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PDVSA Ndeg TiacuteTULO

VOLUMEN 9ndashII

Kndash374 INSTRUMENTACIOacuteN DE COMPRESORES

PROCEDIMIENTO DE INGENIERIacuteA

MANUAL DE INGENIERIacuteA DE DISENtildeO

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ldquoLa informacioacuten contenida en este documento es propiedad de Petroacuteleos de

Venezuela SA Estaacute prohibido su uso y reproduccioacuten total o parcial asiacute como

su almacenamiento en alguacuten sistema o transmisioacuten por alguacuten medio

(electroacutenico mecaacutenico graacutefico grabado registrado o cualquier otra forma) sinla autorizacioacuten por escrito de su propietario Todos los derechos estaacuten

reservados Ante cualquier violacioacuten a esta disposicioacuten el propietario se

reserva las acciones civiles y penales a que haya lugar contra los infractoresrdquo

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Venezuela SA Estaacute prohibido su uso y reproduccioacuten total o parcial asiacute como

su almacenamiento en alguacuten sistema o transmisioacuten por alguacuten medio

(electroacutenico mecaacutenico graacutefico grabado registrado o cualquier otra forma) sinla autorizacioacuten por escrito de su propietario Todos los derechos estaacuten

reservados Ante cualquier violacioacuten a esta disposicioacuten el propietario se

reserva las acciones civiles y penales a que haya lugar contra los infractoresrdquo

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Iacutendice1 OBJETIVO 3

2 ALCANCE 3

3 REFERENCIAS 3 31 Leyes Venezolanas 3 32 American Petroleum Institute ndash API 3 33 Petroacuteleos de Venezuela ndash PDVSA 3

4 DEFINICIONES 3

5 REQUERIMIENTOS BAacuteSICOS DE INSTRUMENTACIOacuteN 4

6 SISTEMAS DE CONTROL ALARMA Y PARO PARA COMPRESORESCENTRIacuteFUGOS 4 61 Control 4 62 Sistemas de Alarma y Paro 5

7 REQUERIMIENTOS DE MONITOREO CONTROL ALARMA Y PAROPARA COMPRESORES CENTRIacuteFUGOS 11

8 SISTEMAS DE CONTROL ALARMA Y PARO PARA COMPRESORES

RECIPROCANTES 14 81 Control 14 82 Sistemas de Alarma y Paro 14

9 REQUERIMIENTOS DE MONITOREO CONTROL ALARMA Y PARO

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1 OBJETIVOEstablecer los requisitos teacutecnicos miacutenimos de instrumentacioacuten monitoreocontrol alarma y paro de compresores a ser instalados en los diferentes procesose instalaciones de la industria petrolera petroquiacutemica y energeacutetica a fin degarantizar una operacioacuten eficiente y segura

2 ALCANCEEsta norma cubre los requerimientos de PDVSA para la instrumentacioacutenmonitoreo control alarma y paro de compresores

Esta norma debe ser utilizada (en caso que aplique) una vez haya sidodeterminado el nivel de instrumentacioacuten del equipo de acuerdo a lo establecidoen la norma PDVSA Kndash339

Todas las instrucciones de las normas Kndash300 y Kndash335 deben ser cumplidas

3 REFERENCIAS

31 Leyes VenezolanasDecreto No 3390 Publicado en la Gaceta oficial Nordm 38095 de fecha 2812 2004

32 American Petroleum Institute ndash API 612 (2005) Petroleum Petrochemical and Natural Gas Industries ndash Steam

Turbines ndash SpecialndashPurpose Applications Sixth Edition

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5 REQUERIMIENTOS BAacuteSICOS DE INSTRUMENTACIOacuteN

51 La instrumentacioacuten de compresores centriacutefugos y axiales debe cumplir con lanorma API 617

52 La instrumentacioacuten de compresores reciprocantes debe cumplir con la norma API

618

53 El sistema de proteccioacuten del compresor debe cumplir con las normas API 670 y API 612 (para compresor nivel 1)

54 El sistema de lubricacioacuten y aceite de compresores deberaacute cumplir al menos conlos requerimientos establecidos en la norma API 614 a excepcioacuten de lo siguiente

541 (API 614 Punto 615) En lugar de la norma API 551 la instrumentacioacuten decompresores debe regirse por las normas PDVSA aplicables de los Voluacutemenes9ndashI y 9ndashII del Manual de Ingenieriacutea de Disentildeo de PDVSA

542 (API 614 Punto 6213) Aplica para todo equipo impulsado por motores eleacutectricos

543 (API 614 Punto 6225) Para la funcioacuten de paro queda a criterio del disentildeador laimplantacioacuten de elementos de desviacuteo para permitir la prueba de funcionalidad de

los sistemas de paro544 (API 614 Punto 623) Los arreglos de alarma y paro Nordm 1 yo 3 aplican para

instrumentacioacuten de compresores nivel 1 y 2 (ver norma PDVSA Kndash339) Encompresores de nivel 3 aplica el arreglo 1

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612 Presioacuten de succioacuten Se controla con una vaacutelvula de control de succioacuten yo variandola velocidad de operacioacuten del compresor

613 Temperatura de descarga Se controla mediante la mezcla con una corriente defluido a traveacutes de una vaacutelvula de control o mediante un intercambiador de calor

614 Temperatura succioacuten (donde aplique) Se controla mediante la mezcla con una

corriente de fluido a traveacutes de una vaacutelvula de control o mediante un intercambiadorde calor

615 Flujo Se controla mediante una vaacutelvula de control

62 Sistemas de Alarma y Paro

621 Las variables operacionales y de proteccioacuten de compresores centriacutefugos incluyen

las siguientes ndash Alta presioacuten de succioacuten ndash Baja presioacuten de succioacuten ndash Alta temperatura de succioacuten ndash Baja temperatura de succioacuten ndash Bajo flujo de succioacuten

ndash Alta presioacuten de descarga ndash Alta temperatura de descarga ndash Bajo flujo de descarga

Vaacutelvula fuera de posicioacuten

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ndash Alto nivel en el depurador ndash Muy bajo nivel en el depurador ndash Temperatura de salida del enfriador ndash Mal funcionamiento de instrumentos ndash Liacutemite de cantidad de ocurrencia Oleaje

ndash Presioacuten de la carcasa del compresor ndash Alta vibracioacuten en cojinetes ndash Alto desplazamiento axial en ejesNota Puede incluirse cualquier otra variable de acuerdo al criterio del disentildeadory requerimiento del proceso (Ver Tabla 1)

622 Variables de MonitoreoTodas las variables listadas en punto 621 maacutes las siguientes variables

ndash Vibraciones ndash Temperatura de cojinetes ndash Desplazamiento axial ndash Diferencial de presioacuten en el filtro de entrada (donde aplique) ndash Flujo de recirculacioacuten ndash Contenido de partiacuteculas (donde aplique)

ndash Presioacuten interetapas (donde aplique)Nota Puede incluirse cualquier otra variable de acuerdo al criterio del disentildeadory requerimiento del proceso (Ver Tabla 1)

6 2 3 Las variables de proteccioacuten de vibracioacuten desplazamiento y temperatura de

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Se deben tomar en consideracioacuten los tiempos de respuesta del lazo de control deoleaje (transmisor controlador y elemento final de control) con la finalidad quesean menores que el tiempo de oleaje establecido por el fabricante del equipo

Un elemento adicional de flujo debe tambieacuten ser instalado en la liacutenea de succioacutendel compresor si la presioacuten es lo suficientemente alta para asegurar una precisioacuten

de medicioacuten de flujo de 2 La instrumentacioacuten empleada para el control antindasholeaje debe ser exclusiva paraesta funcioacuten Una configuracioacuten de la instrumentacioacuten comuacutenmente utilizada parael control antindasholeaje se muestra en la Figura 1

Fig 1 INSTRUMENTACIOacuteN DE COMPRESORES CENTRIacuteFUGOS(CONTROL ANTIndashSURGE)

Turbina Compresor

FT

FE

PTPT

Succioacuten Descarga

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2 El algoritmo debe contar con estrategias de anticipacioacuten (feed foward) queadelanten una accioacuten preventiva ante cambios bruscos de la posicioacuten delpunto de operacioacuten La tasa de cambio de flujo que active la estrategia deanticipacioacuten debe ser configurable

3 El algoritmo de control de oleaje debe poder configurarse para manejar

varias succiones y operar una misma vaacutelvula de recirculacioacuten 4 El algoritmo debe tener capacidad para ser habilitado por alguna de las

siguientes sentildeales ndash Presioacuten de succioacuten ndash Presioacuten de descarga ndash Relacioacuten de compresioacuten ndash Flujo o velocidad

5 Debe tener capacidad para evitar cambios u oscilaciones en la sentildeal desalida al cambiar el modo de operacioacuten del controlador de manual aautomaacutetico y viceversa (AutoManual Bumpless Transfer)

6 Debe tener funcioacuten de ldquoManual Overriderdquo la cual permite que la aplicacioacutenrestablezca su operacioacuten a modo automaacutetico si se encontraba en modomanual cuando el punto de operacioacuten se encuentre en la zona de control

7 Debe tener funcioacuten de desviacuteo en la estrategia de control para realizar

labores de verificacioacuten del buen funcionamiento de los transmisores depresioacuten y temperatura sin que ello interfiera en las acciones de control porparte de la aplicacioacuten Las funciones requeridas para realizar labores de

ifi ioacute d l b f i i t d l t i d fl j aacute d fi id

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b Deteccioacuten de Oleaje y Estrategias ante la Presencia de Eventos de Oleaje

1 La aplicacioacuten debe contar con un algoritmo o mecanismo de deteccioacuten deoleaje el cual podraacute estar basado en alguna de las siguientes condiciones

ndash Aproximacioacuten a la liacutenea de oleaje configurada ndash Tasa de cambio de la variable flujo

ndash Tasa de cambio de la variable presioacuten de succioacuten 2 Ante la deteccioacuten de un evento de oleaje debe activarse una funcioacuten que

adicione un margen de proteccioacuten extra por cada evento de oleajedetectado El margen de proteccioacuten extra debe ser configurable

3 La aplicacioacuten debe ser capaz de generar un comando discreto ante ladeteccioacuten de ocurrencia de oleaje Dicho comando podraacute ser utilizado paragenerar disparo a miacutenima velocidad paro total o llevar las vaacutelvulas derecirculacioacuten a su posicioacuten abierta La frecuencia de eventos de oleaje queactiven el comando antes descrito debe ser configurable

4 La aplicacioacuten debe incluir la generacioacuten de alarmas por deteccioacuten deeventos de oleaje

c Capacidad para el Diagnoacutestico de Sentildeales de Campo y Estrategias de Respaldoante la Falla de Sentildeales

1 La aplicacioacuten debe ser capaz de detectar la falla de cada una de las sentildealesasociadas y deberaacute permitir la configuracioacuten individual de la accioacuten decontrol o de respaldo ante la falla de cada una de estas a excepcioacuten de la

ntilde l d fl j

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d El sistema de control antioleaje y de control de carga deben estar integrados demanera que se impida accioacuten simultaacutenea y conflictiva entre ellos

e Debe tener capacidad para evitar cambios u oscilaciones en la sentildeal de salida alcambiar el modo de operacioacuten del controlador de manual a automaacutetico y viceversa(AutoManual Bumpless Transfer)

6210 Aplicacioacuten (Software) de Control de Reparticioacuten de CargaLa aplicacioacuten de proteccioacuten y control de carga debe cumplir con las siguientescaracteriacutesticas

a El algoritmo de control de reparticioacuten de carga debe basar su estrategia enmantener los puntos de operacioacuten de un tren de compresioacuten a una mismadistancia de la liacutenea de control antioleaje con el objetivo de garantizar un mismomargen de flexibilidad entre los trenes y maximizar la eficiencia de cada tren en

particularb Las variables controladas deben ser la presioacuten de succioacuten presioacuten de descarga

flujo de succioacuten o una combinacioacuten de ellas

c El sistema de control antioleaje control de carga y reparticioacuten de carga debenestar integrados de manera que se impida accioacuten conflictiva entre ellos

d El algoritmo de control reparticioacuten de carga debe tener la capacidad de evitarcambios u oscilaciones en la sentildeal de salida al cambiar el modo de operacioacuten delcontrolador manual a automaacutetico y viceversa (AutoManual Bumpless Transfer)

6211 Requerimientos de la Aplicacioacuten

Las aplicaciones mencionadas en los puntos 6 2 8 6 2 9 y 6 2 10 de esta norma

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2 Los mecanismos sentildealados deben vigilar tanto la integridad del hardwareen lo que a procesamiento y memoria se refiere como el barrido delprograma

c Facilidades de Mantenimiento

1 Arquitectura que permita acceso remoto para la configuracioacuten

programacioacuten mantenimiento de base de datos y diagnoacutestico de loscomponentes del sistema de supervisioacuten

2 Facilidades de acceso a todos los equipos para labores de mantenimiento

d Capacidad de Integracioacuten

1 El sistema de control antioleaje y sistema de control de carga de cadacompresor puede estar integrado en el controlador o sistema de control

general de compresor tomando en cuenta el cumplimiento de losrequerimientos de tiempos de ejecucioacuten

2 El equipo a ser instalado debe tener capacidad de integracioacuten a sistemassupervisorios con protocolos basados en TCPIP

3 La comunicacioacuten entre los diferentes equipos y sistemas debe ejecutarse ala mayor velocidad de transmisioacuten que permitan dichos equipos en conjunto

4 El sistema de control general del compresor debe tener arquitectura flexibleque permita la integracioacuten de nuevos equipos y sistemas

5 El sistema de control general del compresor debe tener arquitectura modular

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TABLA 1 REQUERIMIENTOS DE MONITOREO CONTROL ALARMA Y PARO PARACOMPRESORES CENTRIacuteFUGOS ASOCIADOS A VARIABLES DE PROCESO

FUNDAMENTALES

Variable de Proceso Monitoreo Control Alarma ParoContenido de partiacuteculas (donde aplique) X X AB AB

Desplazamiento axial X X A ADiferencial de presioacuten en el filtro deentrada (donde aplique)

X A

Diferencial de presioacuten en el filtro aceitelubricante

X A

Flujo de descarga X B B

Flujo de recirculacioacuten X

Flujo de succioacuten X B

Diferencial de presioacuten Filtro entrada X A

Indicacioacuten de comando y posicioacuten de lavaacutelvula de recirculacioacuten X

Nivel en el depurador X B A

Liacutemite cantidad ocurrencia Oleaje X A

Fuera de posicioacuten de vaacutelvulas de succioacutendescarga venteo y presurizacioacuten X X X

Presioacuten de aceite de lubricacioacuten X AB AB

Nivel tanque elevado aceite lubricante X B

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Variable de Proceso ParoAlarmaControlMonitoreoTemperatura de aceite lubricante(descarga de bomba de aceite dondeaplique)

XX

(dondeaplique)

B

Temperatura de aceite lubricante

(reservorio)

X B B

Temperatura de aceite lubricante (salidade los cojinetes donde aplique)

X A

Presioacuten tanque principal de aceite X A

Temperatura de descarga X X A

Temperatura de la carcasa X A A

Temperatura de salida del enfriador X A

Temperatura de succioacuten X X AB ABMal funcionamiento de instrumentos X X

Temperatura del cojinete axial (dondeaplique) X A A

Temperatura del cojinete de empuje(donde aplique)

X A A

Vibracioacuten del eje X A A

Vibracioacuten radial en los cojinetes delanteroshorizontales

X A A

Vibracioacuten radial en los cojinetes delanterosverticales X A A

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8 SISTEMAS DE CONTROL ALARMA Y PARO PARACOMPRESORES RECIPROCANTES

81 Control Las variables a ser controladas en un compresor reciprocante son la presioacuten de

succioacuten y descarga flujo o alguna combinacioacuten de estas variables Esto se puedelograr mediante estrangulamiento de la presioacuten de succioacuten vaacutelvulas de descarga(unloaders) bolsillos de despeje (clearance pockets) variacioacuten de velocidad o undesviacuteo de fluido enfriado desde la descarga a la succioacuten El sistema de controlpuede ser mecaacutenico neumaacutetico hidraacuteulico eleacutectrico electroacutenico o algunacombinacioacuten de los mismos (Ver Figura 2)Los compresores reciprocantes deben cumplir con los requerimientos de laaplicacioacuten descritos en el punto 6210 literales b c y d de este documento

Fig 2 INSTRUMENTACIOacuteN DE COMPRESORES RECIPROCANTES CONRECIRCULACIOacuteN FRIacuteA

CONDUCTOR

COMPRESOR

STGOVERNADOR DE

VELOCIDAD

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Las variables de proteccioacuten de compresores reciprocantes deben cumplir con loestablecido en la norma API 670 (Ver Anexo B)

Nota Puede incluirse cualquier otra variable de acuerdo al criterio del disentildeadory requerimiento del proceso

9 REQUERIMIENTOS DE MONITOREO CONTROL ALARMA Y

PARO PARA COMPRESORES RECIPROCANTESLos requerimientos de monitoreo control alarma y paro a ser tomados en cuentapor el disentildeador del sistema de instrumentacioacuten asociados a las variables deproceso fundamentales de los compresores reciprocantes se muestran en laTabla 2

TABLA 2 REQUERIMIENTOS DE MONITOREO CONTROL ALARMA Y PARO PARA

COMPRESORES RECIPROCANTES ASOCIADOS A VARIABLES DE PROCESOFUNDAMENTALES

Variable de Proceso Monitoreo Control Alarma ParoPresioacuten de Aceite de Lubricacioacuten X B

Presioacuten de Succioacuten X X A

Flujo de aceite de lubricacioacuten forzada X B B

Nivel de aceite de la caja de lubricacioacuten

forzada XPresioacuten de Descarga X A A

Temperatura de Descarga X

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10 SISTEMAS DE CONTROL ALARMA Y PARO PARACOMPRESORES AXIALES

101 General Adicionalmente a lo establecido en la norma API 614 (capiacutetulo 1) la

instrumentacioacuten de los compresores axiales debe contar con los siguientesdispositivos

a Sensores e interruptores para sentildeales del sistema de sello del eje porinyector oacute eductor

b Detectores de vibracioacuten y posicioacuten

c Sensor de temperatura en la entrada del compresor

d Sensor de temperatura en la descarga del fluido comprimido

e Vaacutelvula de alivio (bleed)

102 Sistemas de Control Adicionalmente a lo establecido en la norma API 614 (Capiacutetulo 1) los sistemasde control de los compresores axiales deben cumplir con lo siguiente

a Para compresores axiales de velocidad constante la posicioacuten de los aacutelabesdebe ser ajustable mediante un sentildeal de control El sistema de control deposicioacuten de los aacutelabes debe estar provisto de posicionador e indicacioacuten de

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TABLA 3 REQUERIMIENTOS DE MONITOREO CONTROL ALARMA Y PARO PARACOMPRESORES AXIALES ASOCIADOS A VARIABLES DE PROCESO

FUNDAMENTALES

Variable de Proceso Monitoreo Control Alarma ParoTemperatura de los Cojinetes X AB AB

Presioacuten de Aceite Lubricante de losCojinetes X X B B

Velocidad de la Maacutequina X X A A

Presioacuten de Descarga X X A A

Temperatura de fluido de succioacuten delcompresor

X A

Presioacuten diferencial a traveacutes de los filtros X A A

Posicioacuten de vaacutelvulas de alivio (bleed) X XVibracioacuten radial (vertical y horizontal) ydesplazamiento axial

X A A

Flujo de succioacuten a traveacutes de aacutelabesmoacuteviles X X

Nota

A Indica alto valor de la variableB Indica bajo valor de la variable

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Item

P1 Sensor de posicioacuten axial

Descripcioacuten

P2 Sensor de posicioacuten axial

Sensor de vibracioacuten radial lado de acople 45deg a laizquierda de la vertical

3Y

Sensor de vibracioacuten radial lado externo 45deg a la

derecha de la vertical4X

Sensor de vibracioacuten radial lado externo 45deg a laizquierda de la vertical

5Y

Sensor de vibracioacuten radial lado externo 45deg a laderecha de la vertical

6X

Cojinete radialR

Cojinete de empujeT

Caja de conexioacuten o empalmeJB

Temperatura de cojinete lado externoT1 T2

Compresorcentrifugo E

m p u j e a c t i v o

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ANEXO A VARIABLES DE PROTECCIOacuteN API 670 PARA COMPRESORESCENTRIacuteFUGOS (VIBRACIOacuteN DESPLAZAMIENTO Y TEMPERATURA DE COJINETES)

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Cilindro

3

Cilindro

1Cilindro

2

Cilindro

4

CompresorReciprocante

Item

empty1

R

JB

T1ndashT5

RD1ndashRD4

A1 A2 A3

Transductor de fase referencial

Cojinete radial (descripcioacuten)

Caja de conexioacuten o empalme

Temperaturas cojinete principal

Sensores de caiacuteda de vaacutestago (datos fabricante)

Aceleroacutemetros de carcasa

Descripcioacuten

Sistema de monitoreo de caiacuteda de vaacutestagovibracioacuten y temperatura de cojinete

Canales caiacutedavaacutestago pistoacuten

Canalesvibracioacuten carcasa

Canalestemepratura

cojinetes

RD1 RD2 RD3RD4

A1 A2 A3 T1 T2 T3 T4T5

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Paacutegina 19

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ANEXO B VARIABLES DE PROTECCIOacuteN API 670 PARA COMPRESORES RECIPROCANTES(VIBRACIOacuteN DESPLAZAMIENTO Y TEMPERATURA DE COJINETES)