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“EVALUACION DE SISTEMAS DE CONTROL

AVANZADO APLICADOS ENPEMEX

REFINACION”

XIV FORO DE AVANCES DE LA INDUSTRIA DE LA REFINACION

México, DF, 3 y 4 de Septiembre de 2008

Antecedentes

Los retos operativos modernos aparecen de manera simultanea:

“Lograr la operación óptima al menor costo”

Manejando como restricciones:Demanda de producción

Calidades requeridas

Costos y disponibilidad de materias primas, energía y servicios

Control de procesos complejos dinámicos no lineales

Retos económicos en la industria de refinación

Incremento en los costos de producción

Crudos más pesados y con mayor contenido de azufre

Requerimientos legislativos y regulatorios para el impacto ambiental

Procesos de producción totalmente optimizados

Calidad de productos consistentemente dentro de especificaciones

Process ControlElectrical Control

Safety ManagementHVAC Automation

Remote stations

Soluciones Integradas

Batch management

Maintenance Management

3rd Party PLC

SISfunctions

DCSfunctions

Asset Management

Field device monitoring

Production intelligence OEE

Quality Control

Connectivity servers

Inventory management

Process Analytical Technology

Espacios personalizados de trabajo para:

Gerente de ProducciónOperador del ProcesoAdmin. De la calidadPersonal de MantenimientoAdmin. De la Seguridad

Un sistema diseñado para la Excelencia Operacional

Modelo Funcional CPM por producto

Nivel de InformaciónPIMS, ISA-95 Persistant Layer

Funciones Comunes en las IndustriasExecution Management, Energy Management, Advanced Process Control

Visualización – Portal de Información

Conectividad (ISA-95 SOA Based)

Metals MineralsPulp & Paper

Oil & Gas

Refining

Chemicals Pharma

Industry Specific Solutions

Sistema de Control

Tecnologías de los Sistemas de Control (SCA)

Desde los 1990s PEMEX empezó a usar SCA, ABB participó con diversas Tecnologias:Control Avanzado y Optimización

Predict & Control (P&C), STAR, DMCplus & other MVPCsCLRTO (Dynamic Solutions/gPROMS; OPSO/NOVA)Lummus Olefins Furnace Model (Severity Control, CLRTO) “Closed-Loop” Analyzer-Enhanced APC Solutions

Movimiento de Producto y Mezclado para Refinerias & Terminales

Control Regulatorio & Control Avanzado del Mezcaldo (RBC/ABC)Sistemas de Movimiento de Producto (iOM&S, OMM, OME)Aplicaciones de Planeación y Programación de “Offsites”(StarBlend/ABC, CP&S)

Simuladores Dinámicos para Entrenamiento de Operadores – STS 2000 / STSTNG

MVPC y/o APC Convencional

Planta

Control Regulador Básico

Cálculos de Propiedades Inferidas

actuadores

sens

ores

lab

punto de ajuste cascadamodos & condiciones

especif. producto

metas optimas

limite

s operativos

económicos

Control Avanzado y Optimización - Definición

MVPC y/o APC Convencional

Planta

Control Regulador Básico

Cálculos de Propiedades Inferidas

actuadores

sens

ores

lab

punto de ajuste cascadamodos & condiciones

especif. producto

metas optimas

limite

s operativos

económicos

Control Avanzado y Optimización - Definición

Optimización Tiempo Real Lazo Cerrado

Ejemplo – Estrategia de CA en una Unidad de Crudo

T

RESID

ΔT

Q

F

FG

KERO

T

tipicomanipulado,disturbio,controlada,restriccion,variables

T

T

P

P

F

O2

L

T

FLOOD

HAGO

F

LAGOF

T

T

T

S

90%, Flash, Freeze

90%, Cloud, Freeze, CFPP,Viscosity, Color

API, S,Visc,P,N,A,TBP

F

S

S

NAPH

Q

95%

can also be used for optimal inline crude blending

FTIRFTIR

FTIRFTIR

FTIRFTIR

FTIRFTIR

FTIRFTIR

Propane

Typical manipulated, disturbance,controlled, & constraint variables

Ejemplo – Etrategia de CA en una Unidad HF Alky

QC

HF ASO H2O

HFStrip

QC

RECT

FC

HF/HC

I/O

FC

ISOSTRIPPER

dP

RONRVP

FC

TOMCNH2O

c/w

p/a & p/h

RX

Butane

make-up iC4

acid regen

Olefinfeed

saturatesfeed

T

TO2

AcidSettler

ΔT

iC4, MCN

acid recycle

FC T

DC3

Alkylate

iC4C3/nC4H2O

iC4, C3/nC4, H2O

acid recycle

iC4 recycleiC4 recycle

TC

QCL

TC

FC

T

P

TC->FC

PC

FC

FC

FCT

T

TdT

dP

T

FTIRFTIR

FTIRFTIR

FTIRFTIR

FTIRFTIR

FTIRFTIR

FTIRFTIR

dP

FTIRFTIR

Porqué el SCA mejora el desempeño

restricción real

Antes del SCA

reducevariaciones

Cambia metas

OptimoEconómico

MVPC

RestricciónInundaciónRestricción

Condensador

Restricción Temperaturadel rehervidor

Vapor

Liquido

Porqué el SCA mejora el desempeño

Zona de OperaciónPreferida por el operador

variaciones

Capacidad Lazo-cerrado, Responsabilidad Lazo-cerrado

AnalyzersFTIR & Conventional

ABCProperty Control& Optimization Blender

RBCBase Regulatory & Sequential Control

Soluciones de Mezclado en Línea

DCS w/ RBCTIMS

RIS

Ethernet

ABCClients

PTRVPFTIR FE

LIMS

OPC

Remote & Local I/OMO

DB

US

SQLnet

Integración Típica de un Sistema ABC

OPC

MODBUS

ABCServer

Acercamiento al concepto de un modelo

Ejemplo de mezclado en líneaEspecificación mínima : RON=95Ejemplo de mezclado en líneaEspecificación mínima : RON=95

Time

RON

1hr 2hr 3hr 4hr 5hr 6hr 7hr

Min 95

Max 95+ΔCFR

Max 95+ΔNIR

Resultados RON de máquina CFRen linea

Resultados del ABB NIR cada minuto

$$$$

Certificación en línea :

Después de 1h1/2,

Se inicia la carga de producto o

El envio de producto por ducto

durante el mezclado

Modelo no predictivo :

Prueba y error con retrazo

Zonas de alarma :

Si al final del mezclado, la

receta co esta suficientemente

restringida

Modelo predictivo :

Siempre dentro de especificación

Fuera deespecificación

Regalo por Octane

Regalo por Volatilitdad

Recetas Sub-Optimizadas

vs.

Remezclados

Costo del Inventario

Demurrage

Retraso o pérdida de embarques

Utilidad final = $0.05 - 0.25/bbl ganancias perdidas

Pérdidas Economicas en un Mezclador

SCA – Estimación de Beneficios y GarantíasEstudio y Estimación de Beneficios

Entender (lograr un acuerdo!) los objetivos económicos claveDefinir explícitamente todos los valores relevantes y los costos Identificar las restricciones típicas de la operación Estimar los factores sensibles de la operación (ej. Rendimiento / punto de corte) para esas restricciones (con base a la experiencia, a ser determinadas, perturbación del modelo simulado y/o de las pruebas de la planta)Cuantificar la variación asociada las variables de proceso restringidas (no simplemente debido al sensor o a la medición del laboratorio!)Hacer una suposición razonable para la reducción de la variación alcanzable por el SCA (basado en la experiencia y/o en desempeño del mejor de los operadores vs. el promedio)

Contratos Riesgo/Recompensa, Garantía de desempeño, o Paga-por-Desempeño

Para el SCA los beneficios se pueden ligar con criterios medibles directos de desempeño.

Beneficios económicos

Eliminar cuellos de botella en procesos continuos mediante validaciones más rápidasObtención de un proceso más estable que permite el acercar funciones objetivo a sus restriccionesManejo del perfil en reactoresDeterminación del punto finalAdministración de los cambios de gradoReducción de fluctuaciones en la calidad de productosDisminuir el consumo de energíaReducir los costos en el manejo y control de desperdiciosReducir el impacto ambientalAsegurar el cumplimiento regulatorio y de calidad

Fases de un proyecto de SCAEstudio de la planta y especificación funcionalPruebas de planta e identificación del modeloDiseño e ingeniería de detallePruebas de lazo cerrado internas y aceptación en fábricaLicencias de software e integraciónComisionamiento & Pruebas de aceptación en sitioEntrenamiento del operador & del ingenieroDiseño detallado y Manuales del OperadorSoporte Técnico remoto post-arranque remote y mantenimiento en sitio

“Discovery” Team – Estudios de PlantaRevisar procedimientos de diseño y operaciónEntrevistar personal de planeación, ingeniería de proceso y operaciones.Analizar datos históricos de operación, utilizando herramientas estadísticasauditar instrumentación & controles existentesRecomendar mantenimiento necesario a la I & CRe-sintonizar lazos críticos del procesoDeterminar factibilidad y estimar beneficios de la implementación del SCA

$ Proveer las bases para las garantías de desempeño o para los planes de pago-por-desempeño

Estado operativo de los SCA en PEMEX

PEMEX Refinación - CadereytaPEMEX Refinación - TulaPEMEX Refinación - MaderoPEMEX Refinación - Minatitlán

PEMEX Refinación - SalamancaPEMEX Refinación - Salina CruzPEMEX Gas y Petroquímica - Nuevo PemexPEMEX Petroquímica - CangrejeraPEMEX Petroquímica - Morelos

Proyectos de referencia

El objeto en los proyectos aquí mencionados ha sido o sigue siendo instalar sistemas sofisticados de control de procesos y/o optimización, simuladores dinámicos para entrenamiento y sistemas de información de proceso

PEMEX Refinación - CadereytaUbicación: Cadereyta, N.L.Usuario final: PEMEX RefinacionCliente: Contratista IndependienteUnidad(es): Off sites – Gasoline BlendingInv. Estimada : 10.0 MUSDFecha de la orden: 1994Alcance:

Regulatory Blend Controller (RBC)Advanced Blend Controller (ABC)

Control Distribuído: Fisher ProvoxRazones para no haber terminado el proyecto:

Insolvencia del contratista: falta de pagoProyecto cancelado por PEMEX

Comentarios: ABB ha propuesto a la Refinería la finalizacion de los trabajos

PEMEX Refinación - TulaUbicación: Tula, Hgo.Usuario final: PEMEX RefinaciónCliente: Contratista IndependienteUnidad(es): Planta Destilación Primaria y

Mezclado de Gasolinas Inv. Estimada : 15.0 MUSDFecha de la orden: 1994Alcance:

Regulatory Blend Controller (RBC)Advanced Blend Controller (ABC)Multivariable Controller (MVC)

Control Distribuído: Fisher ProvoxRazones para no haber terminado el proyecto:

Insolvencia del Contratista principalIncapacidad técnica del contratistaProyecto cancelado por PEMEX

Comentarios:Se terminaron los trabajos parcialmente por el fabricante del DCS

Pemex Madero OTS & APC Project

Refineria integrada de 190 MBPDSTAR MVPC, Inferential Property Control, & SimconX OTS para 9 unidades:

CDU / Reformer / 2 FCCsCoker / Alky / HDSH2 / Sulfur

OTS completoAPC incompleto

Guaranteed 1 Year ROI

Otros proyectos en PEMEX

PEMEX Refinación – Otros proyectos sin funcionarPEMEX REFINACIONMADERO (NEW UNITS) DCS APC SIM MES STATUSAtmospheric and Vacuum Distillation Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNDelay Coker Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNAlkylation Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNGas Oil Hydrotreater Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNH2 Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNSulfur Rec. Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNNaphtha Ref Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNFCC 2 Siemens Teleperm XP ABB ABB ? DOWNMTBE Siemens Teleperm XP ?TAME Siemens Teleperm XP ?

MADERO (REVAMP UNITS) DCS APC SIM MES STATUSFCC 1 Honeywell TDC-3000 Ver 533.1 ABB ABB ? DOWNHydrodesulfur Honeywell TDC-3000 Ver 533.1 ?Atmospheric and Vacuum Distillation I, II Honeywell TDC-3000 Ver 533.1 ?Others ? ?

CADEREYTA (REVAMPS UNITS) DCS APC SIM MES STATUSNaphtha Reformer ? Aspen OSI-PIFCC Siemens Teleperm XP Aspen ABB OSI-PI DOWNHydrodesulfur I, II, III ? Aspen OSI-PIAtmospheric and Vacuum Distillation I, II Siemens Teleperm XP Aspen ABB OSI-PI DOWN

CADEREYTA (OTHERS EXISITING UNITS) DCS APC SIM MES STATUS??????????? ????Gasoline Blending Fisher PROVOX ABB OSI-PI DOWN

Causas del porque no han funcionado

Por proveedor o contratista

ExperienciaLíderes de proyecto del lado del contratista sin experiencia en control de procesos

La Ingeniería tiende a presentar una gran cantidad de revisiones por omisiones, errores, cambios y retrasosFalta de integración de los equipos de ejecución

DCS, APC, Analizadores

Solvencia económica

Por PEMEX

Definición de la Ingeniería de Detalle

Implementación “ambiciosa”de los sistemas: instalar los SDMC, el Control Avanzado y el Optimizador (en el caso del Blending de Gasolinas) provocó una tensión adicional en los recursos disponibles

Cambios en las condiciones de proceso durante el proyecto

Poca atención en la selección de los analizadores de proceso

Referencias de Aplicaciones Exitosas

ABB Simcon - Experiencias acumulada de Aplicaciones Avanzadas:

Proyectos en el mundo >250 OTS, 150 AC&O, & 30 OM&BExperiencia acumulada >300 años hombre de experiencia en proyectos en una amplia gama de procesos industriales, tecnologías y plataformas de control e información.Estudios de Factibilidad y BeneficiosImplementación de proyectos “llave en mano”

Polimeri Europa Porto Marghera490ktpa etileno & 245ktpa propileno, cracker de 15 hornos de nafta/etanoControl de Severidad basado en modelo25 STAR MVPCs incluyendo control de produccion de toda la plantaOPSO/NOVA/PYPS+ CLRTOEquipo de ejecución conjunta de ABB & DOTPresentación de Papel Técnico conjunto ABB, DOT, & PE en la AICHE de la Primavera del 2003

SCA en linea por 18 meses con 95%+ factor de servicio

TPI Rayong200,000 ton/año planta de EB/SM en Rayong, Thailand3 MVPCs para 2 reactores, 5 columna de destilación, compresor, superheater, evaporador “thin film”, y otros equipos de proceso. Entonamiento del control Regulatorio, pruebas preliminares del MVPC, pruebas del proceso y modelado completo en 8 dias. Mayo del 2002 Comisionamiento terminado en 10 dias seguido por la Prueba de Aceptacion en Sitio con un factor del 100% en operación

“ABB far exceeded our expectations by completing the APC commissioning in record time in spite of our instrumentation problems.”HH Lee, Project Manager

TVK Hungary

380,000 ton/año etileno & 220,000 ton/año propileno, cracker de nafta/etanoControl de severidad basado en Modelo para 11 hornos18 STAR MVPCsEquipo de ejecución USA & UK2002 post-audited 4% production improvement doubled performance guarantee

“We took account of ABB’s track record in petrochemicals and its expertise in modeling furnace systems, but our own previous experience with ABB was of more significance. Having used ABB process control in ethylene production for many years, we already had ample clear evidence of their ability to deliver.”Istvan Lorincz, Plant Manager

Preem (Gothenburg, Suecia)

Refineria de 110,000 BPDAlcance de control lazo cerrado:

Control Distribuido/RBC para mezclado en linea de gasolina, gasoleo & combustóleo ABC para control y optimización de propiedades de la mezclaFTIR Avanzado para gasolinas

Rasgos avanzadosOrdenamiento automatico de equiposCorrección del “heel” y “flushing”para la linea de transferencia de 6 kmTiempo de produccion reducido en >30%

““ABC automatically corrects the blend recipe based on analyzer feedback, so most blends areproduced with no violation and minimum giveaway.”

Tomas Astrom,Blend Operations Group

Nuevo Pemex (Villahermosa)Plantas Criogenicas I & II (500MMCFD ea.)Aplicación de MVPC:

Balance de carga en calentadores Estabilizar operacion del demetanizador para mejorar el control de las especificaciones del productoMaximizar velocidad de carga de acuerdo a los limites operativos tales como presion del cabezal principal de carga y velocidad del compresorMaximizar los productos líquidos

Resultados:5% & 9% incremento en la recuperacion de productos liquidos(vs. 3% de la garantia de desempeño)

Barreras para la optimización

Factor Humano

Resistencia del usuario al cambio

Peor aún, inmunidad del usuario a soluciones de control avanzado y al uso de analizadores de proceso

Disponibilidad de Recursos Humanos

Tecnológicas

Plantas no automatizadas en su totalidad

Elementos primarios de medición y analizadores de propiedades físicas y químicas limitados o inexistentes

Mal seleccionados

Elementos finales de control de respuesta limitada y/o manuales

ConclusionesContratación

Responsabilidad “llave en mano”, con la ingeniería básica y de detalle incluídasEl objeto del contrato debe mandar para la selección de un proveedor con la tecnología y con capacidad de contratista o un contratista de propósitos generalesContratación por todo el alcance, sí pero:

Estudio de factibilidadIngenieriaPlaneación de la Procura y Construcción

EjecuciónImplementar una aplicación avanzada requiere mucha interacción con el proceso y una vez alcanzada una operación estable; Es recomendable ejecutar estos proyectos en etapasDesarrollar un grupo de “especialistas” que dirijan las acciones en PEMEX

Conclusiones (cont.)

MantenimientoDefinir responsabilidad clara de mejora continua en la planta, ya sea por Mantto. a Instrumentos o por Producción.

Si no hay un “doliente”, no se da seguimiento

RecursosInvolucrar al operador y jefe de planta

Asignación de un grupo de baja rotación con un líder de grupo

Entrenamiento en todos los niveles