Aplicación del interruptor de nivel por ultrasonidos ELL en el sistema SIS de la zona de tanques esféricos

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Resumen: Se analizaron las características del interruptor de nivel por ultrasonidos ELL en su uso práctico, tomando en consideración las propiedades físicas de los hidrocarburos líquidos y el principio de funcionamiento, así como la forma de salida de dicho interruptor. Para los tanques de almacenamiento de hidrocarburos líquidos, que son sustancias químicas peligrosas, se analizan y determinan los parámetros de control del sistema SIS para dichos tanques, en función del nivel SIL y de las condiciones específicas del lugar donde se encuentran. Se diseñó un sistema de instrumentación de seguridad que incluye interruptores ultrasónicos para la medición del nivel del líquido; además, se adoptó un esquema de control de tipo “tres contra dos”. El interruptor de nivel por ultrasonidos ELL cumple con los requisitos de fiabilidad en el funcionamiento de la producción, además de ser sencillo y práctico de mantener, lo que garantiza una producción segura en las áreas de almacenamiento de hidrocarburos licuados. Palabras clave: interruptor de nivel por ultrasonidos para ELL, hidrocarburos licuados, transmisión remota de fallos en los interruptores, sistemas de instrumentación de seguridad. Los hidrocarburos licuados pertenecen a las categorías de sustancias con alto riesgo de incendio e explosión, es decir, a la categoría A y A1. De acuerdo con las especificaciones de las «Directrices técnicas para tanques de almacenamiento de productos petrolíferos ligeros de China National Petroleum & Natural Gas Corporation», los tanques deben estar equipados con sistemas de detección de nivel de líquido, así como sistemas de alarma para niveles altos y muy altos, niveles bajos y muy bajos. El artículo 13 de las “Disposiciones provisionales para la supervisión y gestión de fuentes de peligro significativas relacionadas con sustancias químicas peligrosas” (Orden N.º 40 de la Administración General de Seguridad Industrial) establece que las fuentes de peligro de nivel uno o dos que involucren gases tóxicos, gases licuados o líquidos altamente tóxicos deben contar con un sistema de instrumentación de seguridad independiente (SIS). En el proyecto de eliminación de riesgos en la zona de tanques de hidrocarburos licuados de la división de refino de Sinopec en Tianjin, se ha instalado un nuevo sistema de instrumentación de seguridad. En cada tanque se ha añadido un interruptor ultrasónico para la medición del nivel del líquido. Este sistema funciona en conjunto con los interruptores de nivel de tipo cuña y los medidores de nivel por radar, permitiendo así una desconexión de emergencia mediante un sistema de bloqueo de tres en dos. Para garantizar las necesidades de producción normales de los diferentes equipos de fabricación de la empresa, teniendo en cuenta los requisitos de las zonas de tanques y su uso en el sistema SIS, los nuevos interruptores de nivel deben cumplir con los siguientes requisitos: a. Zonas de tanques a prueba de explosiones; instalación sin necesidad de realizar trabajos con fuego ； b. El recipiente contiene contenido; se instala sin abrirlo ； C. No es necesario vaciar el tanque; ahorra tiempo y costos, su instalación es sencilla, y son instrumentos aptos para zonas explosivas de categoría 1 ； d. El instrumento cuenta con funciones de autodiagnóstico inteligente y transmisión remota de fallos ； e. Las mediciones deben ser precisas y estables. Actualmente, los interruptores de nivel que se utilizan con mayor frecuencia en entornos industriales son los interruptores de nivel con bola flotante, los interruptores de nivel con bola flotante conectada por cable, los interruptores de nivel capacitivos y los interruptores de nivel por ultrasonidos ELL. Se realizó un análisis comparativo de los principios y características de los diferentes tipos de interruptores. Teniendo en cuenta las condiciones del sitio donde se llevará a cabo el proyecto, se decidió finalmente utilizar el interruptor de nivel ultrasónico ELL. 1 Principio de funcionamiento y aplicaciones del interruptor de nivel por ultrasonidos ELL 1.1 Principio de funcionamiento El propio sensor del interruptor de nivel por ultrasonidos ELL es capaz de generar pulsos de ultrasonidos de frecuencia variable. Estos pulsos se propagan a través del tanque por una distancia de 0,8 a 1,5 metros; luego se refractan en las paredes del tanque, al mismo tiempo que siguen propagándose dentro del líquido o gas que se encuentra en el interior del recipiente. Debido a que la transmitancia de las ondas ultrasónicas es diferente en los líquidos y en los gases, es decir, hay una diferencia en la pérdida de energía al propagarse dichas ondas, la energía restante en el punto a medir varía según si hay líquido o no. El interruptor de nivel ultrasónico ELL detecta esta energía restante y, a través de su análisis, determina si existe líquido dentro del tanque en el punto de medición. Luego, emite una señal digital a través de su relé, y esa señal se envía al sistema SIS, lo que permite un control interconectado del nivel del líquido. La propagación y refracción de las ondas ultrasónicas dentro de la pared del tanque no se ven afectadas por factores como las burbujas en el medio o la presión. El interruptor de nivel ultrasónico ELL cuenta con una tecnología de conmutación por frecuencia patentada, lo que permite que el interruptor no se vea afectado por cambios de temperatura, condiciones climáticas como lluvia o nieve, ni por la acumulación de sustancias en sus superficies. El interruptor cuenta con una función de autodiagnóstico inteligente; en caso de fallo, la señal de error se puede enviar a distancia hasta la sala de control. Allí, mediante la revisión del código de error que muestra el interruptor, se puede determinar el tipo de fallo y realizar las reparaciones necesarias. 1.2 Instrucciones de instalación: La instalación del interruptor de nivel ultrasónico ELL en la parte superior del tanque esferico se muestra en la Figura 1. La pared del recipiente está hecha de material Q345R. La sonda se fija en la parte exterior de la pared del recipiente mediante atracción magnética. La ubicación de instalación debe cumplir con las siguientes condiciones: a. Las dos sondas de medición de nivel, es decir, la sonda emisora y la sonda receptora, deben instalarse en el mismo plano horizontal ； b. La distancia entre la sonda emisora y la sonda receptora es de 0,8 a 1,5 m ； Figura 1: Diagrama de instalación. Cerca del tanque en el sitio, se fija un tubo vertical de acero al carbono de 2″ (50 mm), con una altura de 1,0 a 1,5 m, mediante pernos de expansión. El transmisor se fija en la tubería vertical mediante soportes de placa curva y abrazaderas en forma de U. La conexión de las tuberías se muestra en la Figura 2. Figura 2: Conexiones de tuberías en la zona de tanques. El sistema SIS proporciona alarmas e interbloqueos para el sistema de control de producción de la fábrica; gradualmente, se ha convertido en un componente importante dentro del sistema de control automático de la fábrica. El sistema SIS de la zona de tanques establece alarmas sonoras y visuales, así como un control de interbloqueo automático, para parámetros como la presión, la temperatura, el nivel del líquido y el caudal en los tanques de almacenamiento. Tras identificar y calcular los medios presentes en la zona de los tanques, se determinó que los tanques de almacenamiento de hidrocarburos licuados constituyen fuentes de peligro de nivel 2. Al mismo tiempo, se realizó un análisis de riesgos y factores de operabilidad (HAZOP) requerido por los departamentos competentes, lo que determinó que el nivel de riesgo para los tanques de almacenamiento de hidrocarburos licuados era de nivel SIL2. Con el fin de mejorar aún más la seguridad intrínseca de las zonas donde se encuentran los tanques, garantizar una producción segura y prevenir accidentes, se ha instalado un sistema SIS. En caso de que ocurra algún incidente en los tanques, este sistema puede actuar de inmediato y con precisión, realizando controles de interrupción de emergencia para detener de forma segura el proceso de producción, o bien ponerlo automáticamente en un estado seguro predeterminado. 2.1 Parámetros principales de control En el control de los tanques de almacenamiento, el nivel del líquido contenido en el tanque es uno de los parámetros principales de control. El nivel de líquido en los tanques de almacenamiento de hidrocarburos licuados varía constantemente debido a las operaciones de entrada y salida de material. Esto puede generar el riesgo de que se agote todo el material almacenado o de que este se derrame fuera del tanque. Por lo tanto, el parámetro de control clave del sistema SIS es el nivel de líquido en los tanques. Los elementos de detección y los puntos de medición están dispuestos de forma independiente. Se utilizan tres tipos de sensores de nivel: interruptores ultrasónicos, interruptores de tipo diapasón y medidores de nivel por radar. Estos sensores forman un sistema de interconexión “tres contra dos”; las señales obtenidas se envían al sistema SIS para su comparación. Si ambos sensores alcanzan los valores establecidos, el sistema envía una señal para activar las medidas de emergencia. 2.2 Diseño del sistema SIS El sistema SIS incluye instrumentos y actuadores en el sitio, diseñados según principios de seguridad ante fallos ； Puede comunicarse con el DCS, pero el sistema DCS es relativamente independiente del sistema SIS. En el sistema SIS, al utilizar interruptores de nivel ultrasónicos ELL, que son dispositivos de detección de nivel sin contacto, se reducen las aberturas en los tanques y las operaciones que implican el uso de fuego. Esto disminuye la probabilidad de fugas de sustancias peligrosas y de incendios o explosiones en estos lugares. El instrumento cuenta con funciones de autodiagnóstico inteligente y notificaciones en caso de fallos, lo que reduce la necesidad de mantenimiento y reparaciones. Ofrece alta estabilidad y fiabilidad en su funcionamiento, además de mejorar las características de seguridad. 3 Conclusión Desde que este proyecto fue diseñado, construido y puesto en funcionamiento, el sistema SIS de la zona de tanques de hidrocarburos licuados del departamento de refino de la filial de Sinopec en Tianjin ha funcionado de manera estable y fiable. Las inspecciones diarias y el mantenimiento son sencillos. Además, la empresa ha adoptado diversas medidas de seguridad y fiabilidad, adaptadas a sus condiciones reales, lo que ha permitido garantizar el correcto funcionamiento del sistema. De esta manera, se ha asegurado una producción segura de los hidrocarburos licuados, así como la seguridad ambiental y un funcionamiento estable y continuo de las instalaciones de producción a largo plazo