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Paper Consolidacion COC_GRB

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Paper Consolidacion COC_GRB

  1. 1. Consolidación de Operación de Refinería Implantación exitosa de múltiples tecnologías de automatización en un proyecto de modernización para el principal complejo de refinación y petroquímica de Colombia Francisco J. Trespalacios Vergara Departamento de Proyectos de Refinación ECOPETROL S.A. - Colombia ftrespal@isa.org Resumen— A través del proyecto de consolidación de la operación de la Refinería de Barrancabermeja de Ecopetrol S.A. en Colombia se realizó la Integración de Sistemas de Control y de Sistemas Instrumentados de Seguridad de 14 cuartos de control empleando tecnologías de comunicaciones ópticas y redes de nueva generación, al igual que ciber-seguridad, en paralelo con un programa de implementación de tecnología de control avanzado de procesos en doce plantas. Palabras claves—automatización; consolidación; sistemas de control; interfaces; ciberseguridad. I. INTRODUCCIÓN La Refinería de Barrancabermeja de ECOPETROL S.A. inició operaciones hace más de 90 años y ha ido creciendo hasta convertirse en un complejo industrial con múltiples unidades de proceso esparcidas en casi 300 hectáreas. En la medida que se fueron incorporando las distintas secciones fueron surgiendo diversos cuartos de control, como parte de la nueva instalación, en los que se utilizaron las tecnologías disponibles en cada momento. En años recientes, aspectos de nuevas regulaciones y competencia en los mercados mundiales, ha requerido de operaciones más seguras, estables y eficientes para las plantas de la industria de hidrocarburos. Por esta razón desde comienzos de los años 2000’s surgieron una serie de iniciativas de modernización de los sistemas de monitoreo, protección y control de las refinerías de Colombia. Dentro de este contexto se desarrolló el proyecto denominado “Control Operacional Consolidado – GRB”, cuya concepción inició en el 2005 y se extendió hasta el 2013, del cual expondremos sus principales aportes en la implantación de diversas tecnologías de automatización. II. CONFORMACIÓN DE LA INICIATIVA A. Mayores Retos Debido al enorme crecimiento de la refinería y sus múltiples procesos hubo que afrontar un gran número de dificultades técnicas, estructurales y organizacionales de las cuales resaltamos las siguientes: • Más de 14 cuartos de control existentes, que no estaban interconectados entre sí, presentaban alto grado de obsolescencia y estaban ubicados de manera distantes. • Los sistemas de control correspondían a tres proveedores diferentes y eran modelos de distinta generación, al igual que los sistemas instrumentados de seguridad. • Los grupos operativos tenían variada cultura organizacional y utilizaban gráficos de operación no estandarizados. • Durante la ejecución del proyecto se incorporarían nuevas unidades de proceso y en años venideros habría una expansión mayor de la refinería. • Aunque se contaba con una base de datos de producción en tiempo real, la interconexión de los sistemas de control con sistemas de información era muy limitada o escasa. B. Premisas Básicas Teniendo en mente la consolidación de la operación de toda la refinería existente y futura (con proyección a 20 años), en una misma unidad o centro de comando, se establecieron unos conceptos básicos a aplicar como los que se ilustran a continuación: • Disponer de un back-bone de cable de fibra óptica con 36 hilos en esquema de estrella para múltiples servicios que uniera a los cuartos de controles existentes y futuros con el Edificio de Control Central. • Definir la arquitectura de los sistemas de control DCS como el eje para transmitir toda la información del monitoreo, control y protección de las plantas a los operadores. • Establecer una consola de operación estándar que fuese similar, independientemente del proceso que se manejara o el fabricante del sistema de control que se utilizara, y que también debía ser adoptada por los proyectos de expansión futuros. • Diseñar los puestos de trabajo considerando factores de ergonomía, operatividad, visibilidad, comodidad y confort, bajo una distribución que facilite la intercomunicación e integración de las distintas áreas de proceso. • Elaborar una guía para el diseño de gráficos de operación siguiendo las normas internacionales para displays de control y manejo de alarmas.
  2. 2. • Adoptar esquemas de seguridad informática siguiendo las nuevas prácticas establecidas por la industria y propiciar una política corporativa para aplicar en las redes de los sistemas de control de otras instalaciones de la empresa. • Utilizar estructuras de redundancia que aumenten el grado de confiabilidad y disponibilidad. • Desarrollar un plan de manejo del cambio organizacional para adaptar a los departamentos y personal involucrado a una nueva filosofía de operación, actualizando procedimientos y desplegando un completo programa de entrenamiento para cierre de brechas. (Tema que se trata de manera amplia en otro artículo) III. DESARROLLO DEL PROYECTO Con todos estos retos y premisas planteados por un grupo de profesionales que habían participado en proyectos previos de menor envergadura, y la asesoría de una firma internacional con experiencia en operación de refinerías, se establecieron las bases técnicas y las justificaciones económicas para conseguir la viabilidad y aprobación del proyecto. Aunque la inversión en infraestructura física y actualización de los sistemas resultaba considerablemente alta, los beneficios económicos que se desprendían de pasar a una operación integrada, y utilizar tecnologías de control avanzado de procesos, constituyeron un modelo financiero robusto que permitió incluso absorber las variaciones en costos y tiempo que se presentaron más adelante, manteniéndose un buen retorno a la inversión. A través de las diferentes fases del Proyecto hubo que manejar una serie de aspectos que resaltaremos a continuación: A. Involucramiento y Manejo del Cambio Un aspecto fundamental para el éxito del Proyecto que se identificó desde un principio fue la aceptación que debía conseguirse de los distintos grupos de operación que poseían cultura y niveles de formación diversos. Por ello, a medida que se fueron definiendo los diseños conceptuales y básicos, se realizaban múltiples entrevistas o talleres con estos grupos para comprender sus necesidades, y a su vez transmitirles poco a poco los elementos de la nueva filosofía de trabajo, con lo cual se construyó de manera conjunta una visión de futuro compartida. A partir de esa visión de futuro, o nueva filosofía operacional, se analizaron y valoraron las principales brechas que resultaban de la situación existente en temas tales como: personas, organización, funcionamiento y sistemas. Con base en esta información se preparó el plan de manejo del cambio organizacional que estableció, entre otras cosas, el programa de entrenamiento y cursos individualizados para los diferentes grupos operativos y técnicos, en el cual se invirtieron más de 20,000 horas hombre de capacitación, y con lo cual se consiguió una transición hacia la consolidación de la operación sin traumatismos y con un alto nivel de aceptación.
  3. 3. B. Homogenización sin Unificación Otro aspecto clave en el desarrollo del Proyecto lo constituyó el hecho de que se decidió mantener a los proveedores o fabricantes de los sistemas de control y protección de las unidades, que se tenían en cada una de ellas, para conservar parte de las inversiones realizadas, disminuir los requerimientos de modificaciones de cableado de señales y reducir los riesgos de traspaso de estrategias de control a sistemas diferentes. Sin embargo, teniendo en cuenta que se estableció un estándar de consola de operación en la cual no habría teclados funcionales particulares y se emplearían interfaces hombre maquina idénticas para todas las plantas, hubo que plantear arquitecturas que se adaptaran a estas condiciones en la actualización de los 16 sistemas DCS’s que hacían parte del alcance del proyecto. Figura 2. Consola de operación estándar Para el caso de los sistemas de protección o sistemas instrumentados de seguridad (ICS), fue más complicado conseguir similar homogenización, y el manejo centralizado de los mismos, debido a que no se contaba con módulos I/O’s remotos que permitieran replicar las botoneras de parada de emergencia y otros comandos que utilizaban los operadores en las consolas de los cuartos locales existentes. La manera de resolver esta limitación tecnológica, que existía hace unos años, fue agregar procesadores centrales adicionales que se enlazaban con los procesadores existentes a través de redes certificadas TUV. Con estos esquemas para los DCS e ICS de diferentes fabricantes, y aprovechando una red de datos operativa común, se optimizaron la cantidad de estaciones de ingeniería habilitando PC’s para que se pudiese tener acceso de manera remota a la configuración de las bases de datos de los distintos sistemas. En todo este proceso de homogenización fue fundamental el estrecho trabajo y colaboración con los distintos fabricantes en las etapas de diseño. Parte de esta homogenización también se consiguió al estandarizar los gráficos de operación para los distintos procesos, utilizando la guía que se elaboró siguiendo las normas internacionales para construcción de displays de operación y manejo de alarmas, y, concertando con los distintos grupos operativos el esquema más apropiado para cada área de proceso. C. Ergonomía y funcionalidad En toda consolidación de cuartos de control es imprescindible realizar el diseño de la sala central acorde con las mejores prácticas de ergonomía que se tienen previstas para estas edificaciones. En el caso particular de este proyecto también se tuvieron en cuenta otros elementos que determinaron la disposición final de las consolas de operación y su agrupamiento. No solamente se analizaron los elementos de iluminación, acústica, visibilidad, confort y funcionalidad, sino que también se tomaron en cuenta la manera como se asociaban e interactuaban los operadores en los cuartos de control existentes y la ubicación física de las plantas respecto a la tentativa ubicación de las nuevas consolas. Como resultado de todo ese análisis se replanteo la distribución típica de “teatro”, y se optó por una distribución que reunía sub-consolidaciones de las distintas áreas de proceso, donde los grupos correspondientes tienen una proximidad e interrelación que permite una mejor comunicación pero a su vez mantiene cierta independencia de las otras áreas. La disposición final de las 19 consolas de operación actuales y 10 futuras, que ocupan un área de 820 m2, se puede ver en la siguiente ilustración. Figura 3. Render y vista real de sala de control D. Integración de múltiples sistemas En este proyecto de consolidación se trabajaron dos niveles de integración de sistemas: Uno al nivel de los cuartos locales de control y el otro al nivel del edificio de control central; que involucró el uso de más de 150 switches de red. Al nivel de los cuartos de control locales había la necesidad de integrar a los DCS’s los distintos subsistemas de monitoreo y control, tales como: gobernadores de turbinas, estaciones maestras de válvulas motorizadas, monitores de vibración,
  4. 4. sistemas de protección ICS, y otros similares. Para esto se adoptó un esquema en el cual se adicionaron a los DCS’s nuevos procesadores de control dedicadas principalmente a proveer módulos de interfaces seriales, y módulos de señales discretas en los casos que había necesidad de incorporar mayor número de señales de campo. Figura 4. Esquema de integración de subsistemas La integración al nivel del edificio de control central se hizo de una manera particular para poder enlazar sistemas muy diversos, tales como: estaciones de ingeniería, relojes de sincronización satelital, bases de datos en tiempo real, servidores de aplicaciones avanzadas, circuitos cerrados de televisión, y sistemas de voz y datos. Esta necesidad fue resuelta instalando una red redundante de última generación, como una red de datos operativa que está disponible para utilizarse en distintas funciones con diferentes escalas de prioridad y ancho de banda. E. Seguridad Informática o Ciberseguridad Figura 6. Esquema de seguridad de redes Con la incorporación de la red datos operativa antes mencionada, y el hecho de que la actualización de los DCS conllevó el paso a plataformas basadas en redes con sistema operativo Windows, hubo necesidad de prestar especial atención a la seguridad informática para los diferentes sistemas instalados por el proyecto. Para ello se dispuso de firewalls entre las redes de control y la red de datos operativos, y entre ésta y la red corporativa como se ilustra a continuación. También se adoptaron nuevas prácticas, procedimientos y normas dentro de una guía y directrices corporativas para el manejo de la seguridad en las redes de control industriales. F. Implementación de Control Avanzado A partir de unas experiencias previas con la tecnología de control multi-variable predictivo, que se habían tenido a comienzos del milenio, se trazó un programa de implementación progresiva de aplicaciones de control avanzado para los procesos de destilación de crudo, los procesos de craqueo catalítico y los procesos de tratamiento de hidrocarburos. Este programa, que genera beneficios económicos sustanciales gracias a la mayor estabilidad de las plantas, el mejor control de la calidad de los productos y la mayor eficiencia energética, se conformó como uno de los elementos claves del proyecto de consolidación porque no solamente contribuyó de manera considerables a la ecuación financiera del proyecto, sino que facilitó la optimización que permitió que un mismo operador pudiese manejar secciones de procesos más amplias. El desarrollo de este programa tiene sus propias características y experiencias que están presentadas en forma más detallada en otra conferencia del autor [“Un programa dentro de un proyecto”]. IV. RESULTADOS ACTUALES Y FUTUROS Con la consolidación de la operación de la refinería lograda se ha conseguido una estructura de funcionamiento más unificada que permite a los operadores, trabajando en un ambiente confortable y seguro, concentrarse en el comando de las unidades de proceso operando en forma integrada con los grupos de planeación de la producción. En la medida que la operación de las otras unidades de proceso, de los proyectos en curso y futuros, sean llevadas al nuevo centro de comando se podrán obtener mayores grados de optimización de la producción de la refinería. Este ejemplo de consolidación constituye un gran ejercicio del empleo de diversas tecnologías de automatización, combinado con otras disciplinas de manejo del cambio, que puede brindar muchos puntos de referencia para trabajos similares en otras industrias. RECONOCIMIENTO El sueño que era esta iniciativa de consolidación no sería hoy una realidad sino se hubiese contando con el compromiso y el trabajo arduo del equipo del proyecto, y de muchos operadores, técnicos, ingenieros y dirigentes de la Refinería de Barrancabermeja, al igual que el apoyo y guía del Vicepresidente de Refinación y Petroquímica de la compañía ECOPETROL S.A.

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