias de Arranque 83. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20.3 Instalación y Comisionamiento 83. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21 BIBLIOGRAFÍA 83. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .


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1 OBJETIVO

Establecer los criterios de diseño y operación de los sistemas de supervisión,control y protección para calderas, calentadores y hornos en PDVSA, Filiales yEmpresas Mixtas.

2 ALCANCEEsta norma técnica define los requerimientos mínimos de instrumentación, controly protección que deben tener los hornos y calentadores mayor de 150.000Btu/hora, calderas igual o mayor de 12.500.000 Btu/hora, que en este documentose denominarán en forma genérica como unidad de fuego, a ser utilizados en lasplantas y procesos de PDVSA, filiales y empresas mixtas, con el propósito decontribuir a su operación segura y prevenir fuegos no controlados, explosiones eimplosiones en los equipos mencionados.

Para calderas y generadores menor de 12.500.000 Btu/hora se recomienda seguirlas recomendaciones de la norma ASME CSD–1.

Las unidades de fuego cubiertas por esta norma son los que usan la combustiónde gas natural, gas combustible o hidrocarburos líquidos livianos convencionalespara la generación del calor.

El alcance de la sección 10 “Sistemas de Control de Encendido (BMS)” de estanorma técnica, es también aplicable para el diseño del sistema de encendido ycontrol de incineradores, secadores, calcinadores y cualquier otro tipo de

unidades de fuego con pilotos y quemadores de combustible líquido o gaseosoEsta norma técnica aplica a las nuevas instalaciones de Calderas, Calentadoresy Hornos, y para todas las modificaciones y actualizaciones mayores de lasunidades de fuego mencionadas existentes.

No está dentro del alcance de esta norma técnica los Generadores de Vapor porrecuperación térmica (HRSG). Los requerimientos para este tipo de unidad secubren en la norma NFPA 85.

No está dentro del alcance de esta norma técnica los intercambiadores de calor,equipos de incineración, generadores de gases inertes, ni los equipos quegeneran el calor mediante:

Resistencia eléctrica o arco eléctrico.

Combustión de combustibles sólidos.

Combustión de hidrocarburos líquidos pesados.

Combustión de combustibles especiales.

Radiación solar.

Radiaciones nucleares.

Emanaciones geotérmicas.


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No está dentro del alcance de esta norma técnica las unidades de fuego existentes

o aprobadas para construcción o instalación antes de la fecha de publicación yvigencia de esta norma técnica, excepto las modificaciones y actualizacionesmayores de dichas unidades de fuego, aprobados posteriormente a la fecha devigencia de la presente norma técnica.

En aquellos casos en donde por razones legales o de seguridad, se determinase,por medio de un análisis de riesgo, que la condición del equipo existentepresentase un grado de riesgo inaceptable, se debe aplicar la retroactividad decualquier porción o la totalidad de esta norma técnica.

3 REFERENCIASLas siguientes normas y códigos contienen disposiciones que al ser citadas,constituyen requisitos de esta Norma Técnica PDVSA. Para aquellas normas ycódigos referidas sin año de publicación será utilizada la última versión publicada.

3.1 Petróleos de Venezuela, S.A. – PDVSAK–300 Lineamientos Generales de Instrumentación, Automatización y Control.

K–303 Level Instrumentation.

K–330 Control Panels and Consoles.

K–334 Temperature Measurement Criteria.

K–335 Packaged Unit Instrumentation.

K–336 Sistemas Instrumentados de Seguridad Funcional para los ProcesosIndustriales.

K–360 Controladores de Procesos Industriales.

K–362 Redes Digitales para Control de Procesos Industriales.

IR–P–01 Safety Interlock Systems, Emergency Isolation, EmergencyDepressurization and Emergency Venting Systems.

B–201–PR Calentadores de Fuego Directo.

HF–201 Diseño de Tubería para Instrumentación e Instalación de Instrumentos.

IR–E–01 Clasificación de Áreas.IR–S–01 Filosofía de Diseño Seguro.

N–201 Obras Eléctricas.

3.2 National Fire Protection Association – NFPA31 Standard for the Installation of Oil–Burning Equipment.

85 Boiler and Combustion Systems Hazards Code.

86 Standard for Ovens and Furnaces.

http://localhost/var/www/apps/conversion/index.htmlhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/indice_mid.htmhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/indice_vol09-2.htmhttp://../vol09-1/k-300.pdfhttp://../vol09-1/k-300.pdfhttp://../vol09-1/k-303/k-303.pdfhttp://../vol09-1/k-303/k-303.pdfhttp://../vol09-1/k-330.pdfhttp://../vol09-1/k-330.pdfhttp://k-334.pdf/http://k-334.pdf/http://k-335.pdf/http://k-335.pdf/http://k-336.pdf/http://k-336.pdf/http://k-336.pdf/http://k-360/k-360.pdfhttp://k-360/k-360.pdfhttp://k-362.pdf/http://k-362.pdf/http://../mir/mir_pdf/vol01/ir-p-01.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol01/ir-p-01.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol01/ir-p-01.pdfhttp://../vol06/b-201-pr.pdfhttp://../vol06/b-201-pr.pdfhttp://../vol09-1/hf-201.pdfhttp://../vol09-1/hf-201.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol02/ir-e-01.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol02/ir-e-01.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol01/ir-s-01.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol01/ir-s-01.pdfhttp://../vol04-1/n-201.pdfhttp://../vol04-1/n-201.pdfhttp://../vol04-1/n-201.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol01/ir-s-01.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol02/ir-e-01.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol01/ir-p-01.pdfhttp://../vol09-1/hf-201.pdfhttp://../vol06/b-201-pr.pdfhttp://k-362.pdf/http://k-360/k-360.pdfhttp://k-336.pdf/http://k-335.pdf/http://k-334.pdf/http://../vol09-1/k-330.pdfhttp://../vol09-1/k-303/k-303.pdfhttp://../vol09-1/k-300.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/indice_vol09-2.htmhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/indice_mid.htmhttp://localhost/var/www/apps/conversion/index.html

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87 Recommended Practice for Fluid Heaters.

3.3 American Society for Testing and Materials – ASTM D 396 Standard specifications for fuel oils

D 2880 Standard Specification for Gas Turbine Fuel Oils.

3.4 American Petroleum Institute – API 551 Process Measurement Instrumentation.

556 Instrumentation, Control, and Protective Systems for Gas Fired Heater.

560 Fired Heaters for Refinery.

3.5 American National Standards Institute / International Society of

Automation – ANSI/ISA77.41.01 Fossil Fuel Power Plant Boiler Combustion Controls.77.42.01 Fossil Fuel Power Plant Feedwater Control System — Drum Type

3.6 American Society of Mechanical Engineers – ASME CSD–1 Controls and Safety Devices for Automatically Fired Boilers

3.7 Modo de Uso de las Normas de Referencias en Esta Norma Técnica

El diseño de toda la instrumentación y sistemas de control de las unidades defuego debe cumplir con las normas PDVSA citadas en la sección 3.1 de esta

norma técnica.Aún cuando el alcance de la norma NFPA 85 no cubre los calentadores deproceso, la presente norma técnica considera que, desde el punto de vista deseguridad, el principal propósito de la norma es: “contribuir en la operación seguray prevenir explosiones e implosiones de equipos de fuego”, las premisas de laNFPA 85 deben ser seguidas para el diseño, instalación, operación ymantenimiento de hornos, calentadores y calderas y sus sistemas de combustible,aire de combustión, pilotos, quemadores y sistema de extracción de gases decombustión.

Desde el punto de vista de control y protección, la instrumentación recomendada

en este documento satisface los requerimientos de las normas API 560, API 556,NFPA 31, NFPA 85, NPFA 86 y NPFA 87.

Debido a que los riesgos de la operación y de explosión de las unidades de fuegoes igual para unidades destinadas a instalaciones petroleras que en unidadespara aplicaciones no petrolera, Las referencias en este documento a la norma APIson aplicables y no representan sobredimensionamiento en los sistemas deautomatización y protección de las unidades de fuego. En los casos particularesen donde el(los) requerimiento(s) no aplica(n) para unidades de fuego del sectorno petrolero, se indicarán específicamente.


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En este documento la aplicación de las normas de referencias se debe realizar de

la siguiente manera:1. La instrumentación y sistema de control de cualquier unidad de fuego debe

cumplir con las siguientes normas técnicas PDVSA B–201–PR, PDVSAK–300, PDVSA K–303, PDVSA K–334, PDVSA K–335, PDVSA K–336 ,PDVSA K–360, PDVSA HF–201, PDVSA IR–E–01, PDVSA IR–S–01 yPDVSA N–201.

2. Sólo se aplicarán las secciones específicas de la norma referida.

3. El término “boiler” usados en las secciones referidas de la norma NFPA 85,se debe cambiar por el término “unidad de fuego”, a menos que se indiquede otra manera.

4. El término “heater” usados en las secciones referidas de las normas NFPA87, API 560 y API 556, se debe cambiar por el término “unidad de fuego”, amenos que se indique de otra manera.

5. Los términos “oven” y “furnaces” usados en las secciones referidas de lanorma NFPA 86, se deben cambiar por el término “unidad de fuego”, a menosque se indique de otra manera.

4 DEFINICIONES4.1 Aire de Combustión

Es el aire usado para reaccionar con el combustible en el proceso de combustión.4.2 Aire de Exceso

Es el aire en exceso al volumen teórico requerido, suplido para la combustión.

4.3 Anti–Reset (Anti–Winup) Es la función para evitar la saturación de la acción integral en los controladoresPI y PID, el cual provoca degradación en tiempo de respuesta y sobreoscilacióndel controlador.

4.4 Atomizador Es el dispositivo en un quemador que rompe el combustible líquido en partículasfinas.

4.5 Baipás (Bypass) Es la acción iniciada manualmente para desviar o anular una función deprotección.

4.6 Bridgewall Es el ducto de interconexión o paneles que encausan los gases de combustióndesde la zona de radiación hacia la zona de convección.

http://localhost/var/www/apps/conversion/index.htmlhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/indice_mid.htmhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/indice_vol09-2.htmhttp://../vol09-1/k-300.pdfhttp://k-334.pdf/http://k-335.pdf/http://k-335.pdf/http://k-336.pdf/http://k-336.pdf/http://../vol09-1/k-300.pdfhttp://../vol09-1/k-300.pdfhttp://../vol09-1/k-303/k-303.pdfhttp://../vol09-1/k-303/k-303.pdfhttp://../vol09-1/k-303/k-303.pdfhttp://k-334.pdf/http://k-334.pdf/http://k-334.pdf/http://k-335.pdf/http://k-335.pdf/http://k-335.pdf/http://k-336.pdf/http://k-336.pdf/http://k-336.pdf/http://k-360/k-360.pdfhttp://k-360/k-360.pdfhttp://k-360/k-360.pdfhttp://../vol09-1/hf-201.pdfhttp://../vol09-1/hf-201.pdfhttp://../vol09-1/hf-201.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol02/ir-e-01.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol02/ir-e-01.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol02/ir-e-01.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol01/ir-s-01.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol01/ir-s-01.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol01/ir-s-01.pdfhttp://../vol04-1/n-201.pdfhttp://../vol04-1/n-201.pdfhttp://../vol04-1/n-201.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol01/ir-s-01.pdfhttp://../mir/mir_pdf/vol02/ir-e-01.pdfhttp://../vol09-1/hf-201.pdfhttp://../vol04-1/n-201.pdfhttp://k-360/k-360.pdfhttp://k-336.pdf/http://k-335.pdf/http://k-334.pdf/http://../vol09-1/k-303/k-303.pdfhttp://../vol09-1/k-300.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/indice_vol09-2.htmhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/indice_mid.htmhttp://localhost/var/www/apps/conversion/index.html

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4.7 Burner Management System (BMS)

Es el Conjunto de dispositivos de campo, sistema lógico de control y elementosfinales de control, dedicados a la seguridad del encendido y supervisión de llamaen la unidad de fuego, y para asistir al operador en la activación y des–activaciónde los equipos para la preparación y quemado de combustible y para prevenirdesviación en la operación y accidentes.

4.8 Caldera Es un recipiente cerrado en donde se calienta agua, se genera vapor de aguasaturado, vapor de agua sobrecalentado, o ambos, mediante la aplicación delcalor de la combustión de un combustible.

4.9 Calentador Es un recipiente cerrado usado para calentar material sólido, líquido o gaseoso,sin cambiar la fase del material.

4.10 Continuous Emissions Monitoring Systems (CEMS) Ver SCME sección 4.46.

4.11 Control de Combustión Es el método que regula el combustible y aire de entrada para mantener la relaciónaire–combustible dentro de los límites requerido para la combustión continua yestable de la llama en todo el rango operacional de la unidad de fuego.

4.12 Compuerta Auxiliar para Tiro Natural (Dropout Door) Es una compuerta automática de falla abierta, que debe ser provista en lasunidades que están diseñadas para poder ser operada en modo de tiroforzado/inducido y también en modo de tiro natural. En operación de la unidad enmodo de tiro forzado/inducido, esta compuerta se mantiene en posición cerrada.En operación de la unidad en modo de tiro natural, esta compuerta se debemantener en posición abierta. En falla del ventilador de tiro forzado/inducido estacompuerta se debe abrir en forma automática.

4.13 Corte de Combustible

Es el cierre automático de un combustible específico como resultado de unpermisivo o acción del operador.

4.14 Damper Es la compuerta para controlar el tiro o el flujo de aire y/o gases de combustión.

4.15 Detector de Llama Es el dispositivo que detecta la presencia o ausencia de llama y provee una señalutilizable.


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4.16 Fuel Oil

Es un combustible líquido definido como Grado 2, 4, 5, ó 6 en la norma ASTM D396 o como Grado 2GT en la norma ASTM D 2880.

4.17 Furnace Es el hogar o sección de una unidad de fuego en donde ocurre el proceso decombustión y produce la transferencia de calor, predominantemente porradiación.

4.18 Gas Combustible Es un gas usado para combustión, incluye gas natural, gas manufacturado,mezcla de gas licuado de petróleo y otras mezclas de gases.

4.19 Gas Natural Es un combustible gaseoso consistente de una mezcla de compuestos orgánicos:principalmente metano y en menor proporción etano, propano y butano. El valorcalorífico del gas natural varía entre 26.1 MJ/m3 y 55.9 MJ/m3 (700 Btu/ft3 y 1500Btu/ft3), la mayoría con promedio de 37.3 MJ/m3 (1000 Btu/ft3).

4.20 Generador de Vapor Es un recipiente a presión en donde se convierte el agua a vapor o sesobrecalienta el vapor o cualquier combinación de lo descrito.

4.21 Generador de Vapor por Recuperación Térmica Es el equipo de generación de vapor que utiliza como fuente de calor los gasesde combustión de una turbina.

4.22 Llama Es la corriente de material gaseoso involucrado en el proceso de combustión yemisión de energía radiante de una banda de longitud de onda determinada porla química de la combustión del combustible. En muchos casos, alguna porciónde la energía radiante es visible para el ojo humano.

4.23 Llama Mínima

Es la llama más pequeña para lograr una combustión estable y que no es capazde ocasionar daño a los tubos o producto que se está procesando.

4.24 Mal Funcionamiento Es la condición de un equipo o sistema en la cuál el equipo o sistema no tiene lacapacidad de prestar el servicio.

4.25 Medio de Atomización Es un fluido suplementario, tal como vapor o aire, que ayuda a romper elcombustible líquido en partículas finas.


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4.26 Override

Es reemplazar una acción o condición bajo cierta circunstancia predeterminada.4.27 Pérdida Parcial de Llama

Es la pérdida de llama en cualquiera de los quemadores mientras se mantiene lallama en el resto de los quemadores de la misma unidad de fuego.

4.28 Período de Intento de Ignición del Piloto

Es el intervalo de tiempo durante el encendido en la cual un circuito de control deseguridad permite que las válvulas de corte de combustible del piloto semantengan abiertas antes de que el sistema de detección de llama aborte elencendido del piloto.

4.29 Período de Intento de Ignición del Quemador

Es el intervalo de tiempo durante el encendido en la cual un circuito de control deseguridad permite que las válvulas de corte de combustible del quemador semantengan abiertas antes de que el sistema de detección de llama aborte elencendido del quemador.

4.30 Permisivo

Es la condición que se debe satisfacer para poder continuar con el próximo pasode una secuencia de operación.

4.31 Permisivo de Seguridad Es la condición requerida para garantizar el arranque, paro y operación segura dela unidad.

4.32 Piloto

Es el dispositivo para proveer energía de ignición para encender el quemador.

4.33 Piloto Clase 1

Es el piloto usado para encender el combustible que entra a través del quemadory para soportar la ignición bajo cualquier condición de encendido y operación del

quemador. Se usa como piloto de tipo continuo.Tiene capacidad de proveer más de 10% de la energía del quemador a máximacapacidad.

4.34 Piloto Clase 2

Es el piloto usado para encender bajo ciertas condiciones pre–establecidas, elcombustible que entra a través del quemador. Es usado para soportar elencendido a baja carga o en ciertas condiciones adversas de operación. Se usacomo piloto de tipo continuo o tipo intermitente.


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Tiene capacidad de proveer de 4 a 10% de la energía del quemador a máxima

capacidad.4.35 Piloto Clase 3

Es un piloto pequeño para encender el combustible que entra al quemador bajociertas condiciones pre–establecidas. Se usa como piloto de tipo interrumpido.

La capacidad normalmente es menor de 4% de la energía del quemador a máximacapacidad.

4.36 Piloto Clase 3 Especial Es un piloto clase 3 eléctrico de alta energía capaz de encender directamente elcombustible del quemador. Se usa como piloto de tipo interrumpido.

4.37 Piloto Continuo Es el piloto que permanece encendido durante todo el tiempo de operación de launidad de fuego, independientemente de si el quemador esté o no encendido.

4.38 Piloto Intermitente Es el piloto que se mantiene encendido durante el encendido del quemador ymientras el quemador esté encendido.

4.39 Piloto Interrumpido Es el piloto que se enciende para el encendido del quemador y es

automáticamente apagado al final del tiempo de intento de encendido delquemador.

4.40 Prueba Es el procedimiento para establecer o corroborar la existencia de una condiciónespecífica en elementos tales como: llama, nivel, flujo, presión o posición.

4.41 Purga Es el flujo de aire, vapor de agua o gas inerte a una tasa de flujo que remueva enforma efectiva cualquier combustible gaseoso o en suspensión, reemplazándolocon el medio de purga.

4.42 Poder Calorífico También conocido como calor de combustión o valor calorífico, es la cantidad deenergía que desprende un material al quemarse.

4.43 Quemador Es el dispositivo o grupo de dispositivos para la introducción de combustible y aireen una cámara de combustión a una velocidad, turbulencia y concentraciónrequerida para mantener la ignición y combustión.


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4.44 Quemador de combustible dual

Es un quemador diseñado para quemar tanto combustible gaseoso como líquido,pero no en forma simultánea.

4.45 Registro Es el conjunto de rejillas o compuertas de un quemador, o sistema de suministrode aire a quemador, usado para distribuir el aire admitido a la cámara decombustión. Frecuentemente controla la dirección y velocidad del flujo de airepara una mezcla eficiente con el combustible.

4.46 Sistema Continuo de Monitoreo de Emisiones (SCME) Es el sistema de analizadores para el monitoreo ambiental exigido por las leyes

de control ambiental.4.47 Sistema de Control

Es un grupo de dispositivos que regulan el proceso de la unidad de fuego,incluyendo el sistema de control de combustión pero no el BMS.

4.48 Sistema de Prueba de Válvula Es el sistema para probar la hermeticidad de las válvulas de corte de gas

4.49 Temperatura de Bridgewall Es la temperatura del gas de combustión que sale de la zona de convección.

4.50 Temporizador de Límite de Tiempo de Encendido Es un dispositivo usado en el modo de operación manual supervisado que limitael tiempo permitido entre la completación de la purga y el inicio de encendido.

4.51 Tiro Es el diferencial de presión entre la cámara de combustión u hogar y el exteriorde una unidad de fuego.

4.52 Tiro Alto Presión del hogar es más negativa que la deseada.

4.53 Tiro Bajo Presión del hogar es más positiva que la deseada.

4.54 Tiro Balanceado Es la presión estática dentro de la unidad de fuego es igual a la presiónatmosférica, es decir que el tiro es igual a cero.

4.55 Tiro Forzado Es la presión del aire de combustión y gases de combustión que se mantiene porencima de la presión atmosférica mediante ventilador.


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4.56 Tiro Inducido

Es cuando el diferencial de presión es producido por la existencia de un tiro en lachimenea del equipo de fuego, el cuál puede ser de forma natural o medianteventilador ubicado en la chimenea.

4.57 Tiro Natural Es cuando el diferencial de presión entre el hogar y exterior de la unidad de fuegoes producido por el flujo de convección que se genera entre el hogar y la chimenea,debido a la diferencia de densidades entre los gases de combustión caliente y airede combustión frío.

4.58 Válvula de Aislamiento de Equipo

Es la válvula manual usada para cortar el combustible a cada equipo.4.59 Válvula Principal de Corte de Gas

Es la válvula de cierre rápido que automáticamente corta el suministro decombustible gaseoso o líquido en respuesta a una señal de paro normal, deemergencia o de seguridad.

4.60 Varilla Rectificadora de Llama Es el detector de llama que usa una varilla eléctricamente aislada, de materialresistente al fuego, y que se extiende dentro de la llama a supervisar, con unvoltaje entre la varilla y la tierra conectada a la boquilla o quemador.

4.61 Ventilador de Tiro Forzado (FD) Es un dispositivo usado para presurizar y suministrar aire a la cámara decombustión para mantener la combustión.

4.62 Ventilador de Tiro Inducido (ID) Es un dispositivo usado para remover los productos de la combustión de la unidadde fuego, introduciendo una presión negativa.

4.63 Zona de Convección Es el área ubicada encima de la sección radiante donde la transferencia de calor

ocurre por convección.4.64 Zona Radiante

Es el área en donde ocurre la mayor radiación de calor de la llama.

5 REQUERIMIENTOS BÁSICOS DE DISEÑO E INSTALACIÓN

5.1 El propósito primario del sistema de control es mantener en forma automática laseguridad, una operación estable y satisfacer los requerimientos operacionalesde la unidad sin violar las normas ambientales.


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En cualquier tipo de unidades de fuego, se deben satisfacer los requerimientos

mínimos del sistema de control de combustión establecido en la norma ANSI/ISA77.41.01.

En las calderas y generadores de vapor, se deben satisfacer los requerimientosmínimos del sistema de agua de alimentación establecido en la norma ANSI/ISA77.42.01.

5.2 El sistema de control también debe proveer:

5.2.1 Información relevante sobre el estado operacional de la unidad de fuego parapermitir al operador conocer de manera oportuna la situación operacional.

5.2.2 En forma continua, información del estado de las variables, así como de existenciade desviaciones, para permitir al operador evitar situaciones de riesgos.

5.2.3 Capacidad de verificación y mantenimiento en línea de las funciones del sistema,sin comprometer la confiabilidad del sistema de control.

5.2.4 Un ambiente que permita la toma de decisiones y realización de accionescorrectas y oportunas.

5.2.5 Capacidad de almacenar datos históricos de eventos y estados de variables.

5.2.6 La instalación de la instrumentación debe considerar la accesibilidad paramantenimiento efectivo y buena operación. Los elementos de flujo, válvulas de

control, transmisores, termopozos, vidrios de nivel, controladores locales, así como también los puntos de muestra de analizadores, generalmente deben estaraccesibles desde el piso o plataformas permanentes o escaleras fijas. Aplica lasrecomendaciones de instalación indicada en la norma API 551.

5.2.7 El propósito del sistema de protección es mantener la operación segura y alcanzarun estado seguro en respuesta a una desviación no aceptable del proceso.

5.2.8 Las funciones de control y protección se deben mantener en forma separada eindependiente, tanto en arquitectura como en componentes.

Las acciones de protección incluyen los siguientes:

Acción del Sistema Básico de Control de proceso (BPCS) — cancelación decontrol independientemente de la causa de inicio.

Acción del Operador — el operador responde a alarmas, incluyendo respuestade emergencia.

Acción del BMS — permisivos de arranque y enclavamientos, cierre deválvulas, apertura de compuertas y ejecución de secuencias de arranque yparada.

Las funciones de protección también incluyen los siguientes componentes.


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Dispositivos de entradas — mediciones de proceso (ejemplo sensores

analíticos, transmisores analógicos, interruptores discretos), dispositivos deentrada manual (ejemplo pulsador/selector físico o virtual), indicaciones deestado (ejemplo transmisor de posición o interruptor de límite de carrera).

Procesador/controlador de la lógica (Logic Solver) — sistemas electrónicosprogramables, relé, sistemas de estado sólido.

Dispositivos de salidas — interfaz de solenoide o relé con elementos finales decontrol (ejemplo válvula de cierre, compuertas de aire de combustión,compuerta de chimenea, o compuerta de tiro natural), indicadores dealarma/estado (ejemplo panel de luces, o despliegue gráfico (HMI)).

5.2.9 Las conexiones al proceso de la instrumentación usada para control y las usadas

para las protecciones deben ser independientes.5.2.10 Debido a la diversidad de los diseños de unidades de fuego, se requiere que cada

unidad sea evaluada de forma independiente para garantizar que cada escenariode riesgo sea efectivamente mitigado. Debido a que puede tener característicaso modo operacional único, es muy importante que los responsables de evaluar ladisponibilidad y confiabilidad de una función de protección, entiendan losimpactos a la operación de la unidad o al personal, de todos los posibles modosde falla del equipo.

5.2.11 Los sistemas de control y protección de la unidad de fuego se deben diseñar deforma tal que su encendido lo debe realizar un operador debidamente entrenado,en el panel local de la unidad, desde donde el operador puede visualizar tanto elestado del proceso de encendido, como acceso visual directo de la unidad defuego objeto del encendido. No se permite el encendido en forma remota.

5.2.12 Una vez completado en forma satisfactoria el encendido de los quemadores, loscuales deben quedar operando en condición de llama mínima, el operador debeactivar el permisivo para que el control y la supervisión del proceso se realicedesde el sistema de control y supervisión remoto.

5.2.13 Opcionalmente, el control del proceso de la unidad de fuego se puede realizar enel panel local de la unidad. Cuando existe la posibilidad de controlar la unidad de

fuego tanto en forma remota como en forma local, se debe implantar losmecanismos para que el control se pueda realizar solamente desde un punto y nosimultáneamente en ambos.

5.2.14 La selección del sitio de operación se debe realizar desde el panel local conconfirmación en la sala remota.

5.2.15 Los sistemas de protección de las unidades de fuego deben cumplir con lasrespectivas normas en los aspectos de independencia y separación de funciones,equipos y conexiones al proceso.


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Todos los dispositivos de protección deben cumplir con uno de los siguientes

criterios:1. Estar certificado para el servicio

2. Estar aprobado para su uso por PDVSA.

Los dispositivos de protección no deben ser deshabilitado eléctrica, mecánicalógicamente, excepto cuando el mecanismo de inhibición esté diseñadointencionalmente para propósito de realizar prueba del dispositivo.

5.2.16 El sistema de control de encendido, conocido también como Sistema de Controlde los Quemadores (BMS) debe ser suministrado y configurado por el fabricantede la unidad de fuego, como parte del suministro. Esta estrategia tiene el propósito

de que el fabricante pueda garantizar y certificar no solamente el diseño yequipamiento del sistema de suministro de combustible y sistema de combustión,sino también el cumplimiento de las normas y su operabilidad en forma eficientey segura, tanto del encendido como el paro del sistema de combustión.

5.2.17 El sistema para el control y supervisión del proceso de calentamiento puede serel BPCS de la planta o un controlador dedicado, en este último caso el controladordebe ser suministrado y configurado por el fabricante de la unidad de fuego,acorde a las normas técnicas de PDVSA.

El diseño de la lógica del sistema de control de combustión de cualquier unidadde fuego, se debe realizar siguiendo lo indicado en la sección 4 de la norma

ANSI/ISA 77.41.01 y la norma NFPA 85.El diseño de la lógica del sistema de control de agua de alimentación en calderasy generadores de vapor, se debe realizar siguiendo lo indicado en la sección 4 dela norma ANSI/ISA 77.42.01.

Los siguientes dispositivos y lógica deben estar cableados:

1. Interruptor manual de paro de emergencia

2. Permisivos de seguridad de encendido

3. Límite alto de concentración de vapor

4. Permisivos de alta temperatura

5. Transformadores de ignición

6. Permisivos de seguridad del proceso

5.2.18 Para los fines de facilitar la definición de los requerimientos de control y protecciónde las unidades de fuego, se hace la siguiente división genérica de subsistemasde instrumentación que componen una unidad de fuego. Ver figura 1.

a. Sistema de suministro de combustible, que incluye medidor de flujo (uno paradeterminar el consumo y otro para control de flujo cuando aplique), los sensores


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y controladores de los lazos de control de presión, las válvulas de control y de corte

automático de combustible, reguladores e instrumentación a partir del punto deentrega individual del combustible a cada unidad de fuego. Ver detalles en lasección 7 “Suministro de combustible”. El sistema de suministro de combustibleincluye los cabezales de combustible a quemador y a pilotos, los ramalesindependientes de suministro de combustible a cada quemador y piloto de launidad de fuego, así como el sistema de atomización en los casos de sistema desuministro de combustible líquido.

b. Sistema de aire de combustión, que incluye la instrumentación de losventiladores, los sensores y controladores de los lazos de control de presión,válvulas de control, las rejillas y compuertas automatizadas para el control de la

relación aire/combustible y la presión o tiro de la unidad de fuego.

c. Sistema de quemador y piloto, que incluyen los sensores de llama,transformadores de ignición, bujía o electrodo de ignición y sistema de aire delimpieza de los sensores de llama, cuando aplique.

d. Sistema de extracción de gases de combustión, este sistema incluye lainstrumentación de los ventiladores, los sensores y controladores de los lazos decontrol de tiro, compuertas y rejillas automatizadas, sensores de temperatura,analizadores de gases de combustión, así como el sensor de llama en chimenea,cuando aplique.

e. Sistema de distribución de carga en pases, cuando aplique, incluye lossensores y controladores de los lazos de control de flujo y las válvulas de controlque regula el flujo de producto a través de cada pase, así como la instrumentaciónde medición presión y temperatura.

f. Sistema de nivel y presión en el tambor de las calderas, que incluye lossensores y controladores de los lazos de control de nivel y presión, las válvula(s)de control, así como los analizadores de calidad del agua.

g. Controlador de encendido (Controlador del BMS), es el sistema que garantizael encendido, operación y paro seguro de la unidad de fuego. El BMS recibe yenvía señales de control hacia la instrumentación de los sistemas de suministrode combustible, de aire de combustión, de quemador y piloto, de extracción degases de combustión y controlador de combustión para realizar en forma seguray confiable el encendido de pilotos, encendido de quemadores, monitoreo dellama, así como la activación segura del corte de combustible en caso dedesviación del proceso que amerite el paro de la unidad de fuego o la activaciónmanual del paro de la unidad.


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h. Sistema de aislamiento y despresurización, son las válvulas automatizadas

usadas para interrumpir el suministro de fluido inflamable o peligroso hacia launidad de fuego y/o despresurizar o desalojar dichos fluidos de la unidad de fuego.El control y lógica para la manipulación de estas válvulas se realiza desde elcontrolador SIS de la planta, el cual está fuera del alcance de este documento, sinembargo la posición correcta de estas válvulas debe ser considerado comopermisivo para la ignición y operación de la unidad de fuego. El requerimiento deestas válvulas lo definen los respectivos análisis de riesgos.

i. Controlador de combustión, es el equipo en donde reside la lógica para elmonitoreo y control de las variables tanto del proceso como de la unidad de fuego.El controlador de combustión recibe y envía señales de control hacia lainstrumentación de los sistemas de suministro de combustible, de aire de

combustión, de extracción de gases de combustión, de distribución de carga enpases, de nivel y presión en tambor o domo de calderas, controlador de encendidopara realizar en forma segura y confiable la pre–purga, el control y monitoreo dela relación aire–combustible, el control y monitoreo del tiro, el control y monitoreode la temperatura y/o presión del fluido de proceso, la operación automática dela unidad de fuego en condición de llama mínima cuando existen ciertascondiciones predefinidas.

El controlador de combustión puede ser un equipo dedicado para cada unidad defuego, o puede compartir el uso del Sistema Básico de Control de la planta(BPCS), en este último caso, la lógica operacional de la unidad de fuego se debe

mantener separados de la lógica operacional del proceso de la planta, así mismose debe asignar tarjetas y módulos de entradas/salidas para uso exclusivo eindependiente para la unidad de fuego.

j. Sistema de alimentación eléctrica. Aunque no forma parte de lainstrumentación, debe cumplir con unos requerimientos mínimos. Incluye unsensor o relé para detectar la falla de la alimentación eléctrica, evento que esiniciador del paro de la unidad de fuego. Ver Figura 1.

k. Sistema de aire de instrumentos. Normalmente se usa el aire de instrumentossuministrado por la planta. Incluye un sensor de baja presión de aire deinstrumentos, evento que es iniciador del paro de la unidad de fuego.

l. El panel local de la unidad de fuego, incluye la interfaz para permitir elencendido, en forma segura y confiable, de la unidad de fuego.

El panel local se debe ubicar en un lugar en donde el operador tenga contactovisual directo de la unidad de fuego mientras está operando el panel, y fácil accesoa los principales sistemas y componentes de la unidad de fuego. La estructurapara la locación del panel local debe proveer nivel apropiado de protección delpanel y el operador, tanto de las inclemencias del tiempo, como de eventoscatastróficos en la unidad de fuego.


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m. Los gabinetes de equipos, que consisten en el conjunto de gabinetes que

contienen a los controladores y equipos auxiliares de la unidad de fuego. Estosgabinetes se deben ubicar en un lugar lo suficientemente alejado de la unidad defuego o estar protegido de forma tal que no sea afectado en caso de eventocatastrófico en la unidad de fuego, preferiblemente en área protegido de laintemperie. Los gabinetes deben cumplir con la norma técnica PDVSA K–330.

Fig 1. PRINCIPALES SUBSISTEMAS EN EQUIPOS DE FUEGO

6 REQUERIMIENTOS OPERACIONALES BÁSICOS

6.1 En lo posible se debe operar la unidad de fuego con un mínimo de operacionesmanuales.

6.2 Se deben proveer permisivos para asegurar la secuencia correcta de operacióne interrumpir la secuencia si las condiciones no son correctas para continuar.

6.3 Ningún permisivo debe ser inhibido durante el arranque u operación de la unidadde fuego, a menos que la inhibición sea supervisada y controlada medianteprocedimientos operacionales.

http://localhost/var/www/apps/conversion/index.htmlhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/indice_mid.htmhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/indice_vol09-2.htmhttp://../vol09-1/k-330.pdfhttp://../vol09-1/k-330.pdfhttp://../vol09-1/k-330.pdfhttp://../vol09-1/k-330.pdfhttp://../vol09-1/k-330.pdfhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/indice_vol09-2.htmhttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/indice_mid.htmhttp://localhost/var/www/apps/conversion/index.html

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6.4 Se debe realizar la pre–purga de la unidad de fuego como parte de la secuencia

de encendido, con el fin de remover los gases combustibles que pudieran haberentrado a la unidad de fuego durante su período de parada. Se debe realizar unciclo de purga después de cada corte total de combustible a quemadores y pilotos.Los requerimientos del ciclo de pre–purga se indican en la norma API 556 paralos calentadores, la NFPA 85 para las calderas y NFPA 86 para los hornos.

6.5 El encendido de los pilotos y quemadores se debe realizar con todos lospermisivos necesarios.

6.6 La lógica del sistema de control de encendido debe tener precedencia sobre lalógica del sistema de control de combustión.

6.7 El control automático del flujo de aire sólo será permitido si se mantiene el controldel tiro en control automático.

6.8 El control automático del flujo de combustible sólo será permitido si se mantieneel control de flujo de aire en control automático.

6.9 El sistema de control de combustión no reducirá ni incrementará automáticamenteel combustible que permita a la unidad de fuego operar fuera de su rangooperacional de diseño.

6.10 La relación entre el sistema de control de combustión y el sistema de control deencendido se muestra a continuación.

En las Figuras 2 y 3 se muestran lan aquitecturas BMS y el sistema de control decombustión local.


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Fig 2. ARQUITECTURA BMS Y SISTEMA DE CONTROL DE COMBUSTIÓN LOCAL

BPCS

CONSOLASSERVIDOR

RED DE CONTROL

SIS FIRE & GAS

SISTEMA DE CONTROL DE PLANTA

CONTROLCOMBUSTIÓN BMS IHM

EQUIPO DE FUEGO

PANEL DE CONTROL

LAN

HARDWARE

Fig 3. ARQUITECTURA BMS LOCAL Y SISTEMA DE COMBUSTIÓN EN SALA DE CONTROL

BPCS

CONSOLASSERVIDOR

RED DE CONTROL

SIS FIRE & GAS

BMS IHM

EQUIPO DE FUEGO

PANEL DE CONTROL

LAN

HARDWARE

SISTEMA DE CONTROL DE PLANTA

BOTONERAS

BOTONERAS

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6.11 Modo de Operación

6.11.1 Operación AutomáticaUna unidad de fuego operada en forma automática es aquella en la que lapre–purga, encendido y parada de la unidad se realiza en forma automática.

6.11.2 Operación Manual Supervisada

Una unidad de fuego operada en forma manual supervisada es aquella en la cualun operador entrenado tiene la responsabilidad primaria de activar la ejecución dela pre–purga, el encendido y paro de la unidad de fuego, la cuál tiene permisivospara asegurar que las operaciones siguen apropiadamente un procedimientoestablecido. La lógica del sistema de encendido incluye permisivos y

enclavamientos para prevenir acciones impropia del operador, algunos paros deseguridad, supervisión de llama e indicaciones del estado de la secuencia deencendido. El operador debe operar este tipo de equipo de acuerdo a unprocedimiento operacional escrito para el equipo.

a. Este tipo de operación requiere atención constante por parte de un operadordebidamente entrenado.

b. La activación de la pre–purga, el encendido y apagado normal de cualquierquemador debe ser realizada por un operador desde el panel local del equipo.

c. El operador debe tener acceso visual directo del equipo.

d. Se requiere instrumentación apropiada para controlar en forma automática lasentradas (combustible y fluido de proceso) al equipo, y los cambios para mantenerla relación aire–combustible dentro de los límites necesarios para una combustióncontinua y llama estable en todo el rango operacional de la unidad de fuego.

6.11.3 Operación Manual

La operación manual es aquella en la que los procedimientos de la pre–purga, elencendido y parada del equipo se realizan en forma manual.

La operación manual no es recomendada, sin embargo, en algunas aplicacionesy requerimientos de procesos no usuales, pudiera existir un riesgo mayor por elparo automático del equipo. Este modo de operación debe ser aprobado por larespectiva Gerencia custodia de la planta donde operará el equipo, avalado porun análisis de riesgos que indique que es la mejor opción operacional.

En un equipo de operación manual, el operador debidamente entrenado tiene laresponsabilidad primaria de encender, operar y parar el equipo de acuerdo a unprocedimiento específico para dicho equipo.

Sin embargo el suministro principal de combustible a piloto y quemador del equipodebe estar equipado con válvulas de bloqueo automático para permitir realizar elparo de emergencia del equipo, en caso de que sea necesario.


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7 SISTEMA SUMINISTRO DE COMBUSTIBLE

El sistema de suministro de combustible es el conjunto de componentes quetransporta y acondiciona el combustible a la presión y flujo requerido para laoperación de la unidad de fuego, también incluye los dispositivos para detectarcondiciones anormales de la presión de suministro y las válvulas de corte parainterrumpir en forma automática el suministro en forma individual o total decombustible hacia los pilotos y quemadores de la unidad, en el caso de ocurrir unadesviación operacional que puede derivar en una situación riesgosa, o cuando seactiva manualmente el paro de la unidad.

Se deben instalar válvulas automáticas de corte de combustible (Safety ShutoffValves) en la forma y ubicación de la NFPA 85 para las calderas, de la norma API

556 para los calentadores y de la NFPA 86 para los hornos.Las válvulas automáticas de corte de combustible (Safety Shutoff Valves) debencumplir con los requerimientos definido en la la norma API 556, excepto loconcerniente a la eliminación de la válvula de venteo del gas combustibleentrampado entre las dos válvulas.

En cualquier unidad de fuego, las válvulas debe ser de falla segura. El tipo de falladebe satisfacer los requerimientos de purga y bloqueo establecido en la NFPA 85.

El sistema de válvulas automáticas de corte de combustible en los cabezales desuministro a pilotos y a quemadores debe tener configuración de doble bloqueo

para combustible líquido y doble bloqueo y venteo para gas combustible.La instalación de válvulas de baipás a las válvulas automáticas de corte decombustible en los cabezales de suministro a pilotos y a quemadores solo sepermite si se cumple lo establecido en la norma API 556.

En cada ramal individual hacia cada piloto o quemador se debe instalar válvulaautomatizada de corte de combustible, como mínimo en configuración sencilla deuna válvula, para permitir el encendido o paro de cada sistema piloto–quemadorde manera individual. Esta válvula automática debe tener las mismascaracterísticas de las válvulas automáticas de corte de combustible (SafetyShutoff Valves) usada en los cabezales de suministro de combustible a pilotos o

quemadores, y se debe instalar lo más cerca posible del piloto o quemador, a finde minimizar el volumen de combustible que quede entre la válvula y el piloto oquemador.

Se deben instalar válvulas manuales de aislamiento, purga y/o venteo, en lospuntos donde sea necesario, para permitir la realización en forma segura demantenimiento de componentes del sistema de suministro de combustible.

Se debe medir las siguientes variables en el sistema de suministro decombustible:


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7.1 Presión del Combustible

Detección obligatoria de condición de baja y alta presión del combustible, paragenerar las alarmas respectivas y paro de la unidad de fuego.

Medición de la presión del combustible aguas arriba de la válvula de control depresión de combustible.

Medición obligatoria de la presión de gas a quemadores y pilotos, la cuál se deberealizar aguas abajo de la válvula de control de presión y a una distancia mínimadel cabezal de distribución.

7.2 Flujo del Combustible En los casos en donde se requieran contabilizar el consumo de combustible, sedebe colocar un medidor de flujo aguas arriba de los cabezales de distribución decombustible a pilotos y quemadores.En el cabezal de distribución de combustible a quemadores se debe medir el flujototal a quemadores con el fin de poder hacer los cálculos y control de relación deaire/combustible.

En el caso de combustible líquido se debe medir el flujo de retorno o ubicar lamedición de flujo para medir el flujo neto de combustible hacia los quemadores.

En el caso de combustible líquido, se debe medir el flujo del fluido de atomización.

Opcionalmente, en los sistemas de gas, para compensar los cambios en lacomposición del gas combustible, se debe medir el poder calorífico o se puede

inferir de la medición de gravedad específica.También se puede medir la densidad y compensar por presión y temperatura paradeterminar la gravedad específica.

Si el gas combustible contiene cantidad variable de compuestos inertes (tal comodióxido de carbono o nitrógeno) y se espera variaciones grandes del podercalorífico, se recomienda medir el índice de Wobbe o poder calorífico.

Debido a que el poder calorífico del gas se correlaciona mejor con su flujo másicoque con su flujo volumétrico se recomienda realizar el control con el flujo másicodel gas.

Si se usa placa de orificio para medir el flujo másico de gas, la medición se debe

compensar con la medición de densidad del gas a la misma temperatura y presiónde la medición de flujo.

7.3 Configuración del Sistema de Suministro de Combustible Se debe utilizar como mínimo las siguientes arquitecturas de tubería einstrumentación.

7.4 Suministro Principal de Combustible Es la porción del sistema común de suministro de combustible que está aguasarriba del límite de batería de las unidades de fuego.


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En el caso de planta con una sola unidad de fuego las funciones de regulación de

presión y medición de flujo se pueden eliminar en esta porción del sistema.7.4.1 Sistema Suministro Principal de Gas Combustible

Fig 4. SUMINISTRO PRINCIPAL DE GAS COMBUSTIBLE

PSH PSL PI

PSV

XZSD

S

PV

M M

M

M

Suministrode gas

Responsabilidad del fabricantede la unidad

A cabezal de quemado

A cabezal de pilotos

A otras unidadesde fuego

V

V

V

PSH Interruptor de alta presiónPSL Interruptor de baja presiónPI ManómetroM Medidor de flujoXZSD Válvula bloqueo (*)V Válvula manual bloqueoPV Regulador de presiónPSV Válvula de seguridadS Filtro

Nota: (*): Válvula XZSD operadaremotamente solo si estáubicada a menos de 15 m de launidad de fuego

(1) Medidores opcionales (1)

7.4.2 Sistema Suministro Principal de Combustible Líquido

Si se usa tanque de almacenamiento para el combustible líquido, su diseño debecumplir con la norma NFPA 31.

El diseño de las tuberías del sistema de transporte y distribución del combustiblelíquido debe cumplir con la norma NFPA 31”.

La supervisión de nivel en los tanques de almacenamiento de combustible y elcorte automático de suministro de combustible hacia la unidad de fuego debecumplir con la norma NFPA 31.

El diseño del sistema de distribución de combustible líquido hacia las unidades defuego debe cumplir la norma NFPA 31.

El combustible líquido se debe suministrar en forma continua hacia la cámara decombustión en forma de atomización fina que pueda ser fácilmente encendida yconsumida.

Si el suministro se realiza mediante una bomba, se debe instalar una válvula dealivio de presión aguas abajo de la bomba de combustible líquido, para prevenirla sobre presión en el sistema. Ver Figuras 5 y 6.


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Fig 5. SUMINISTRO PRINCIPAL COMBUSTIBLE LÍQUIDO POR GRAVEDAD

MEDIANTE TANQUE

LAH

LT

LAL

TANQUE

V TSV F

M

M

M


A cabezal de q

A otras unde fuego

V

V

V

(1)

XV

XV

XV

TSV

TSV

TSV

A cabezal de p

TSV Válvula bloqueo con fusible térmicoXV Válvula automática corte combustibleV Válvula manual bloqueoLT Trasmisor de nivelLAH Interruptor alto nivelLAL Interruptor bajo nivelM Medidor de flujoF Filto

Nota:(1): Opcional

Fig 6. SUMINISTRO PRINCIPAL COMBUSTIBLE LÍQUIDO MEDIANTE BOMBA

PC PSH PI

PSV

M M

M

M

Del tanque

combustible


A cabezal de que

A cabezal de pilo

A otras unidde fuego

V

V

V

PSH Interruptor alta presiónPCV Válvula control de presión

PI Manómetro

M Medidor de flujoV Válvula manual de bloqueo

PSV Válvula de seguridad

B Bomba

Nota: (1): Opcional

(1)

XV

B

PI

PCV

Al tanque decombustible

PC Controlador de presión

XV Válvula motorizada


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7.4.3 Múltiples de Distribución a Pilotos y Quemadores

Esta porción del sistema de suministro de combustible abarca desde la conexiónde la unidad de fuego en el múltiple de distribución de suministro principal de laplanta, hasta la conexión con cada piloto y quemador de la unidad de fuego.

Está compuesto por una válvula de aislamiento ubicada en la entrada, un medidorde flujo de combustible para los casos en donde se requiere contabilizar elconsumo de combustible de la unidad de fuego, el múltiple o cabezal dedistribución de combustible a pilotos y el múltiple o cabezal de distribución decombustible a los quemadores.

A continuación se muestran las configuraciones típicas mínimas recomendadasde los múltiples de distribución a pilotos y quemadores, para la operación de las

unidades de fuego en forma automática o en forma manual supervisada. Losrequerimientos de componentes y configuración son los mismos para ambosmodos de operación, la diferencia está en la lógica de operación configurada enel controlador de encendido. En el modo de operación manual supervisado, lasoperaciones de encendido se realizan en forma automática para cada paso delencendido; pre–purga, encendido de cada piloto y encendido de cada quemador,pero la continuación de la secuencia entre un paso y el siguiente debe ser activadapor el operador. En caso de múltiple pilotos y quemadores, una vez completadoen forma satisfactoria el encendido del piloto correspondiente en la secuencia, elencendido del siguiente piloto debe ser activado por el operador. En caso deignición fallida del piloto, el operador tiene la opción de abortar el proceso deencendido o continuar el encendido, re–intentando el encendido del piloto fallado,o aplicando un baipás al encendido del piloto fallado y continuar con el encendidoactivando la ignición del siguiente piloto en la secuencia. Igual lógica se aplica paralos quemadores.

El encendido de los pilotos y quemadores también se puede realizar ensecuencias de grupos de pilotos y en secuencias de grupos de quemadores, ladecisión de usar una u otra forma debe ser una recomendación de ingeniería deriesgo. Para mayores detalles de las secuencias de encendido ver la sección 21(Secuencia de arranque) de este documento. (Ver Figuras 7 y 8)


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