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Implementación de OTS ( Operator Training Simulator) para el entrenamiento de operadores de plantas de la unidad de coquización retardada U-111 de la Refinería de Cartagena(Colombia). Nicolás Castellanos Tamayo1 1

Docente Fundación Universitaria Tecnológico Comfenalco, Cr 44 D Nº 30A – 91, Sede A Barrio España, Cartagena, Colombia. [email protected]

Resumen. El presente artículo muestra los resultados de la implementación de estaciones de entrenamiento en simuladores para operadores, sus siglas en ingles OTS (Operator Training Simulator), en la unidad de coquización retardada U-111 de la refinería de Cartagena (Colombia). Este entrenamiento es basado en la metodología desarrollada por la empresa Gp strategies (Colombia), la cual permitió a los operadores de la unidad adquirir y reforzar el conocimiento conceptual de los sistemas del proceso. Mediante el uso de simulación dinámica, escenarios y procedimientos reales y aplicando habilidades analíticas, se generó confianza y experiencia para la operación del día a día de la unidad, al exponerla a ciertos límites operacionales de forma segura. Además, se exploró la manera de prevenir o reaccionar ante condiciones operativas imprevistas que se podrían generar durante el arranque, parada y operación normal del proceso.

1. Introducción La simulación de procesos químicos permite obtener la representación aproximada del comportamiento real de un proceso químico, a partir del modelamiento matemático de cada una de las relaciones termodinámicas, fisicoquímicas, balances de materia y energía del proceso. Es por ésta razón que la simulación de procesos químicos ha sido una herramienta utilizada por diferentes sectores de la industria, para optimizar y mejorar el rendimiento de sus procesos. La simulación de procesos conlleva la computación mediante software de los modelos que describen los procesos químicos, físicos, biológicos, así como otros procesos técnicos y operaciones unitarias. Los requisitos básicos para su aplicación requieren un conocimiento profundo de las propiedades químicas y físicas de los componentes puros y mezclas, de las reacciones, y de los modelos matemáticos que, en combinación, permiten el cálculo de un proceso usando la computación. [1]

La simulación dinámica de un proceso permite obtener el comportamiento aproximado de cada una de las variables operacionales en tiempo real, permitiendo obtener una visión detallada de cada uno de los disturbios del proceso y su respectivo efecto. En el mercado de los Software de ingeniería hay una gran variedad de paquetes de acuerdo a la necesidad de cada sector, donde uno de los sectores en los cuales se ha desarrollado más paquetes de simulación ha sido el petroquímico. Por esta razón, dentro del marco de la expansión de la refinería de Cartagena, el uso de simuladores dinámicos de procesos, fue una estrategia pedagógica pionera en el país, para aumentar el desempeño y las competencias del personal encargado del arranque, operación y parada de la unidad de coquización retardada fortaleciendo la seguridad y productividad de la unidad U-111. [2]

2. Operator Training Simulator (OTS) Una OTS (Operator Training Simulator) es una estación computacional avanzada de entrenamiento de operadores, que permite capacitar a las personas encargadas del arranque y operación normal de una unidad, en cada una de las competencias necesarias para esta tarea. [3] A través del uso de un simulador de procesos dinámico, como lo es el DYNSIM, el operador está en la capacidad de aprender a cómo reaccionar adecuadamente a situaciones que se le puedan presentar en la planta real. El DYNSIM contiene el modelo matemático de cada una de los equipos, bases de datos de componentes, propiedades físicas y químicas de los componentes, para el proceso simulado, que en este caso, fue el de coquización retardada de la unidad U-111. Además del DYNSIM, una OTS está conformada por un sistema integrado que emula el sistema de control distribuido del proceso. (DCS) y un sistema integrado que emula el sistema de seguridad de la planta.

Fig. 1. Esquema de una OTS. Fuente: Adaptado, Gp Strategies(Colombia) A través del uso de OTS se pueden llevar a cabo las siguientes tareas:

      

Validar DCS y lógicas de control Validar procedimientos operacionales Análisis de escenarios ¿Qué pasa si? Desarrollar nuevas estrategias de control Optimización y control avanzado de proceso Entrenamiento de técnicos de consola sin experiencia. Reforzar conocimiento en técnicos de consola sin experiencia.

En la implementación de los entrenamientos se enfocó en la validación de DCS y lógicas de control, validación de procedimientos operacionales, análisis de escenarios que pasa si y en el entrenamiento de técnicos de consola con y sin experiencia.

3. Descripción de la Unidad de Coquización Retardada En el proceso de refinación de petróleo, los residuos obtenidos son sometidos a procesos de separación especiales, para obtener la máxima cantidad posible de gasóleos livianos y pesados. Dentro del marco del proyecto de expansión de la refinería, la nueva unidad de destilación atmosférica y al vacío U-100, generara diariamente 40000 BPD de residuo de vacío, el cual es la materia prima para la unidad de coquización retardada. Esta unidad tiene como objetivo procesar el residuo de vacío mediante craqueo térmico para obtener destilados que puedan ser mejorados catalíticamente en procesos posteriores aguas abajo.[4] A continuación se muestra el esquema general de la unidad:

Fig. 2. Diagrama de Bloques U-111 Fuente: Material de entrenamiento Gp Strategies (Colombia)

4.

Estructura del entrenamiento

Dentro de la metodología planteada por Gp Strategies (Colombia), el objetivo del entrenamiento de operadores a través de simuladores busca aumentar las competencias del personal encargado del arranque y operación de la unidad. A través del siguiente esquema se puede visualizar la meta inicial y alcance del entrenamiento:

Fig. 3. Curva de competencias operador de planta de la unidad U-111. Fuente: Metodología Gp Strategies (Colombia)

El entrenamiento en la Unidad U-111, fue dirigido por los ingenieros Andrés Camilo Forero Jiménez y Nicolás Castellanos Tamayo de GP STRATEGIES, con el acompañamiento del SME de la unidad, Rigoberto Santodomingo, como representante del programa de excelencia operacional de Ecopetrol. El entrenamiento fue dirigido de manera independiente a 3 grupos conformados por 5 personas (4 empleados director de Ecopetrol y un empleado de la firma contratista ICG), los cuales trabajaron durante un total de 15 días de entrenamiento por grupo (3 sesiones de 5 días). La implementación del entrenamiento para la Unidad de Coker en el conteiner 21 (OTS) en el JobSite de Reficar,(Cartagena) , fue durante las semanas de 04 de Agosto al 12 de Septiembre del 2014. Dentro del proceso de evaluación por parte del cuerpo de instructores de Gp Strategies, se tienen en cuenta dos aspectos: el primero una evaluación teórica-practica haciendo uso de la OTS, y el segundo aspecto en donde se mide la capacidad de liderazgo, trabajo en equipo y conocimiento técnico del tablerista.

Fig. 4. Estructura del entrenamiento en simuladores a cargo de Gp Strategies(Colombia) Fuente: Metodología Gp Strategies (Colombia)

4.1 Roles del entrenamiento Dentro de la estructura del entrenamiento en OTS se busca simular la situación real del día día de los operadores y técnicos de consola de la unidad. Por esta razón es importante definir los roles de cada persona participe del entrenamiento. Los roles definidos son los siguientes:     

Instructor Gp Strategies Técnico de consola Coordinador de Arranque Supervisor Experto en la unidad.

4.2 Contenido del entrenamiento El contenido en el que se basa el entrenamiento se define la siguiente manera: 

Ejercicios de navegación en el simulador: Aquí se busca familiarizar al tablerista con las pantallas del sistema distribuido de control (DCS) a través

   



de ejercicios de registro de datos de variables operacionales criticas como temperatura, presión y niveles de proceso. Implementación de procedimientos de Arranque: Aquí se lleva a cabo la ejecución de los procedimientos de arranque de la unidad a través del uso de la OTS. Implementación de procedimientos especiales: Aquí se lleva a cabo la simulación de un proceso crítico de la unidad, como lo es el cambio de tambores de coquización en operación. Implementación de procedimientos de Paro: Aquí se simula de manera general los procedimientos para generar una apagada segura de la unidad. Implementación de ejercicios de Diagnóstico y Solución de problemas: Aquí se realizan ejercicios de solución de problemas y emergencias comunes en el proceso, y se mide el tiempo que le toma al tablerista a la hora de llevar el proceso a un estado estable. Evaluación Teórico-Práctica: Aquí se evalúa el conocimiento técnico que tiene el operador de la unidad, además de que se le pide implementar un procedimiento operacional en la OTS.

Fig. 5. Desarrollo de entrenamiento en el salón de OTS de la refinería de Cartagena a cargo de Gp Strategies (Colombia) Fuente: Ingeniero Cristian Cantillo,Gp Strategies.

5 Resultados La aplicación de la anterior metodología de entrenamiento de operadores en OTS, permitió que los técnicos de consola y operadores de la unidad coquización retardada, adquirieran destrezas y competencias a la hora de ajustar variables operacionales en el sistema distribuido de control (DCS), frente a los diferentes escenarios de arranque de la unidad, operación normal, parada y emergencia. Además, se permitió analizar el comportamiento dinámico del proceso y verificar procedimientos operacionales antes de la arrancada real de la unidad.

Se puede resumir los resultados obtenidos en los siguientes puntos:     

40 ejercicios de entrenamiento desarrollados. Más de 20 operadores entrenados y certificados. Más del 95 % de satisfacción del cliente. Validación de más de 30 procedimientos operacionales ( Arranque, Paro, Emergencia, Procedimientos especiales) Validación del sistema distribuido de control (DCS) permitiendo hacer cambios y mejoras.

Fig. 5. Certificación de grupo de operadores y técnicos de consola de la unidad de coquización retardada U-111. Fuente: Nicolás Castellanos Tamayo

4 Conclusiones El entrenamiento de operadores de plantas utilizando sistemas computacionales avanzados como las OTS, es una herramienta que ha generado resultados satisfactorios en las refinerías a nivel mundial donde se ha implementado. En el caso de la refinería de Cartagena, Colombia es una herramienta que ha sido replicada en 3 unidades criticas del proyecto de expansión de la refinería, la unidad de destilación atmosférica y al vacío (U-100), la unidad de hydrocraking (U-110) y la unidad de alquilación (U-044) generando resultados satisfactorios y permitiendo capacitar y certificar a más de 160 operadores de la refinería.

Referencias 1. 2.

3. 4.

García-Golzález, J.M. et al. "La simulación de procesos en ingeniería química", Revista Investigación Científica, Vol. 4, No. 2, Nueva época. Mayo - Agosto 2008). Schneider Electric (2013). “La solución OTS de Invensys fortalece las capacidades del operador, mejora la productividad y mejora la seguridad para las plantas de Fauji Fertilizer Company”Ver:http://iom.invensys.com/la/pages/SuccessStoriesDetail.aspx?company=F aujiFertilizer Schneider Electric (2015). SimSci Operator Training Simulator. Ver: http://software.schneider-electric.com/products/simsci/operate/operator-trainingsimulators/ (Pascual-Roman, c.. (2008). “The integration of the delayed coking technology in an oil refinery”. dyna, 83(7). 445-453)