Pruebas Parciales en los Sistemas de Paro por Emergencia

Ing. Fernando Castro Pérez.
Ingeniero especialista, ARPO Integración de Sistemas.
Revista InTech México Automatización Edición Agosto Septiembre 2009.

Descripción de documento:

Se expondrá el tema de pruebas a válvulas de corte y sus dispositivos en los SIS, de acuerdo a la experiencia de sistemas que operan actualmente en instalaciones nacionales costa-fuera promoviendo la discusión en cuanto al cumplimiento de la normatividad actual, así como los factores de atención para el proveedor-usuario en cuanto a monitoreo, diagnóstico, reportes, operación hardware dedicado y elementos finales de campo.

Antecedentes:

La realización de pruebas operacionales a los elementos que componen el SIS, y en este caso a las válvulas de corte, surge a partir de la necesidad de asegurar que los elementos con mayor probabilidad de falla en el sistema, como lo son en este caso las válvulas de corte, realicen su función de manera adecuada en el caso de demanda por alguna emergencia.

Para continuar con el tema de la realización de pruebas, y básicamente con el término de Prueba parcial, tema de este escrito, se tomará como referencia lo indicado como recomendación en la norma API-14C (Anexo D), en los párrafos de los siguientes apartados:

API 14C (Anexo D)

D.1.1. “Las pruebas son necesarias para mantener la disponibilidad del sistema de seguridad; en sistemas expuestos a un alto estrés (corrosión, color, etc.)”.

D.2.2. “Se deben de establecer intervalos de prueba alternativos de acuerdo a las experiencias de campo, procedimientos operativos, o regulaciones gubernamentales”.

D.2.4. “Se deben de realizar pruebas a las válvulas de corte y otros controles de paro para asegurar que estos reciben la señal transmitida por el sensor y que realizan sus funciones de diseño”

“… se deben de realizar pruebas al menos anualmente al sistema completo de paro o de control, incluyendo la válvula de corte o dispositivo de control.”

ANSI/ISA S84.00.01-2004, ISA-TR96.05.01

  • … Algunas fallas solo pueden detectarse mediante pruebas funcionales.
  • Mediante las pruebas parciales, se tiene un diagnóstico con los cuales se puede identificar los modos de falla asociados con el actuador de la válvula de corte.
  • El intervalo de prueba a las válvulas de corte se establece examinando la probabilidad de falla en demanda de cada componente de la función instrumentada de seguridad.
  • Tipo de equipos para pruebas parciales:
    • Limitación mecánica.
    • Control de posición-
    • Por operación de válvulas solenoides.

Tomando en cuenta lo anterior, y reafirmando la finalidad de las pruebas a las válvulas de corte, se tiene que con la realización de pruebas en un sistema que está en servicio, a las válvulas de corte, se genera una mayor certidumbre en que al tenerse una demanda de operación del sistema en el caso de una situación de emergencia, estos elementos realizarán su función de manera adecuada con un mínimo de falla en sus elementos.

Así, la realización de pruebas a las válvulas de corte consiste en provocar el movimiento de actuador ya sea hasta su posición de cierre y de manera momentánea, siempre que el tiempo de cierre no tenga alguna repercusión significativa en la línea de proceso o producción, o si la tiene, entonces recurrir a un cierre parcial ¿Qué tanto? Lo suficiente para comprobar que la SDV se mueve.

Ahora, veamos de qué manera se implementan estas pruebas así como los elementos comunes para la operación de estas.

Operación:

Considerando que la válvula de corte forma parte de nuestro SIS, en el PLC de seguridad se tiene la capacidad de la implementación automática de una función de prueba. Con esto, y considerando el diámetro de la tubería y consecuentemente el tiempo de movimiento de la SDV en un ciclo completo (cerrar-abrir), se puede provocar de manera intencional el movimiento de la SDV, implementando ya sea el cierre completo de la válvula o el cierre parcial, si esta es normalmente abierta. Hay que valorar que el cierre parcial debe de ser lo suficiente para asegurar que la válvula se mueve y que no tiene obstrucciones, además de que con la realización de estas pruebas no se tengan afectaciones como para provocar el cierre de la línea de proceso.

Instrumentación:

Debido a que el SIS es un sistema automatizado, con los sensores adecuados en campo y alambrados a nuestro controlador, se pueden obtener todos los diagnósticos necesarios para generar un reporte suficiente del estado operativo de la SDV. Por tal motivo, y sin llegar a excesos en señales o módulos dedicados como para incrementar el costo de un sistema que además no es nada barato, podemos listar los dispositivos como los siguientes:

Selector manual para válvula en automático/prueba

  • Sensor de posición abierta.
  • Sensor de posición cerrada.
  • Botón para cierre local.
  • Botón para inicio de prueba.
  • Botón para apertura automática (debido a que la acción de prueba es local, la apertura también puede ser manual empleando el sistema hidráulico-neumático)
  • Sensor de posición de cierre parcial.
  • Transmisor de posición.
  • Solenoides para comandar el movimiento automático de la SDV (la cantidad de estas depende de la marca y arreglo neumático para operación de la SDV)

Con estos dispositivos, y la programación adecuada en el PLC e IHM se pueden obtener todas las funciones requeridas para la válvula además de los diagnósticos necesarios y útiles en cuanto a la operación de la misma, tales como los mostrados (ver imágenes) y aplicados al proyecto KUMALOOBZAA.

Hay que tomar en cuenta además, que cada dispositivo indicados en la relación anterior, lleva consigo sus propias fallas posibles, además de la implicación de la realización de pruebas, ya sea selectores, botones, interruptores o solenoides. Sin embargo, actualmente todo PLC orientado a ser el controlador del SIS cuenta con módulos que tienen la capacidad de contar con supervisión de circuitos, ya sea como señales de entrada o de salida.

Adicionalmente, al tomar en cuenta el reducido espacio por el lugar en que se instalan los dispositivos para detectar la posición de la SDV en su función de transición, se encuentra uno con el problema de la calibración y los márgenes de detección del estado abierto cerrado, los cuales son de ajustes mecánicos.

Diagnósticos:

Debido a que como premisa principal en la realización de pruebas a las válvulas tenemos la de asegurar que la válvula de corte realice adecuadamente su función en el caso de una emergencia, con los elementos de campo indicados arriba, al menos se pueden listar los diagnósticos siguientes:

  • Válvula con obstrucciones que impiden su libre movimiento.
  • Válvula atorada.
  • Problemas en la presión neumática reflejada en el movimiento de la SDV.

Además, para cada dispositivo se pueden detectar las siguientes fallas:

  • Solenoides abiertas o pegadas.
  • Fallas de circuitos supervisados (circuito abierto, corto circuito o contacto sulfatado).
  • Sensores de posición descalibrados (p.e. que no se detecte el estado abierto-cerrado-prueba)
  • Transmisor de posición descalibrado.

Conclusiones:

Las pruebas parciales consisten en la realización de una prueba de funcionalidad a la válvula de corte haciendo que esta válvula se mueva a su posición segura, en un porcentaje y en un tiempo que no implique disturbios al estado normal de proceso, pero que asegure que la válvula opera de manera adecuada en caso de demanda en una emergencia. Para lograr esto, las pruebas que se implementan son:

  • Mover la SDVa un porcentaje determinado para no ocasionar disturbios de flujo en la línea de proceso.
  • Mover la SDV a su posición segura en un tiempo que no implique un disturbio en la línea de proceso, p.e. cierre completo y apertura inmediata. “Ahh, la prueba falló y se me cerró la SDV, aún tengo tiempo de abrirla”.

Con los adelantos tecnológicos actuales para la fabricación e implementación de capacidades en los módulos del PLC del SIS, además de las habilidades aprendidas para implementar todas las funciones requeridas de diagnósticos y registros en el SIS para las pruebas, el problema principal está ahora en subsanar la parte que sigue siendo la de mayor probabilidad de falla, el elemento de campo, tomando en cuenta además de los dispositivos que integran este elemento, así como que el usuario debe de acostumbrarse a contar con métodos automatizados de pruebas, diagnósticos y registros, sin olvidar el implementar como procedimiento la realización de las pruebas como un método seguro.

Para los dispositivos de campo, los fabricantes de estos sensores deben de considerar métodos prácticos de calibración de estos dispositivos que por el reducido espacio en que se instalan, o por tener implícita una funcionalidad mecánica con un margen de movimiento reducido, requieren de métodos basados muchos veces en el pulso de una persona para poder calibrarlos… tales como los sensores de posición (switches o transmisores).

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