El proyecto para la construcción de la Planta de Generación Eléctrica ALBERTO LOVERA es un proyecto energético, desarrollado por el Ministerio de Energía y Petróleo, a través de CADAFE, para el suministro de la demanda de energía eléctrica del Estado Anzoátegui y la Refinería Puerto La Cruz. La Planta de Generación Eléctrica Alberto Lovera se iniciará con la instalación de dos unidades de generación eléctrica Siemens Westinghouse, modelo W501F.
El proyecto integral está concebido para ser desarrollado en dos etapas. Etapa 1:
Esta etapa conformada por dos Turbinas de Combustión de Generación, capacidad nominal cada una de 150 MW (+20%, -10%), de ciclo simple. Cada turbina con quemadores tipo dual; es decir, operatividad con combustible líquido (Diesel N° 2) y gas natural y de baja emisión de Óxidos de Nitrógeno (Dry Low Nox, DLN). Cada turbina de combustión de generación tiene una capacidad
nominal de 150 MW, para un total de generación de 300 MW de energía eléctrica en el esquema de ciclo simple.
Etapa 2:
Futura, constituida por la incorporación de un ciclo combinado, el cual consiste en la adición de una caldera de recuperación de calor (Heat Recovery Steam Generator, HRSG) para la
producción de vapor de alta presión por aprovechamiento del calor contenido en los gases de la combustión producidos en las turbinas de combustión. El Ciclo Combinado producirá hasta 150 MW adicionales. La capacidad de generación de energía eléctrica de la Planta; a futuro; será de 450 MW.
Localización La Planta de Generación Eléctrica ALBERTO LOVERA estará ubicada en terreno de la Refinería PDVSA Puerto La Cruz (Estado Anzoátegui). El lote de terreno con una superficie de aproximadamente 60.500 m2.
Condiciones Ambientales: Las condiciones ambientales de la planta son las que se indican a continuación:
En general, el Controlador del ESD se instalará en la Sala de Equipos, en la cual habrá un sistema de aire acondicionado de Precisión, para mantener el ambiente controlado. Sin embargo, en el diseño y fabricación del Controlador del ESD, se debe considerar que ante una falla del sistema de aire acondicionado, los equipos deben operar satisfactoriamente bajo las siguientes condiciones ambientales:
Figura: 4.2 Rangos máximo de diseño.
Clasificación Eléctrica
El ambiente de la Sala de Control no se ha clasificado como peligroso desde el punto de vista de la clasificación (eléctrica) del área, por lo tanto, los equipos que serán instalados allí, podrán ser especificados para uso en aplicaciones de propósito general.
Energía Eléctrica Disponible
El Sistema de Paro de Emergencia ESD contará con energía eléctrica de UPS (suministrado por otros) a 120VAC ±5% y 60Hz ± 2%.
El Sistema de Paro de Emergencia (ESD) contará con un circuito de alimentación de UPS dedicado y un circuito del tablero de servicios esenciales, de forma de disponer de dos fuentes de alimentación alternativa para maximizar la disponibilidad del servicio.
Descripción del Proceso
La Planta PAL estará dividida físicamente en tres grandes áreas diferenciadas desde el punto de vista del proceso: Isla de los Turbogeneradores (Power Island), Balance de Planta (Balance of Plant - BOP) y la Subestación de Transmisión a 230kV. En la Isla de los Turbogeneradores serán instaladas:
Las dos Unidades Siemens-Westinghouse, modelo W501F. Las unidades serán suministradas por Siemens-Westinghouse, incluyendo sus sistemas de control, monitorización y protección.
Los dos transformadores elevadores de 230MVA – 16,5/230kV, suministrado por Zaporozhtransformator ZTR.
Los Centros de Potencia de 4,16kV y 480V de Servicio a ambos Turbogeneradores, suministrada por Areva, incluyendo sus sistemas de control, monitorización y protección.
El Generador de Vapor por Recuperación de Calor HRSG, la Turbina a Vapor de generación y sistema de enfriamiento (futuro).
El Balance de Planta (BOP), incluirá todos los servicios industriales que son requeridos para el funcionamiento de las unidades Turbogeneradoras:
1. Sistema de Compresión y Acondicionamiento de Gas Combustible. 2. Sistema de Aportación y Pre tratamiento de Agua.
3. Sistema de Tratamiento y Suministro de Agua de Servicios. 4. Sistema de Tratamiento de Aguas Servidas.
5. Sistema de Manejo y Tratamiento de Efluentes Industriales. 6. Sistema Contra Incendio.
7. Sistema de Aire de Servicio e Instrumentos.
8. Sistema de Tratamiento y Suministro de Agua Desmineralizada (futuro). 9. La Subestación de 4,16kV y 480V de Servicio.
10. Generador de Emergencia.
La Subestación Alberto Lovera tendrá un patio exterior convencional a 230kV (por CADAFE) con "Barra Principal y Barra de Transferencia", que será alimentado desde la Planta PAL, y cumplirá las funciones de patio de transmisión.
Sistema de Parada de Emergencia ESD
El ESD se encargará de garantizar la parada segura y ordenada de los equipos del BOP de PAL, a efectos de proteger al personal, los equipos e instalaciones y al ambiente, de los riesgos potenciales presentes en el BOP y estará compuesto principalmente por los siguientes equipos que serán instalados en la Sala de Control:
Gabinete del Sistema de Parada de Emergencia (ESD) del BOP, en el cual se instalarán los siguientes componentes:
a) Fuente redundante de suministro de energía eléctrica.
b) Chasis de "Programmable Electronic Solver" - PES, con CPU redundantes, módulo dual de conexión a red Ethernet Modbus TCP/IP, tarjetas de E/S sencillas (no redundantes) y regletas de conexión a campo y a la Botonera del ESD (marshalling). c) Relés con contacto seco, libres de potencial, normalmente abierto, para comando de
disparo a controladores de Equipos Paquete. El ESD proveerá señales de repetición de alarmas y alarmas de disparos al BPCS, por vía de comunicaciones de la red dual redundante Ethernet de control.
Capacidad de Expansión
El sistema ofrecido, tipo modular, debe tener capacidad de expansión en el futuro, realizando modificaciones mínimas en su hardware y en su configuración de software.
El sistema debe incluir los siguientes porcentajes de reserva: • 20% de E/S instaladas, por tipo de señal.
• 20% de espacios disponibles en chasis para la adición de futuros módulos de E/S. • 40% de la capacidad de procesamiento y memoria disponible, considerando la
utilización del 20% de E/S de reservas instaladas y del 20% de E/S de reservas futuras. Esto significa que no debe utilizarse más del 60% de la capacidad de procesamiento y memoria disponible, considerando la utilización del 40% de E/S de reservas instaladas y futuras.
• 50% de la potencia consumida. Esto significa que la(s) fuente(s) debe(n) seleccionarse con capacidad para abastecer el 150% de la carga consumida por el sistema.
• 40% de la capacidad disponible en la aplicación de software para incluir las señales adicionales correspondientes al 40% de E/S de reservas instaladas y futuras. No obstante, se considera inaceptable el pago de un extra-costo innecesario en el valor de las licencias de software para contar con mayor capacidad de señales, mientras no se haga uso de las E/S de reservas disponibles.
Redundancia del Sistema
La redundancia del sistema ofrecido debe ser considerada en CPU y falla segura, la decisión de optar por redundancia adicional solo dependerá del requerimiento de "safety availability" que ha sido establecido en 0.999 (SIL 3).
El sistema ofrecido también debe incluir fuentes y conexiones de red dual redundantes.
Disponibilidad y Confiabilidad
El sistema ofrecido debe diseñarse para una disponibilidad de al menos 99.9% en los modos "fail-safe" y "fail-danger" de acuerdo con la siguiente definición de disponibilidad:
Availability % = 1- PFD (Probability of Failure of Demand) (IEC 61508)
EL VENDEDOR debe incluir en su oferta las cifras de disponibilidad correspondientes al sistema ofrecido, indicar el método de cálculo usado, establecer claramente todos los supuestos realizados, e indicar la fuente de la cual obtuvo los valores adoptados para las ratas de falla. Para propósitos de realizar sus cálculos, EL VENDEDOR debe considerar un MTTR de 8 horas.
El sistema ofrecido debe ser tolerante a fallas intermitentes, transientes y permanentes; y la ocurrencia de una falla sencilla del ESD no debe degradar la seguridad, ni la funcionalidad del sistema, ni tener impacto en la operación del proceso.
Procesadores
Cada CPU debe contar con dos microprocesadores síncronos, cada uno con su propia memoria RAM; memoria Flash EPROM para almacenamiento del sistema operativo y los programas de aplicación; memoria de datos NVRAM; procesador de comunicaciones y "safe watchdog".
Cada CPU debe ejecutar rutinas cíclicas de auto-prueba de los procesadores, memorias, "watchdog" (WD), y conexiones internas con las E/S asociadas - "I/O bus".
En caso de que los datos en los microprocesadores no sean idénticos, o alguna de las rutinas de auto-prueba arroje un resultado negativo, automáticamente el controlador debe dejar de evaluar las entradas y debe proceder a des energizar las salidas.
Módulos de Entradas
Los módulos de entradas relacionadas con seguridad deben quedar sujetos a estrictas rutinas de auto-prueba ejecutadas cíclicamente durante la operación del sistema para monitorizar el funcionamiento seguro de los módulos.
Además de los LEDs de diagnóstico en los módulos, se requiere que el controlador envíe señales de estatus al programa de aplicación para evaluación y detección de errores en los módulos.
Las señales digitales de entrada deben ser leídas una vez por ciclo, sus valores almacenados internamente y, para asegurar el funcionamiento seguro del módulo, se debe ejecutar una rutina cíclica de auto-prueba.
Algunas señales digitales de entrada tendrán que ser implementadas usando módulos de señales análogas de entrada, en los cuales se realizará el ajuste de los valores correspondientes a los niveles alto (H) y bajo (L) de las respectivas señales digitales, mediante una apropiada parametrización.
Los módulos de Entrada Discretas deben ser sencillos (no redundantes) capaces de leer contacto seco de 24Vdc y aisladas.
Las señales análogas de entrada deben ser convertidas a valores enteros con precisiones relacionadas con seguridad, que serán utilizados por el programa de aplicación.
Los módulos de Entrada Analógicos deben ser sencillos (no redundantes) capaces de leer señales de 24Vdc de 4-20mA alimentadas o no por el lazo y alimentadas externamente de forma configurable o seleccionable durante el conexionado. Si es requerido.
Módulos de Salidas
Las señales de salida relacionadas con seguridad deben ser escritas una vez por ciclo, sus valores nuevamente leídos y luego, para asegurar el funcionamiento seguro del módulo, se debe ejecutar una rutina cíclica de auto prueba que los compare con los datos de salida especificados.
Los módulos de señales de salida deben estar provistos de mecanismos seguros de disparo para realizar la desconexión segura de los canales defectuosos. Los módulos de Salida Discretos deben ser sencillos (no redundantes) capaces de manejar señales de 24Vdc y 500mA aisladas.
Módulos de Comunicación Ethernet TCP/IP
El Controlador del ESD debe comunicarse con la Consola de Operación a través de la Red de Planta Ethernet TCP/IP (Estándar IEEE-802.3), utilizando módulo de comunicaciones duales o redundantes.
Considerando que la red Ethernet debe ser redundante, los módulos de comunicaciones del controlador ESD (GCE-76001) deben estar conectados a ambos conmutadores de datos (Switches A y B) en el Gabinete de Red de Planta (GCN-76001).
El sistema ofrecido debe poder intercambiar señales con el sistema de control BPCS en forma de lectura o escritura, mediante enlaces de comunicación dual a la red Ethernet TCP/IP con puertos RJ45, basado en protocolo Modbus-TCP compatible con OPC. En todos los casos se implementará la dual redundancia de la comunicación para mejorar su disponibilidad.
Gabinete Auto soportado
EL VENDEDOR debe montar todo el equipo en gabinetes industriales estándar, apropiados para instalación en ambiente seguro, con certificación de grado de protección NEMA 12, con ventiladores para enfriamiento de los componentes electrónicos, y alumbrado interno.
EL VENDEDOR es responsable del cableado interno de los gabinetes y de los cables de interconexión entre equipos del sistema.
Todos los cables deben segregarse por tipo de señales y niveles de voltaje.
A continuación se indican los códigos de colores de los cables que deben usarse para los circuitos de suministro de energía eléctrica:
Los gabinetes a ser instalados dentro del Cuarto de Control Central (CCR) deben poseer las siguientes características:
• Tipo industrial, doble acceso, auto soportado, NEMA 12, cumplir con IP55, con los accesorios completamente montados y con materiales que sean adecuados al área de trabajo asignada.
• El gabinete de la unidad deberá estar construido de láminas de acero galvanizado, recubiertas en caliente con acabado de esmalte al horno sobre todas las superficies expuestas a la intemperie. Los gabinetes serán pintados según el estándar del fabricante, pero como mínimo se requiere que las pinturas sean del tipo acabado industrial con base epóxica a prueba de intemperie.
• Los gabinetes deben tener placas de identificación permanente fijas al frente de cada gabinete.
• Las puertas de los gabinetes deben ser con bisagra y desmontables.
• Debe contar con lámpara para iluminación interna (activada al abrir la puerta).
• Todos los gabinetes de equipo deben contar con dispositivos para conexiones de los sistemas de tierras de seguridad y de instrumentos apegadas a las recomendaciones de los fabricantes de los equipos e instrumentación de campo los cuales incluirán todos los accesorios necesarios para aceptar cable calibre 14 AWG.
• Acometidas de cables por el piso falso por la parte inferior del gabinete.
• Durante el transporte y almacenaje deben contar con inhibidor de humedad, no tóxico, de larga duración (mínimo de 2 años).
• Tendrá orejas de izaje y toda la tornillería debe ser de acero Inoxidable 316 para la fijación de los equipos del sistema en el interior del gabinete.
• Dimensiones consideradas para los gabinetes en mm (alto x ancho x fondo) aproximadamente :(2000mm.x800mm.x800mm.)
• Mesa plegable a una de las puertas para colocar equipo portátil (por ejemplo: PC Laptop, multímetro, cautín, etc.) y un bolsillo para documentos y planos.
Interfaz hombre máquina
Será responsabilidad de EL VENDEDOR del Sistema de Parada de Emergencia (ESD) proveer toda la ingeniería, drivers del Servidor OPC, configuraciones sobre los drivers OPC incluidos y la Asistencia Técnica necesaria para facilitar al proveedor del BPCS la labor de integrar ambos sistemas.
El proveedor del Sistema de Paro de Emergencia (ESD) es corresponsable junto al proveedor del BPCS de la integración del ESD con el Sistema de Control BPCS.
Estación de Ingeniería y Mantenimiento
El Hardware de la Estación de Ingeniería y Mantenimiento (ETI-76001) será provisto por EL VENDEDOR del Sistema de Control BPCS. Esta es una estación basada en Windows XP o Windows Vista, con conexión a la red Ethernet TCP/IP. EL VENDEDOR del ESD es responsable del:
• Software de Comunicación y Configuración necesarias a instalar en esta estación. • Cualquier cable o tarjeta especial necesaria para interconectar al Controlador del ESD
en caso que el medio de comunicación sea distinto a la red Ethernet TCP/IP.
Configuración
EL VENDEDOR desarrollará la aplicación con la información suministrada por EL COMPRADOR, la cual incluye entre otros documentos, las matrices de causa-efecto, los diagramas lógicos y algunas descripciones narrativas de las funciones instrumentadas de seguridad que deben ser implementadas.
El sistema ofrecido debe incluir un paquete de software certificado para aplicaciones de seguridad con niveles hasta de SIL-3, para el desarrollo y documentación de la configuración y programación de la aplicación y de las comunicaciones del ESD, con funciones de diagnóstico, compatible con los sistemas operativos de Microsoft Windows XP y/o Windows Vista.
El software debe permitir el uso de las funciones y variables relacionadas con seguridad definidas en IEC 61131-3.
La programación debe ser completamente gráfica, usando la función "drag & drop". Las funciones lógicas deben poder programarse mediante el uso de diagramas de bloques de funciones- FBD certificados para seguridad y reutilizables, o mediante el uso de cartas de funciones secuenciales-SFC, entre otros. La programación debe hacer uso de referencias cruzadas que relacionen los "ID Tags" con los bloques de funciones de la aplicación y debe identificar fácilmente el código modificado.
El software debe permitir la operación segura del sistema, la simulación "offline", la prueba "online" de las funciones lógicas y el ajuste forzado de los valores de las señales, sin que sea necesario el conocimiento especializado del hardware o de los temas de seguridad.
Configuración Base de Datos del Sistema
El proveedor debe considerar la siguiente tabla de número de señales de entradas y salidas requeridas para dimensionar los módulos del ESD.
Adicionalmente, deben incluirse los porcentajes de reserva instalada establecidos para crecimiento a futuro (20%).
El proveedor debe revisar la arquitectura del Sistema, así como todos los documentos de ingeniería entregados para verificar el número y tipo de entradas y salidas.
Hay Entradas Analógicas alimentadas por el lazo y alimentadas externamente, por lo que EL VENDEDOR deberá tomar esto en cuenta para la selección de los módulos.
Todas las Entradas Discretas y Salidas Discretas alimentan el instrumento conectado en el lazo (24Vdc).
El Proveedor deberá considerar la carga de los instrumentos de campo en el dimensionamiento de las fuentes de alimentación incluyendo el porcentaje de reserva instalada establecido para crecimiento a futuro (50%).
Señales Cableadas de Campo
Figura: 4.4 Señales de campo.
Señales Panel de Botoneras ESD
Figura: 4.5 Panel de Botoneras.
Estructura del Sistema
El SIS será distribuido geográficamente basado en el diagrama de la configuración del sistema.
La estación de ingeniería es requerida en áreas específicas del diagrama de configuración del sistema.
Códigos y Estándares
El sistema y los componentes deberán de cumplir con las secciones aplicables de las siguientes normas y reglamentos:
IEC61511 Seguridad funcional.- Sistemas instrumentados de seguridad para la Industria de procesos.
IEC61131 Control Programable.
IEC61508 Seguridad funcional y eléctrica / Sistemas electrónicos programables de Seguridad.
IEEE802.3 Sistema de proceso de información – red de área local (LAN).
CSA C22.2 No. 1010.1 (100-120V AC especificación de fuente de alimentación).
EN61010-1 220-240V AC, 24V DC especificación de fuente de alimentación.
Compatibilidad electromagnética (EMC) deberá ser de acuerdo con EN61000-6-2/4 y EN61000-3-2/3
El Hardware deberá Cumplir con los Siguientes Estándares:
Estándar de PLC EC 61131-2 (*1, *2, *3)
Estándar Funcional de Seguridad EC 61508
Estándares de aplicación (*1) EN 54 (*4), EN 298 (*3, *5),
EN 50156-1, IEC 61511-1,
NFPA85, NFPA72
Estándares de Seguridad (*6) CSA C22.2 No.61010-1-04
(for the 100-120 V AC power
supply specification)
[CE Mark] Low Voltage Directive
EN 61010-1 (220-240 V AC and
24 V DC power supply specifications)
(*7) Conformidad de estándares EMC
(*1, *2, *6) [CE Mark] EMC Directive
EN 55011 Group 1 Class A equivalent
(220-240 V AC and 24 V DC power
supply specifications)
(*8) EN 61000-6-2 (220-240 V AC and
24 V DC power supply specifications)
(*1) EN 61000-3-2 (220-240 V AC power
supply specification)
(*9) EN 61000-3-3 (220-240 V AC power
supply specification)
(220-240 V AC and 24 V DC power
supply specifications)
Estándar para equipo en áreas peligrosas (*11) [FM Non-Incendive]
Class I Division 2 Groups A, B, C and
D Temperature Code T4
FM Standard Class Number 3600
FM Standard Class Number 3611
FM Standard Class Number 3810
For 100-120 V AC, 220-240 V AC
and 24 V DC power supply
[Type “n”] (*12) II 3G Ex nC[nL] II C T4
EN 60079-15: 2005
IEC 60079-0: 2004
IEC 60079-11: 1999
For 24 V DC power supply
Estandares Marinos (*11) ABS (American Bureau of Shipping)
BV (Bureau Veritas)
Lloyd’s Register
La última edición de las normas y códigos, incluyendo los apéndices, suplementos y revisiones se aplicarán siempre.
Requisitos Eléctricos
Fuente de alimentación:
Los gabinetes del sistema serán alimentado por UPS V __± %, Hz ± % 2 dos alimentadores en paralelo en cada sistema.
Todos los voltajes de alimentación que se requiera por el sistema internamente generan la tensión.
El sistema de distribución interna de alimentación será en el perímetro de aplicación del SIS. La alimentación para el funcionamiento de las válvulas solenoides (preferentemente EEx válvulas de solenoide) es de 24VDC y se alimentan del SIS.
Las UPS no pertenecerán al alcance del SIS (suministro independiente).
Sistema de Tierras
Todos los recintos deberán estar provistos con 2 aislamientos y barreras tierra aislados. El sistema de tierras debe de tener como mínimo terminación de 30 puntos.
Las pantallas en el interior del SIS, estarán conectados a las barreras de tierra aislada. El proveedor deberá describir el sistema de tierras.
Requisitos Eléctricos Para Ambientes Peligrosos
La protección contra explosiones para los equipos de seguridad intrínseca se logra mediante el uso de aisladores de señal certificada y fuentes de alimentación y estos componentes deberán estar dentro del alcance del SIS.
El cableado entre los componentes de protección contra explosiones y los módulos de E/S es parte de la integración del SIS.
Certificación
El sistema deberá ser diseñado por los ingenieros especializados que trabajan en un sistema de