MANUAL DE INGENIERÍA DE DISEÑO VOLUMEN 9–II PROCEDIMIENTO PROCEDIMIENTO DE INGENIERÍA
PDVSA N
°
INSTRUMENTACIÓN DE TURBINAS
K–373
0
OCT.08
REV.
FECHA
Emisión Original
APROB. César Eizaga
PDVSA, 2005
TíTULO
7
DESCRIPCIÓN FECHA OCT.08
C.E
C.E
L.T
PAG. REV. APROB. APROB. APROB. Luis Tovar
FECHA OCT.08 ESPECIALISTAS
PROCEDIMIENTO DE INGENIERÍA
INSTRUMENTACIÓN DE TURBINAS
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Índice 1 OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 3.2 3.3
American Petroleum Institute (API) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . National Fire Protection Association (NFPA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Petróleos de Venezuela – PDVSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 REQUERIMIENTOS GENERALES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 REQUERIMIENTOS DE MONITOREO, CONTROL, ALARMA Y PARO PARA TURBINAS DE GAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 REQUERIMIENTOS DE MONITOREO, CONTROL, ALARMA Y PARO PARA TURBINAS DE VAPOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 BIBLIOGRAFÍA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3 3 3 3 3 3
3 3 4 5 7
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OBJETIVO Establecer los requisitos técnicos mínimos de instrumentación, monitoreo, control, alarma y paro de turbinas de gas y vapor a ser instaladas en los diferentes procesos e instalaciones de la industria petrolera y energética, a fin de garantizar una operación eficiente y segura.
2
ALCANCE Esta norma cubre los requerimientos de PDVSA para la instrumentación, monitoreo, control, alarma y paro de turbinas a gas y vapor. La aplicación de esta norma está sujeta a los niveles de instrumentación de maquinaria indicados en la norma PDVSA K–339. Ver norma PDVSA K–339 para determinar el nivel de requerimientos de instrumentación de turbinas. Todas las instrucciones de las norma s K–300 y K–335 deben ser cumplidas.
3
REFERENCIAS 3.1
American Petroleum Institute (API) 612 2005 670 2004
3.2
Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries – Steam Turbines – Special Purpose Applications. Machinery Protection Systems.
National Fire Protection Association (NFPA) NFPA 85 2007 Boiler and Combustion Systems Hazards Code
3.3
Petróleos de Venezuela – PDVSA K–300 K–335 K–339 IR–P–01
4
PDVSA Instrumentation Introduction. Packaged Unit Instrumentation. Instrumentación De Equipos Rotativos. Safety Interlock Systems, Emergency Isolation, Emergency Depressurization and Emergency Venting Systems.
DEFINICIONES Todas las definiciones se muestran en la especificación PDVSA K–300 “PDVSA Instrumentation Introduction”.
5
REQUERIMIENTOS GENERALES 5.1
Las turbinas forman parte de los sistemas de potencia y servicios industriales asociados a plantas de refinación, plantas compresoras, petroquímica y plantas de generación eléctrica, cuya finalidad principal es la de generar potencia requerida. Existen escencialmente dos (2) clases Aeroderivadas e Industriales:
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5.1.1
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Aeroderivadas: compuestas por un generador o productor de gases, originalmente diseñado para uso de aviación y modificado para uso industrial, acoplado termodinámicamente a una turbina de baja presión o de potencia, la cual provee la energía mecánica final. Los generadores o productores de gas constan de una compresor de flujo axial, cámara de combustión, turbina de alta presión o primera etapa, y turbina de presión intermedia o segunda etapa. Las turbinas de potencia o de baja presión, normalmente constan de un bastidor y una voluta de escape.
5.1.2
Industriales: comunmente diseñada como un solo equipo, y puede fabricarse en dos tipos:
6
a.
Un solo eje o eje único: mayormente usada en aplicaciones de generación eléctrica y consta de un compresor axial, una o varias ruedas de turbina, entregando la potencia mecánica por el lado frío (compresor axial) o por el lado caliente (turbina).
b.
Dos ejes o Doble eje: uso ampliado en aplicaciones de potencia mecánica (compresión / bombeo), y su construcción es muy similar a las aeroderivadas, pero el productor de gases es de uso y aplicación industrial, diferenciandose en la robustez, relación peso/volumen de los primeros.
5.2
Se deben instalar analizadores en línea para medir los niveles de NOx, SOx y CO2, entre otros, de los combustibles no quemados a la salida de los gases de escape, para asegurar la conformidad con las regulaciones de emisiones E.P.A y el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente.
5.3
Adicionalmente a los requerimientos de alarma y paro establecidos en la norma PDVSA IR–P–01 y NFPA 85, deben cumplirse los requerimientos de alarma y paro establecidos en los puntos 6 y 7 de esta norma.
REQUERIMIENTOS DE MONITOREO, CONTROL, ALARMA Y PARO PARA TURBINAS DE GAS 6.1
Los requerimientos de monitoreo, control, alarma y paro a ser tomados en cuenta por el diseñador del sistema de instrumentación, asociados a las variables de proceso fundamentales de las turbinas a gas se muestran en la Tabla 1.
TABLA 1. REQUERIMIENTOS DE MONITOREO, CONTROL, ALARMA Y PARO PARA TURBINAS A GAS ASOCIADOS A VARIABLES DE PROCESO FUNDAMENTALES Variable de Proceso
Monitoreo
Control
Alarma
Paro
Velocidad del generador de gas
X
X
A/B
A/B
Presión de descarga del compresor axial
X
X/C
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Variable de Proceso
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Monitoreo
Control
Alarma
Paro
Temperatura promedio, independiente y presión de los gases de escape del generador de gas
X
X/D
A
A
Flujo del gas combustible
X
X
Presión diferencial de los filtros de aire
X
A
Presión del cabezal del gas combustible
X
A/B
A/B
Posición de los alabes variables (donde aplique)
X
Temperaturas de aceite de entrada y de salida del enfriador
X
Temperatura de aceite lubricante
X
A
A
Presión de suministro del aceite lubricante
X
B
B
Nivel del tanque de aceite lubricante
X
B
B
Temperaturas de sumideros (donde aplique)
X
A
A
Presión de barrido. (donde aplique)
X
B
B
Vibración (vertical/horizontal) de todos los cojinetes/rodamientos (donde aplique)
X
A
A
Vibración de carcasa (donde aplique)
X
A
A
Temperatura del Cojinete (donde aplique)
X
A
A
Temperatura de Drenaje de Aceite del Cojinete (donde aplique)
X
A
A
Temperatura de Suministro de Aceite Lubricante.
X
A
A
Temperatura de la cabina del generador de gas.
X
A
A
Estado de los motores de enfriamiento (encendido/apagado).
X
Posición de la válvula (donde aplique)
X
A/E
A/F
X (donde aplique)
Temperatura del gas combustible para verificar el sistema de calentamiento
X
X
B
Presión del aceite hidráulico
X
B
Presión diferencial de los filtros de aceite hidráulico
X
A
(donde aplique) B
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Variable de Proceso
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Monitoreo
Presión de descarga del compresor axial del generador de gas
X
Temperatura de la cabina de la turbina de potencia
X
Control
6
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Alarma
Paro
A
A
Notas: A: Indica alto valor de la variable. B: Indica bajo valor de la variable. C: Control de Aceleración y desaceleración de la unidad a través de la velocidad. D: Control mediante manipulación de la velocidad. E: Posición de la valvula > 5% en relación a la posición esperada. F: Falla de posición.
7
REQUERIMIENTOS DE MONITOREO, CONTROL, ALARMA Y PARO PARA TURBINAS DE VAPOR 7.1
Los requerimientos de monitoreo, control, alarma y paro a ser tomados en cuenta por el diseñador del sistema de instrumentación, asociados a las variables de proceso fundamentales de las turbinas de vapor (a excepción de lo establecido en las normas API 612 y 670) se muestran en la Tabla 2.
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TABLA 2. REQUERIMIENTOS DE MONITOREO, CONTROL, ALARMA Y PARO PARA TURBINAS DE VAPOR ASOCIADOS A VARIABLES DE PROCESO FUNDAMENTALES Variable de Proceso
Monitoreo
Control
Alarma
Velocidad
X
Presión del vapor de entrada de la turbina
X
X
A
Temperatura del vapor de entrada de la turbina
X
x
A
Temperatura en el escape de la turbina
X
Temperatura de cojinetes
X
Porcentaje de apertura de las válvulas de control
X
Flujo másico de vapor a la entrada de la turbina
X
Flujo másico de vapor de cada una de las extracciones
X
Presión de Vacío
X
Nivel de Líquido del condensador
X
Presión de vapor de sello
X
Paro A/C/D
X
B A/B
A
X
Nota: A: Indica alto valor de la variable. B: Indica bajo valor de la variable. C: Hasta 15% de sobrevelocidad cuando los equipos conducidos sean generadores. D: Hasta 10% de sobrevelocidad cuando los equipos conducidos sean compresores.
8
BIBLIOGRAFÍA API 616 Gas Turbines for Refinery Services. ISO 2954 Mechanical Vibration of Rotating and Reciprocating Machinery – Requirements for Instruments for Measuring Vibration Severity.