ES2211063T3 - Sistema de contro de operacion de bombas multiples. - Google Patents

Abstract

Un sistema de control de bombas para un sistema de suministro de fluido que comprende una primera bomba (10) y una segunda bomba (12) que funcionan simultáneamente en paralelo, cuyo sistema comprende: - un controlador principal (64) para medir una variable controlada; - un controlador secundario (34, 26) montado con cada una de dichas bombas (10, 12) para controlar sus prestaciones, enviando el controlador principal una señal de salida a cada uno de los controladores secundarios; caracterizado porque, durante el funcionamiento en paralelo continuo y simultáneo de las bombas, en respuesta a una variación de la variable controlada, las señales (76, 72) enviadas a los citados controladores secundarios son diferentes, de manera que la velocidad de variación del caudal de impulsión de una de las citadas bombas sea diferente a la velocidad de variación del caudal de impulsión de la otra bomba.

Description

Sistema de control de operación de bombas múltiples.

Campo de la invención

El campo de esta invención está relacionado con sistemas automáticos de control aplicables al funcionamiento de grupos de bombas en sistemas de procesos.

Antecedentes de la invención

En los complejos industriales a gran escala que fabrican productos químicos básicos o especiales, se introducen numerosos materiales en una vasija para que sean sometidos a una reacción deseada. Los cambios en una de las corrientes afecta a los caudales de las otras corrientes. Para facilitar el mantenimiento y reducir los tiempos de parada de la planta, las bombas suelen ser redundantes, de manera que una esté de reserva mientras la otra funciona para suministrar una o varias corrientes de flujo, por ejemplo, a la vasija de un reactor. Cuando funciona una sola bomba, un sistema automático de control puede estar ajustado a los valores dinámicos del sistema de manera que responda limpiamente y dentro del tiempo deseado a los cambios recibidos desde un controlador. Típicamente, en operaciones de fabricación a gran escala, la disposición de 2 bombas consiste en una pareja de bombas centrífugas idénticas cuyo caudal y presión de impulsión varían de una forma predeterminada en función de la velocidad de la bomba, según indican las curvas de la bomba que facilita el fabricante de la misma.

Tales bombas de proceso pueden estar accionadas por motores eléctricos u otros tipos de accionamientos, tales como turbinas de vapor.

En muchas ocasiones, se incrementa la capacidad de las plantas de fabricación años después de que fueran originalmente construidas con una capacidad determinada. Dentro de este aumento de producción, o de eliminación de puntos críticos, se requieren mayores caudales de materias primas, por ejemplo las que se introducen en la vasija de un reactor. Cuando se presentan estas situaciones, una alternativa consiste simplemente en comprar bombas mayores con capacidad para el aumento de producción y seguir con el modo de funcionamiento anterior, con una bomba funcionando y la otra parada en reserva. Sin embargo, la reconfiguración de las tuberías, de los elementos auxiliares y el correspondiente tiempo de parada hacen que este cambio a bombas de mayor capacidad pueda ser poco interesante desde el punto de vista económico. Por otra parte, en muchas plantas químicas, se toma la decisión de que la bomba principal y la de reserva funcionen juntas. Estas bombas se montan en paralelo para que compartan la nueva y mayor producción requerida. Cuando estas bombas están accionadas por turbinas, lo cual es una práctica común en las plantas, y funcionan simultáneamente, se presentan problemas de control respecto a las respuestas desiguales ante los movimientos de las válvulas de admisión asociadas a cada una de las turbinas motrices. De hecho, cuando se modulan dos bombas que funcionen simultáneamente, cada una con su propio controlador para posicionar la válvula de entrada de vapor a una turbina motriz, se presenta la situación de que las bombas compiten entre sí cuando la corrección del caudal de vapor a una de las turbinas hace variar el caudal de la bomba correspondiente y, para compensar, varían las necesidades de flujo de vapor a la otra turbina que está conectada a un colector común. Las válvulas de vapor tienen sus propias características estructurales que afectan a la velocidad de sus movimientos, tales como el rozamiento del conjunto actuador o el propio mecanismo de la válvula. Esta corrección continua entre las válvulas de admisión de vapor puede producir eventualmente un funcionamiento inestable de la turbina o una alta vibración en una o ambas turbinas, lo cual provocará una parada automática. Además, puede que las dos bombas, al funcionar ambas en modo automático, no respondan bien a grandes cambios de la medida de una variable que demanden, por ejemplo, una brusca disminución del caudal total de ambas bombas. En los sistemas anteriores, un controlador maestro que controla el flujo de vapor a cada una de las bombas intentará reducir rápidamente el caudal de ambas bombas. Dependiendo de la magnitud de la perturbación, la drástica reducción del caudal podría provocar la apertura de la válvula de recirculación del caudal mínimo de ambas bombas, lo cual provocaría una gran pérdida del caudal de fluido suministrado y, en última instancia, la parada completa de las bombas y de la unidad de proceso. Esto, por supuesto, no es deseable.

Así pues, uno de los objetivos de la presente invención consiste en proporcionar un sistema de control para varias bombas conectadas en paralelo que evite que estas entren en conflicto durante las desviaciones normales con respecto a un valor de ajuste deseado para una variable medida. Por otra parte, otro objetivo consiste en que el sistema de control pueda responder a grandes cambios de la variable medida sin pérdida de ambas bombas y, por lo tanto, la parada de la unidad de proceso.

Los objetivos de la presente invención se alcanzan haciendo que un controlador maestro envíe diferentes señales de salida a las diversas bombas en respuesta a un cambio de la variable medida. Como consecuencia, el cambio de prestaciones de una bomba en respuesta a un cambio de la variable medida es distinto al de la otra. Esta solución permite que las bombas funcionen juntas automáticamente sin entrar en conflicto, y además les permite responder a grandes variaciones de la variable medida. Los sistemas anteriores conocidos para el control de bombas no solucionan este problema. Aparecen sistemas anteriores típicos para el control de bombas, o aplicables al mismo, en las Patentes Estadounidenses 5.566.709; 5.522.707; 5.360.320; 5.259.731; 3.872.887; 3.775.025; 4.686.086; y 4.428.529. El documento JP-A-56.155402 describe un sistema de control para varias bombas según el preámbulo de la Reivindicación 1 que utiliza unas señales de avance y de retardo durante el intercambio de las bombas, y un procedimiento para controlar el caudal de las bombas según el preámbulo de la Reivindicación 11.

Resumen de la invención

Se describe un sistema de control adaptable particularmente al funcionamiento con varias bombas en unidades de proceso. Una variable medida, tal como una presión, es detectada por un controlador maestro. El controlador maestro, a su vez, envía una señal al accionamiento de cada una de las bombas o regula de algún otro modo el caudal de las dos bombas. El controlador maestro está configurado para que envíe simultáneamente unas señales diferentes a las dos bombas en respuesta a un cambio de la variable medida. El resultado es que el tiempo de respuesta de una de las bombas es más rápido que el de la otra. Así pues, las desviaciones menores del valor de ajuste deseado para la variable medida son atendidas en primer lugar por la bomba configurada para que reaccione más rápidamente. Las grandes perturbaciones, que producen una desviación apreciable del valor de ajuste de la variable medida, permiten que una bomba reaccione rápidamente y cambie bruscamente su capacidad para devolver la variable medida al valor de ajuste deseado, mientras que la otra bomba responde más lentamente y mantiene durante todo el tiempo un flujo de fluido razonable para evitar la parada de la unidad de proceso. Si detecta la pérdida de la bomba de respuesta rápida, el controlador maestro reduce automáticamente el tiempo de respuesta de la bomba de respuesta lenta de manera que su capacidad pueda variar a una velocidad razonable y suficiente para que la variable medida se mantenga en la condición deseada. Mediante el uso de diferentes tiempos de respuesta de las bombas, se elimina, por ejemplo, la tendencia que tienen las bombas accionadas por turbinas de vapor a entrar en conflicto. Además, las bombas equipadas con el sistema de control pueden responder rápidamente a grandes perturbaciones del proceso sin llegar a una condición de parada automática de ambas bombas que provocaría la parada de la unidad de proceso.

La presente invención proporciona un sistema de control de bombas para un sistema de impulsión de fluido que comprende una primera bomba y una segunda bomba, funcionando simultáneamente en paralelo, que incluye las características de la reivindicación 1.

En otro aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para controlar una variable medida utilizando un sistema de control que regula el caudal de las bombas de un sistema de impulsión de fluido que comprende una primera bomba y una segunda bomba montadas en paralelo y funcionando simultáneamente, que comprende las características de la reivindicación 11.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un esquema de una aplicación de la invención, mostrando la realización preferida en la cual la variable medida es la presión y se regula la capacidad de las bombas que funcionan en paralelo por medio de unos lazos individuales de control de velocidad que regulan el flujo de vapor en unas tuberías que suministran vapor a cada una de las turbinas motrices.

La Figura 2 es una representación esquemática de las señales de salida del controlador primario enviadas a los controladores secundarios.

La Figura 3 representa las prestaciones de las dos bombas, indicando el caudal de salida en función del tiempo durante una perturbación del proceso para cada una de las dos bombas.

La Figura 4 ilustra los cambios de la variable controlada por unidad de tiempo en respuesta a un cambio de caudal en otra parte de la planta de proceso que afecte a la variable medida.

Descripción detallada de la realización preferida

En la Figura 1 se ilustra el sistema de control C de la realización preferida. Según se aprecia en la Figura 1, unas bombas 10 y 12 están accionadas, respectivamente, por unas turbinas 16 y 14. Una tubería 18 de suministro de vapor proporciona vapor a las turbinas 14 y 16. Cada una de las turbinas 14 y 16 tiene un lazo de control de velocidad 20 y 22, respectivamente. El lazo 20 de control de velocidad tiene un sensor 24 de la velocidad de la turbina, representado esquemáticamente. Un controlador 26 envía una señal de salida 28 a la válvula 30 de control de vapor. Similarmente, un sensor de velocidad 32, representado esquemáticamente, envía una señal a un controlador 34, que a su vez envía una señal 36 a la válvula 38 de control de vapor. Las bombas 10 y 12 tienen unas respectivas tuberías de aspiración 40 y 42 conectadas ambas a la tubería 44 y en última instancia a la vasija 46, que forma parte del sistema de proceso. Las bombas 10 y 12 tienen unas respectivas conexiones de impulsión 48 y 50 a las que están conectadas unas respectivas tuberías de impulsión 52 y 54. Las tuberías 52 y 54 se unen en una tubería 56, que es la tubería principal de impulsión de ambas bombas 10 y 12 hacia el proceso. En la tubería 56 se encuentra situado un sensor de flujo 58 conectado a un controlador de flujo 60, que a su vez activa una válvula 62 de control de flujo. Una señal 65 procedente del proceso permite coordinar el flujo de la tubería 56 con otros flujos según las necesidades del proceso. Cuando estos flujos cambian o se interrumpen pueden producirse perturbaciones, lo cual produce un cambio del valor de ajuste del controlador de flujo 60, que a su vez cambia la presión detectada en el controlador e indicador de presión 64. Así pues, por ejemplo, si se requiere menos flujo en la línea 56, el controlador de flujo 60 responde cerrando la válvula 62, lo cual aumenta la presión en la tubería 56. Ese aumento de presión es detectado por el controlador indicador de presión 64. El sistema de control C puede funcionar con una diversidad de variables medidas.

El controlador indicador de presión 64 envía una señal de salida 66 a un duplicador de señal 68. El duplicador de señal 68 toma la señal única 66, procedente del controlador indicador de presión 64, y produce dos señales de salida 70 y 72 idénticas. La señal 72 va directamente al controlador 26 esquivando al modificador de señal 75, mientras que la señal 70 pasa a través de un modificador de señal 74, que a su vez modifica la señal 70 y produce una señal de salida 76. Esto sucede porque la bomba 12 está seleccionada como bomba primaria, mientras que la bomba 10 está seleccionada como bomba secundaria. Puede hacerse la selección opuesta, en cuyo caso la señal 72 iría al modificador de señal 75 mientras que la señal 70 esquivaría al modificador de señal 74. La señal 76 va al controlador 34. La Figura 2 ilustra lo que sucede cuando el controlador indicador de presión 64 detecta un aumento de presión debido al cierre de la válvula 62 en respuesta a una señal del proceso recibida por el controlador de flujo 60. En la Figura 2, la bomba secundaria es la bomba 10, mientras que la bomba primaria es la bomba 12. Se les ha dado estos nombres a las bombas debido al modo con que responden a un cambio de la variable medida, que en esta realización preferida que se ilustra es la presión. La Figura 2 ilustra las señales 72 y 76 y el cambio de las mismas por unidad de tiempo. En el segmento inicial de ambos gráficos de las bombas secundaria y principal, las señales 72 y 76 son prácticamente constantes. En un instante del tiempo 78, la variable de presión detectada en la tubería 56 aumenta significativamente, pidiendo una disminución del caudal de las bombas 10 y 12. Un cambio significativo es, por ejemplo, una desviación del valor de ajuste superior al 10%. La señal 72 entregada a la bomba 12 cae dramáticamente en respuesta a un aumento de presión en la tubería 56. El segmento inclinado 80 representa esquemáticamente una caída gradual de la señal 76 enviada al controlador 34, que en última instancia controla la válvula 38. Cuanto más gradual sea la pendiente del segmento 80 de la Figura 2, más lenta será la velocidad de respuesta del lazo de control 22 y, a su vez, más lento será el cambio de capacidad de la bomba 10 en respuesta a un cambio de la variable medida, es decir, la presión en la tubería 56. También puede ser que el cambio de la presión en la tubería 56 sea lo suficientemente severo como para provocar la parada de la bomba primaria o, alternativamente, es posible que el sistema de control general C pueda recuperarse, según indica la Figura 2, en la cual el segmento 82 representa la respuesta de la señal 72 para que, en última instancia, la presión controlada sea regulada por las dos bombas 10 y 12 que comparten la carga, según indican los segmentos horizontales situados a la derecha de la Figura 2 para ambas bombas. Deberá notarse que el caudal de la bomba secundaria 10 cambiará a menor velocidad que el de la bomba 12. La variable medida de la presión detectada por el controlador 64 puede de hecho aumentar el caudal de la bomba secundaria 10 para compensar la rápida disminución de la capacidad de la bomba primaria 12. La Figura 3 ilustra este comportamiento. Muestra como desciende dramáticamente el caudal de la bomba primaria 12, con el resultado de que se abre su válvula 90 de recirculación del caudal mínimo y en última instancia su parada manual realizada por el operador. El caudal de la bomba secundaria 10 cae ligeramente al principio y luego aumenta para cumplir la necesidad de llevar la presión de la tubería 56 hasta el valor de ajuste. El cambio de caudal de la bomba secundaria 10 es más lento que el de la bomba primaria 12 antes de la pérdida de la bomba primaria. Esto evita una reducción simultánea de la capacidad de ambas bombas en respuesta a un aumento de la presión en la tubería 56, lo cual ocurre si las dos bombas están funcionando en modo automático y no existe un bloque compensador de retardo 74 actuando sobre la bomba secundaria 10. El cambio de caudal de la bomba secundaria se hace automáticamente tan rápido como el de la bomba primaria cuando se detecta una disminución de caudal, la apertura de una válvula de recirculación de mínimo caudal, o la pérdida de la bomba primaria. En consecuencia, la bomba secundaria puede reaccionar suficientemente rápido para compensar una caída brusca del caudal total de fluido provocada por la parada de la bomba primaria.

Refiriéndose a las bombas 10 y 12, las tuberías de impulsión 52 y 54 tienen, respectivamente, unas tuberías de recirculación 84 y 86 que salen de las anteriores. Unas válvulas de recirculación 88 y 90, respectivamente, se encuentran situadas en las tuberías de recirculación 84 y 86. En última instancia, las tuberías de recirculación 84 y 86 retornan a la vasija 46. Cuando el caudal de las bombas 10 ó 12 es suficientemente bajo, se abre la respectiva válvula de recirculación 88 ó 90 para evitar daños a la bomba por funcionar durante largo tiempo con bajo caudal. En la realización preferida, las bombas 10 y 12 son bombas centrífugas, aunque pueden utilizarse otras bombas.

Según se describió anteriormente, cuando se mantiene un valor de ajuste deseado para la presión de la tubería 56, puede presentarse la situación de que las bombas 10 y 12 entren mútuamente en conflicto debido a movimientos desiguales de las válvulas de control 30 y 38. Para responder a las pequeñas variaciones del valor de ajuste del controlador 64, se envían unas señales simultáneas a los lazos de control 20 y 22 que, en ausencia de un modificador de señal 74, también conocido como bloque compensador de retardo, pueden producir en las válvulas de control unos movimientos desiguales, porque la válvula 30, por ejemplo, responda más rápidamente que la válvula 38. Esta situación puede producirse incluso cuando las señales recibidas por los controladores de velocidad 26 y 34 son idénticas. Cuando se producen movimientos desiguales de las válvulas, se producirá una diferencia entre las velocidades de las turbinas y en consecuencia entre los caudales de las bombas. Al mismo tiempo, el cambio del flujo de vapor a una de las turbinas afecta simultáneamente al flujo de vapor a la otra turbina, ya que el vapor procede de un colector común. En consecuencia, se precisa otra corrección para devolver la velocidad de las turbinas y la variable medida a los valores de ajuste deseados.

Estos continuos reajustes u oscilaciones de las válvulas de control 30 y 38 pueden producir un funcionamiento inestable de las turbinas 14 y 16. En los casos en los que existan sensores de vibración montados en las turbinas 14 y 16, la vibración de las turbinas puede alcanzar un nivel suficiente para provocar una parada de las turbinas y, por consiguiente, de la unidad de proceso. Así pues, el problema de que las bombas 10 y 12 entren en conflicto debido a movimientos desfasados entre las válvulas de control 30 y 38 en respuesta a una determinada orden de control es una característica indeseable que se resuelve mediante el bloque compensador de retardo 74. Con el bloque compensador de retardo 74, la operación de la bomba 10 se hace lo suficientemente lenta como para que las pequeñas desviaciones del valor de ajuste deseado de la presión en la tubería 56, detectadas por el controlador 64, no afecten en absoluto al funcionamiento de la válvula 38. Aunque eventualmente pueda producirse algún cambio de la posición de la válvula 38, la respuesta del sistema de control C para regular el valor de ajuste de la presión en la tubería 56, fijado en el controlador 64, consiste en hacer que la bomba primaria 12 responda más rápidamente a los cambios de la variable medida. Incluso cuando el sistema está funcionando en condiciones estables, la tendencia de las bombas a entrar en conflicto queda eliminada por el uso de un bloque compensador de retardo 74 porque se reduce la sensibilidad de la bomba 10. Con un tiempo de respuesta más lento en el lazo de control 22 desaparece el conflicto, porque los pequeños cambios de posición de la válvula 38 ya no tienen un efecto inmediato apreciable sobre el conjunto del sistema. Una vez reducida la velocidad de respuesta del lazo de control 22 con relación a la velocidad de respuesta del lazo de control 20, las pequeñas variaciones por encima o por debajo del valor de ajuste del controlador 64 son reguladas principalmente por movimientos de la válvula 30. Incluso durante el funcionamiento estable a una presión de control ajustada por el controlador 64, el uso del bloque compensador de retardo 74 elimina el problema de que las bombas 10 y 12 entren en conflicto durante el funcionamiento normal.

En el caso de una disminución brusca de la demanda de caudal en la tubería 56, el controlador 60 moverá la válvula 62 hacia la posición cerrada. Esto a su vez, producirá un aumento de presión en la tubería 56 que será detectado por el controlador 64. De nuevo, en los sistemas anteriores sin el bloque compensador de retardo 74, ambas bombas responderían similarmente cuando los lazos de control 20 y 22 ordenaran el cierre simultáneo de las respectivas válvulas 30 y 38. Dependiendo del grado de la perturbación, las dos bombas 10 y 12 se aproximarían a los valores de caudal mínimo que provocarían la apertura de las válvulas de recirculación 88 y 90. Esto privaría al proceso del caudal necesario, incluso funcionando a bajas cargas, y el proceso podría pararse. Para evitar la pérdida de ambas bombas y para permitir que el sistema responda a grandes variaciones de la demanda (es decir, cambios bruscos superiores al 10%, por ejemplo), se introduce en el sistema de control C el bloque compensador de retardo 74. Con el bloque compensador de retardo 74 instalado, un caudal excesivo en la tubería 56, detectado por el controlador 64 como un aumento brusco de la presión, provocará una brusca reducción del caudal de la bomba primaria 12 mientras que, debido a la modificación de la señal 76 para la bomba secundaria, según se ilustra en la Figura 2, la respuesta del lazo de control 22 de la bomba secundaria 10 será apreciablemente más lenta. Así pues, la bomba secundaria 10 seguirá impulsando un cierto caudal por la línea 56, evitando la parada automática de la unidad de proceso. La demanda de caudal en la tubería 56 podría disminuir lo suficiente como para que se abriese realmente la válvula de recirculación 90 de la bomba primaria y que esta quedara fuera de línea. En tal caso, el operador podrá seguir satisfaciendo la demanda de la tubería 56 con la bomba secundaria. En ese momento el operador puede parar manualmente la bomba primaria 12. Cuando la bomba primaria sea parada manualmente o se dispare automáticamente, el controlador 64 designará inmediatamente a la bomba secundaria 10 como la nueva bomba primaria. Esto hará que el bloque 74 quede fuera de servicio y la bomba 10 pueda controlar la presión de la tubería 56 con una respuesta más rápida que la que tenía cuando estaba seleccionada como bomba secundaria.

Los expertos en la técnica podrán apreciar que la designación de la bomba secundaria y de la bomba primaria puede invertirse en base a las técnicas conocidas para los sistemas de control. Además, cualquiera de las bombas puede funcionar en automático mediante el controlador 64 cuando la otra bomba esté fuera de servicio. Esto puede ocurrir a bajas cargas del proceso o cuando una de las bombas 10 ó 12 precise mantenimiento.

La Figura 3 indica las prestaciones de las bombas 10 y 12 con el sistema de control C, estando el caudal de impulsión en galones por minuto. Según se indica en la Figura 3, ambas bombas se encuentran funcionando ligeramente por encima de 3024 l por minuto cuando se produce en la tubería 56 un brusco descenso de la demanda de caudal, lo cual eleva la presión medida en el controlador 64. La línea 92 indica que el caudal de impulsión de la bomba principal 12 disminuye bruscamente hasta cero en respuesta a la perturbación, mientras que el caudal de impulsión de la bomba secundaria 10, que responde más lentamente, disminuye ligeramente al principio y después aumenta a una velocidad comparable a la disminución de capacidad de la bomba 12, hasta alcanzar aproximadamente 5292 l por minuto, según indica la línea 94. El proceso continúa entonces durante muchas horas utilizando únicamente la bomba secundaria 10. Durante este tiempo, la bomba secundaria 10 es reasignada automáticamente al estado de bomba primaria, y deja de estar influenciada por el bloque 74. Más tarde se arranca de nuevo la bomba 12, según indica la línea 96. A medida que la bomba 12 aporta un caudal adicional, el lazo de control 22 responde y disminuye el caudal de impulsión de la bomba 10 hasta que los caudales quedan equilibrados, según se indica en el extremo derecho de la Figura 3. La bomba 12 queda como bomba secundaria, con el bloque 75 modificando su señal mientras que la bomba 10 es ahora la bomba primaria.

En la parte superior de la Figura 4 está representada la presión detectada durante el mismo periodo de tiempo por el controlador 64. La Figura 4 indica un pico apreciable de presión en el momento en que se produjo la perturbación que hizo que el controlador 64 alterase las prestaciones de las bombas 10 y 12. El pequeño hundimiento de la presión que sigue al pico de presión está provocado por la pérdida de la bomba 12, que en aquel momento era la bomba primaria. Según puede apreciarse en la Figura 3, el caudal de impulsión de la bomba secundaria 10 disminuye lentamente al principio y luego aumenta rápidamente. En la parte inferior de la Figura 4 se aprecia esquemáticamente la magnitud de la perturbación. La referencia del gráfico inferior de la Figura 4 corresponde, en este caso, a un caudal de metanol que, a su vez, y mediante un controlador de relación, controla el caudal de la tubería 56 mediante el uso del controlador 60. Así pues, la magnitud de la disminución del suministro de metanol es apreciable pero de duración relativamente corta. Las Figuras 3 y 4 muestran colectivamente la respuesta del sistema de bombas 10 y 12 a este grado de perturbación. Según puede apreciarse en el gráfico de la presión de la línea 56 en función del tiempo que aparece en la Figura 4, se produce un salto de presión de muy poca importancia, debido principalmente a una pérdida brusca del flujo de fluido impulsado por la bomba principal y por el uso del bloque compensador de retardo 74. En este ejemplo particular, el orden de magnitud del corte del suministro de metanol pasó de 1323 1 por minuto a unos 302 l por minuto, y el sistema de control C respondió disminuyendo proporcionalmente el caudal de la tubería 56 sin tener que parar la unidad.

Los expertos en la técnica apreciarán fácilmente que el sistema de control C permite eliminar con un bajo coste los puntos críticos de las plantas existentes que se diseñaron para tener una bomba funcionando y la otra parada en reserva. En lugar de reconfigurar las bombas y los accionamientos para adaptarlos a mayores caudales de impulsión, la bomba principal y la bomba de reserva pueden funcionar en tandem de manera automática sin que entren en conflicto entre sí, y manteniendo la capacidad de respuesta a las grandes perturbaciones del proceso. El sistema de control descrito anteriormente es capaz de responder a desviaciones sustanciales del punto de consigna deseado de la variable controlada, es decir, la presión en la tubería 56. Así pues, por ejemplo, cuando el controlador de caudal 60 responde a otro caudal de la planta de proceso en base a una relación de caudales, la totalidad del sistema de control puede responder a una disminución total del caudal de impulsión que pase bruscamente, por ejemplo, de 6237 l por minuto a 4914 l por minuto. El sistema de control C tiene la versatilidad de permitir que las dos bombas 10 y 12 funcionen en paralelo y soporten perturbaciones de la unidad, tales como los cambios de proceso que resulten de los cambios de posición de la válvula 62 o de la pérdida de una de las dos bombas 10 ó 12. El sistema de control C permite además equilibrar los caudales de las bombas 10 y 12 y permite el arranque individual de las bombas 10 y 12, así como la parada individual de las mismas. Finalmente, el sistema de control C permite también intercambiar una y otra bomba sin perturbaciones en el proceso.

Cuando está funcionando el sistema de control C, el operador del proceso designa una bomba específica como bomba primaria y la otra como bomba secundaria. Para asegurar que cualquiera de las bombas pueda funcionar como primaria o secundaria, se conecta a la señal 72 un bloque compensador de retardo 75 similar al bloque compensador de retardo 74. Dependiendo de la bomba que esté seleccionada como primaria o secundaria, una u otra de las señales de salida 70 ó 72 esquivará a uno de los bloques 74 ó 75, lo cual hará que uno de los controladores 20 ó 22 tenga un tiempo de retardo relativamente pequeño y una respuesta más rápida, mientras que el otro tendrá un tiempo de retardo mayor y una respuesta más lenta. La bomba primaria responde más deprisa que la bomba secundaria, por lo cual la bomba secundaria no se ve afectada por las perturbaciones del proceso que provoquen pequeñas fluctuaciones de la presión sobre el valor de ajuste de la variable medida. La bomba secundaria reacciona lentamente y trabaja junto con el controlador 64 para mantener el equilibrio de los caudales de las dos bombas durante el funcionamiento normal. En esta situación, la bomba secundaria no es sensible a estas pequeñas fluctuaciones de presión en la tubería 56. Así pues, la bomba 12 puede efectuar pequeñas correcciones en ciertas situaciones en las que la bomba 10 nunca llega a reaccionar. El sistema de control C está ajustado de manera que cuando se produce una gran perturbación, la mayor prioridad consiste en mantener constantemente la presión de impulsión en la tubería 56 y un caudal de fluido razonable que evite la parada automática de la unidad. En esa situación se interrumpen los intentos de equilibrar los caudales de las bombas 10 y 12, ya que ello produciría un deterioro de la controlabilidad del sistema. Si se dispara una de las bombas 10 ó 12, el sistema de control C transfiere automáticamente el modo de funcionamiento con dos bombas al modo de funcionamiento con una bomba.

Con el sistema de control C activo, la bomba secundaria no tiene una influencia suficiente para afectar al funcionamiento de la bomba primaria, y aunque se produzca algún desfase entre los movimientos de las válvulas de admisión de vapor a la turbina, no se produce ningún conflicto entre las bombas por causa de estos movimientos desfasados. En el caso de una gran perturbación del proceso, tal como un aumento brusco de la presión detectado por el controlador 64, la bomba primaria disminuye en primer lugar su velocidad hasta que se abra su válvula de flujo mínimo. En ese momento la bomba secundaria disminuirá lentamente su velocidad y por lo tanto no se abrirá su válvula de mínimo flujo debido al correspondiente bloque de compensación de retardo. Puesto que la capacidad de la bomba primaria disminuye rápidamente antes de que se abra la válvula de mínimo flujo y vuelve a disminuir después de que se haya abierto, el proceso pierde bruscamente una parte apreciable de la capacidad del sistema de bombeo, lo cual evita a su vez que la bomba secundaria evolucione hacia el punto de parada por mínimo flujo. Por el contrario, lo que realmente hace la bomba secundaria es aumentar su capacidad. Al ser designada automáticamente en ese instante la bomba secundaria como nueva bomba primaria, la nueva bomba primaria puede aumentar su capacidad a un ritmo comparable al de la disminución del caudal de impulsión de la antigua bomba primaria con el fin de controlar la presión de la tubería 56. Por lo tanto el sistema de control C evita que las dos bombas abran al mismo tiempo su válvula de mínimo flujo, lo cual produciría un disparo de la unidad de proceso.

El ajuste del bloque de compensación de retardo de la bomba secundaria tiene que hacerse en función de los requisitos de funcionamiento del sistema. Si la respuesta de la bomba secundaria es demasiado lenta, se llega prácticamente a una situación en la que la bomba secundaria estaría en modo manual. Por otra parte, si el tiempo de respuesta de la bomba secundaria es demasiado rápido, entonces se reproduce el problema del conflicto entre las bombas y la incapacidad de controlar durante las perturbaciones del proceso. Por lo tanto, el ajuste del bloque compensador de retardo de la bomba secundaria tiene que efectuarse afinando el sistema de proceso real. El afino de dicho sistema es una tarea conocida por los expertos en la técnica. El sistema de control C está configurado para que, en funcionamiento automático, conmute automáticamente entre una y otra bomba en el caso de que se dispare una de las bombas, independientemente de que dicha bomba esté designada en ese momento como primaria o como secundaria. En respuesta a una perturbación del proceso, tal como un aumento de la presión de la tubería 56, que requiera una reducción de la capacidad de las bombas, la bomba primaria responde rápidamente disminuyendo su capacidad mientras que la bomba secundaria reduce su capacidad a un ritmo menor o, incluso, incrementa su capacidad a medida que la bomba primaria reduce bruscamente la suya. Si la reducción de caudal de la bomba primaria es suficientemente grande, podría provocar la abertura de la válvula de mínimo flujo que recircula a la vasija 46, en cuyo caso la bomba secundaria relativamente lenta intentará controlar la presión deseada en la tubería 56. Cuando se produce la situación de que la bomba primaria no se pare inmediatamente, el control de la presión de impulsión en la tubería 56 puede hacerse lento y poco satisfactorio. Es posible que la bomba primaria abra y cierre alternativamente su válvula de mínimo flujo y, con ello, perturbe a la unidad. Cuando esto sucede, lo normal es que el operador pare la bomba primaria y el controlador maestro 64 seleccione automáticamente la bomba secundaria como bomba principal para funcionar en automático con una sola bomba. Si el operador no hace este cambio, el control de la presión de impulsión en la tubería 56 puede deteriorarse hasta el extremo de que se dispare la unidad. En la Figura 3 se representa este procedimiento en el cual se para la bomba principal, según indica la línea 92, y más tarde vuelve a arrancarse, según indica la línea 96.

Los expertos en la técnica apreciarán que después de una perturbación en la que se haya puesto una bomba fuera de servicio y se haya seleccionado la bomba secundaria para operar automáticamente con una sola bomba, ya no será necesario el bloque compensador de retardo correspondiente a esa bomba, ya que sólo habrá una bomba funcionando.

El sistema de control C descrito resuelve el problema de que las bombas que funcionan por parejas en las plantas de proceso entren en conflicto la una con la otra. El sistema de control C es aplicable a otros tipos de equipos que funcionen en paralelo, que se controlen individualmente en función de los cambios de una variable medida en el sistema a de proceso, y no está limitado a las bombas centrífugas accionadas mediante turbina de vapor, según se ha indicado en la realización preferida. También se encuentran dentro del alcance de la invención otros tipos de accionamientos o de controles de capacidad. El sistema de control C puede controlar dos o más bombas funcionando simultáneamente, siempre que al menos una de ellas sea la primaria y otra sea la secundaria.

Claims (19)

1. Un sistema de control de bombas para un sistema de suministro de fluido que comprende una primera bomba (10) y una segunda bomba (12) que funcionan simultáneamente en paralelo, cuyo sistema comprende:

un controlador principal (64) para medir una variable controlada;

un controlador secundario (34, 26) montado con cada una de dichas bombas (10, 12) para controlar sus prestaciones, enviando el controlador principal una señal de salida a cada uno de los controladores secundarios;

caracterizado porque, durante el funcionamiento en paralelo continuo y simultáneo de las bombas, en respuesta a una variación de la variable controlada, las señales (76, 72) enviadas a los citados controladores secundarios son diferentes, de manera que la velocidad de variación del caudal de impulsión de una de las citadas bombas sea diferente a la velocidad de variación del caudal de impulsión de la otra bomba.

2. El sistema de control de la reivindicación 1, en el cual:

una de dichas señales (76) está alterada por un bloque compensador de retardo (74) que hace que dicho controlador secundario (34) asociado a dicha señal alterada responda más lentamente que el otro controlador secundario (26) citado.

3. El sistema de control de la reivindicación 2, en el cual:

dicho controlador principal (64) incluye además un duplicador de señal (68) que recibe una única señal sensible a la medida de dicha variable controlada y envía unas respectivas señales idénticas (70, 72) a los controladores secundarios (34, 26) asociados a dichas bombas primera y segunda (10, 12).

4. El sistema de control de la reivindicación 3, en el cual:

dicho bloque compensador de retardo (74) altera al menos una de dichas señales idénticas procedentes de dicho duplicador.

5. El sistema de control de la reivindicación 2, en el cual:

dicho bloque compensador de retardo (74) hace que la señal que sale de dicho bloque compensador de retardo tenga una variación en función del tiempo más gradual que otra señal que no haya sido modificada por un bloque compensador de retardo.

6. El sistema de control de la reivindicación 5, en el cual:

la bomba (10) afectada por dicho bloque compensador de retardo (74) responde muy lentamente a los cambios pequeños de dicha variable medida de manera que la otra bomba (12) citada, que recibe una señal directa (72) de dicho controlador principal, es de hecho la bomba que responde prácticamente a tales variaciones de la variable medida.

7. El sistema de control de la reivindicación 2, en el cual:

la bomba (10) que recibe dicha señal alterada (76) responde más lentamente para cambiar su caudal de impulsión que la otra bomba (12) citada, que recibe una señal inalterada (72), en el caso de una variación sustancial de dicha variable medida, evitando la parada simultánea de ambas bombas (10, 12).

8. El sistema de control de la reivindicación 7, en el cual:

la bomba (12) que recibe la señal no alterada (72) reduce rápidamente su caudal de impulsión en respuesta a una variación sustancial de dicha variable medida hasta que se abra una válvula (90) de mínimo flujo, mientras que al mismo tiempo la bomba (10) que recibe la señal alterada (76) varía su caudal de salida más lentamente para mantener un flujo de fluido razonable en avance hasta que dicha variable medida retorne a su valor deseado.

9. El sistema de control de la reivindicación 2, en el cual:

en respuesta a una variación sustancial de dicha variable medida, la bomba (12) que responde más velozmente varía rápidamente su caudal de impulsión para controlar la variable medida mientras que la bomba (10) de respuesta más lenta varía gradualmente su caudal de impulsión para mantener un flujo de fluido razonable hasta que dicha variable medida retorne a un valor deseado.

10. El sistema de control de la reivindicación 9, en el cual:

dicho controlador principal (64), cuando detecta una disminución rápida del caudal de impulsión de dicha bomba (12) de respuesta rápida, reconfigura automáticamente la velocidad de respuesta de la bomba (10) de respuesta lenta para darle la velocidad de respuesta que tenía la anterior bomba (12) de respuesta rápida.

11. Un procedimiento para controlar una variable medida utilizando un sistema de control que regula el caudal de impulsión de las bombas de un sistema de suministro de fluido que comprende una primera bomba (10) y una segunda bomba (12) conectadas en paralelo y que funcionan simultáneamente, cuyo procedimiento comprende:

detectar la variable medida;

controlar el caudal de impulsión de dichas bombas primera y segunda (10, 12), estando una de ellas designada como bomba (12) primaria y estando designada la otra como bomba (10) secundaria, con un controlador individual (26, 34) para cada bomba;

caracterizado porque, durante el funcionamiento simultáneo y continuo en paralelo de las bombas (10, 12), en respuesta a una variación de dicha variable medida, se envían a dichos controladores (34, 26) unas señales diferentes (76, 72) generadas a partir de dicha detección, de manera que el caudal de impulsión de la bomba primaria (12) varíe más rápidamente que el caudal de impulsión de la bomba secundaria (10), en caso de que se diera dicha variación.

12. El procedimiento de la reivindicación 11, que comprende además:

generar una pluralidad de señales en respuesta a dicha detección;

pasar una de dichas señales a través de un bloque compensador de retardo (74) para disminuir la velocidad de respuesta del controlador (34) de la bomba asociada.

13. El procedimiento de la reivindicación 11, que comprende además:

proporcionar una señal (76) a la bomba secundaria (10) para disminuir la velocidad de respuesta de su correspondiente controlador (34) de manera que las bombas (10, 12) no entren en conflicto la una con la otra tratando de corregir el caudal de impulsión para mantener un punto de consigna de la variable medida.

14. El procedimiento de la reivindicación 13, que comprende además:

proporcionar una señal (76) a la bomba secundaria (10) para disminuir la velocidad de respuesta de su correspondiente controlador (34) de manera que cuando se requiera una variación sustancial del caudal de impulsión de las bombas, dicha bomba primaria (12) varíe rápidamente su capacidad, mientras que el controlador (34) de dicha bomba secundaria (10) responda más lentamente para mantener un flujo de fluido razonable que controle la variable medida.

15. El procedimiento de la reivindicación 14, que comprende además:

accionar una válvula (90) de recirculación de mínimo flujo de la bomba primaria (12) cuando disminuya su caudal de impulsión;

poner fuera de servicio la bomba primaria (12) en respuesta al accionamiento de dicha válvula (90) de recirculación de mínimo flujo; y

mantener el control automático de dicha variable medida sólo con la bomba secundaria (10), que ahora funciona como bomba primaria sin el bloque compensador de retardo (74).

16. El procedimiento de la reivindicación 12, que comprende además:

disminuir la sensibilidad del controlador (34), que recibe una señal (76) del bloque compensador de retardo (74), lo suficiente para que los controladores (34, 26) no entren en conflicto el uno con el otro tratando de equilibrar el caudal de impulsión requerido entre las bombas (10, 12).

17. El procedimiento de la reivindicación 12, que comprende además:

hacer disminuir la sensibilidad del controlador (34), que recibe una señal (76) del bloque compensador de retardo (74), lo suficiente para que en respuesta a una variación sustancial de la variable medida, la bomba primaria (12) varíe rápidamente su capacidad, mientras que, al mismo tiempo, la bomba secundaria (10), al responder más lentamente que la bomba primaria, sea capaz de mantener un flujo de fluido razonable y tenga también una sensibilidad suficiente para devolver la variable medida al valor deseado.

18. El procedimiento de la reivindicación 17, que comprende además:

hacer aumentar automáticamente la sensibilidad de la bomba secundaria (10) para que responda más rápidamente a una variación sustancial de la variable medida cuando se detecte una caída apreciable del caudal de impulsión de la bomba primaria (12).

19. El procedimiento de la reivindicación 17, que comprende además:

abrir una válvula (90) de recirculación de mínimo flujo cuando el caudal de impulsión de la bomba primaria (12) descienda hasta un valor predeterminado;

parar la bomba primaria (12);

eliminar el bloque compensador de retardo (74) de la bomba secundaria (10); y

controlar automáticamente la variable medida únicamente con la bomba secundaria (10), que ahora funciona sin el bloque compensador de retardo (74).