1. Consolidación de Operación de Refinería
Implantación exitosa de múltiples tecnologías de automatización en un proyecto de
modernización para el principal complejo de refinación y petroquímica de Colombia
Francisco J. Trespalacios Vergara
Departamento de Proyectos de Refinación
ECOPETROL S.A. - Colombia
ftrespal@isa.org
Resumen— A través del proyecto de consolidación de la
operación de la Refinería de Barrancabermeja de Ecopetrol S.A.
en Colombia se realizó la Integración de Sistemas de Control y de
Sistemas Instrumentados de Seguridad de 14 cuartos de control
empleando tecnologías de comunicaciones ópticas y redes de
nueva generación, al igual que ciber-seguridad, en paralelo con
un programa de implementación de tecnología de control
avanzado de procesos en doce plantas.
Palabras claves—automatización; consolidación; sistemas de
control; interfaces; ciberseguridad.
I. INTRODUCCIÓN
La Refinería de Barrancabermeja de ECOPETROL S.A.
inició operaciones hace más de 90 años y ha ido creciendo
hasta convertirse en un complejo industrial con múltiples
unidades de proceso esparcidas en casi 300 hectáreas. En la
medida que se fueron incorporando las distintas secciones
fueron surgiendo diversos cuartos de control, como parte de la
nueva instalación, en los que se utilizaron las tecnologías
disponibles en cada momento.
En años recientes, aspectos de nuevas regulaciones y
competencia en los mercados mundiales, ha requerido de
operaciones más seguras, estables y eficientes para las plantas
de la industria de hidrocarburos. Por esta razón desde
comienzos de los años 2000’s surgieron una serie de iniciativas
de modernización de los sistemas de monitoreo, protección y
control de las refinerías de Colombia.
Dentro de este contexto se desarrolló el proyecto
denominado “Control Operacional Consolidado – GRB”, cuya
concepción inició en el 2005 y se extendió hasta el 2013, del
cual expondremos sus principales aportes en la implantación de
diversas tecnologías de automatización.
II. CONFORMACIÓN DE LA INICIATIVA
A. Mayores Retos
Debido al enorme crecimiento de la refinería y sus
múltiples procesos hubo que afrontar un gran número de
dificultades técnicas, estructurales y organizacionales de las
cuales resaltamos las siguientes:
• Más de 14 cuartos de control existentes, que no estaban
interconectados entre sí, presentaban alto grado de
obsolescencia y estaban ubicados de manera distantes.
• Los sistemas de control correspondían a tres proveedores
diferentes y eran modelos de distinta generación, al igual
que los sistemas instrumentados de seguridad.
• Los grupos operativos tenían variada cultura organizacional
y utilizaban gráficos de operación no estandarizados.
• Durante la ejecución del proyecto se incorporarían nuevas
unidades de proceso y en años venideros habría una
expansión mayor de la refinería.
• Aunque se contaba con una base de datos de producción en
tiempo real, la interconexión de los sistemas de control
con sistemas de información era muy limitada o escasa.
B. Premisas Básicas
Teniendo en mente la consolidación de la operación de toda
la refinería existente y futura (con proyección a 20 años), en
una misma unidad o centro de comando, se establecieron unos
conceptos básicos a aplicar como los que se ilustran a
continuación:
• Disponer de un back-bone de cable de fibra óptica con 36
hilos en esquema de estrella para múltiples servicios que
uniera a los cuartos de controles existentes y futuros con el
Edificio de Control Central.
• Definir la arquitectura de los sistemas de control DCS
como el eje para transmitir toda la información del
monitoreo, control y protección de las plantas a los
operadores.
• Establecer una consola de operación estándar que fuese
similar, independientemente del proceso que se manejara o
el fabricante del sistema de control que se utilizara, y que
también debía ser adoptada por los proyectos de expansión
futuros.
• Diseñar los puestos de trabajo considerando factores de
ergonomía, operatividad, visibilidad, comodidad y confort,
bajo una distribución que facilite la intercomunicación e
integración de las distintas áreas de proceso.
• Elaborar una guía para el diseño de gráficos de operación
siguiendo las normas internacionales para displays de
control y manejo de alarmas.

2. • Adoptar esquemas de seguridad informática siguiendo las
nuevas prácticas establecidas por la industria y propiciar
una política corporativa para aplicar en las redes de los
sistemas de control de otras instalaciones de la empresa.
• Utilizar estructuras de redundancia que aumenten el grado
de confiabilidad y disponibilidad.
• Desarrollar un plan de manejo del cambio organizacional
para adaptar a los departamentos y personal involucrado a
una nueva filosofía de operación, actualizando
procedimientos y desplegando un completo programa de
entrenamiento para cierre de brechas. (Tema que se trata
de manera amplia en otro artículo)
III. DESARROLLO DEL PROYECTO
Con todos estos retos y premisas planteados por un grupo
de profesionales que habían participado en proyectos previos
de menor envergadura, y la asesoría de una firma internacional
con experiencia en operación de refinerías, se establecieron las
bases técnicas y las justificaciones económicas para conseguir
la viabilidad y aprobación del proyecto. Aunque la inversión en
infraestructura física y actualización de los sistemas resultaba
considerablemente alta, los beneficios económicos que se
desprendían de pasar a una operación integrada, y utilizar
tecnologías de control avanzado de procesos, constituyeron un
modelo financiero robusto que permitió incluso absorber las
variaciones en costos y tiempo que se presentaron más
adelante, manteniéndose un buen retorno a la inversión.
A través de las diferentes fases del Proyecto hubo que
manejar una serie de aspectos que resaltaremos a continuación:
A. Involucramiento y Manejo del Cambio
Un aspecto fundamental para el éxito del Proyecto que se
identificó desde un principio fue la aceptación que debía
conseguirse de los distintos grupos de operación que poseían
cultura y niveles de formación diversos. Por ello, a medida que
se fueron definiendo los diseños conceptuales y básicos, se
realizaban múltiples entrevistas o talleres con estos grupos para
comprender sus necesidades, y a su vez transmitirles poco a
poco los elementos de la nueva filosofía de trabajo, con lo cual
se construyó de manera conjunta una visión de futuro
compartida.
A partir de esa visión de futuro, o nueva filosofía
operacional, se analizaron y valoraron las principales brechas
que resultaban de la situación existente en temas tales como:
personas, organización, funcionamiento y sistemas. Con base
en esta información se preparó el plan de manejo del cambio
organizacional que estableció, entre otras cosas, el programa de
entrenamiento y cursos individualizados para los diferentes
grupos operativos y técnicos, en el cual se invirtieron más de
20,000 horas hombre de capacitación, y con lo cual se
consiguió una transición hacia la consolidación de la operación
sin traumatismos y con un alto nivel de aceptación.

3. B. Homogenización sin Unificación
Otro aspecto clave en el desarrollo del Proyecto lo
constituyó el hecho de que se decidió mantener a los
proveedores o fabricantes de los sistemas de control y
protección de las unidades, que se tenían en cada una de ellas,
para conservar parte de las inversiones realizadas, disminuir los
requerimientos de modificaciones de cableado de señales y
reducir los riesgos de traspaso de estrategias de control a
sistemas diferentes. Sin embargo, teniendo en cuenta que se
estableció un estándar de consola de operación en la cual no
habría teclados funcionales particulares y se emplearían
interfaces hombre maquina idénticas para todas las plantas,
hubo que plantear arquitecturas que se adaptaran a estas
condiciones en la actualización de los 16 sistemas DCS’s que
hacían parte del alcance del proyecto.
Figura 2. Consola de operación estándar
Para el caso de los sistemas de protección o sistemas
instrumentados de seguridad (ICS), fue más complicado
conseguir similar homogenización, y el manejo centralizado de
los mismos, debido a que no se contaba con módulos I/O’s
remotos que permitieran replicar las botoneras de parada de
emergencia y otros comandos que utilizaban los operadores en
las consolas de los cuartos locales existentes. La manera de
resolver esta limitación tecnológica, que existía hace unos
años, fue agregar procesadores centrales adicionales que se
enlazaban con los procesadores existentes a través de redes
certificadas TUV.
Con estos esquemas para los DCS e ICS de diferentes
fabricantes, y aprovechando una red de datos operativa común,
se optimizaron la cantidad de estaciones de ingeniería
habilitando PC’s para que se pudiese tener acceso de manera
remota a la configuración de las bases de datos de los distintos
sistemas. En todo este proceso de homogenización fue
fundamental el estrecho trabajo y colaboración con los distintos
fabricantes en las etapas de diseño.
Parte de esta homogenización también se consiguió al
estandarizar los gráficos de operación para los distintos
procesos, utilizando la guía que se elaboró siguiendo las
normas internacionales para construcción de displays de
operación y manejo de alarmas, y, concertando con los
distintos grupos operativos el esquema más apropiado para
cada área de proceso.
C. Ergonomía y funcionalidad
En toda consolidación de cuartos de control es
imprescindible realizar el diseño de la sala central acorde con
las mejores prácticas de ergonomía que se tienen previstas para
estas edificaciones. En el caso particular de este proyecto
también se tuvieron en cuenta otros elementos que
determinaron la disposición final de las consolas de operación
y su agrupamiento. No solamente se analizaron los elementos
de iluminación, acústica, visibilidad, confort y funcionalidad,
sino que también se tomaron en cuenta la manera como se
asociaban e interactuaban los operadores en los cuartos de
control existentes y la ubicación física de las plantas respecto a
la tentativa ubicación de las nuevas consolas.
Como resultado de todo ese análisis se replanteo la
distribución típica de “teatro”, y se optó por una distribución
que reunía sub-consolidaciones de las distintas áreas de
proceso, donde los grupos correspondientes tienen una
proximidad e interrelación que permite una mejor
comunicación pero a su vez mantiene cierta independencia de
las otras áreas. La disposición final de las 19 consolas de
operación actuales y 10 futuras, que ocupan un área de 820 m2,
se puede ver en la siguiente ilustración.
Figura 3. Render y vista real de sala de control
D. Integración de múltiples sistemas
En este proyecto de consolidación se trabajaron dos niveles
de integración de sistemas: Uno al nivel de los cuartos locales
de control y el otro al nivel del edificio de control central; que
involucró el uso de más de 150 switches de red.
Al nivel de los cuartos de control locales había la necesidad
de integrar a los DCS’s los distintos subsistemas de monitoreo
y control, tales como: gobernadores de turbinas, estaciones
maestras de válvulas motorizadas, monitores de vibración,

4. sistemas de protección ICS, y otros similares. Para esto se
adoptó un esquema en el cual se adicionaron a los DCS’s
nuevos procesadores de control dedicadas principalmente a
proveer módulos de interfaces seriales, y módulos de señales
discretas en los casos que había necesidad de incorporar mayor
número de señales de campo.
Figura 4. Esquema de integración de subsistemas
La integración al nivel del edificio de control central se
hizo de una manera particular para poder enlazar sistemas muy
diversos, tales como: estaciones de ingeniería, relojes de
sincronización satelital, bases de datos en tiempo real,
servidores de aplicaciones avanzadas, circuitos cerrados de
televisión, y sistemas de voz y datos. Esta necesidad fue
resuelta instalando una red redundante de última generación,
como una red de datos operativa que está disponible para
utilizarse en distintas funciones con diferentes escalas de
prioridad y ancho de banda.
E. Seguridad Informática o Ciberseguridad
Figura 6. Esquema de seguridad de redes
Con la incorporación de la red datos operativa antes
mencionada, y el hecho de que la actualización de los DCS
conllevó el paso a plataformas basadas en redes con sistema
operativo Windows, hubo necesidad de prestar especial
atención a la seguridad informática para los diferentes sistemas
instalados por el proyecto. Para ello se dispuso de firewalls
entre las redes de control y la red de datos operativos, y entre
ésta y la red corporativa como se ilustra a continuación.
También se adoptaron nuevas prácticas, procedimientos y
normas dentro de una guía y directrices corporativas para el
manejo de la seguridad en las redes de control industriales.
F. Implementación de Control Avanzado
A partir de unas experiencias previas con la tecnología de
control multi-variable predictivo, que se habían tenido a
comienzos del milenio, se trazó un programa de
implementación progresiva de aplicaciones de control
avanzado para los procesos de destilación de crudo, los
procesos de craqueo catalítico y los procesos de tratamiento de
hidrocarburos. Este programa, que genera beneficios
económicos sustanciales gracias a la mayor estabilidad de las
plantas, el mejor control de la calidad de los productos y la
mayor eficiencia energética, se conformó como uno de los
elementos claves del proyecto de consolidación porque no
solamente contribuyó de manera considerables a la ecuación
financiera del proyecto, sino que facilitó la optimización que
permitió que un mismo operador pudiese manejar secciones de
procesos más amplias.
El desarrollo de este programa tiene sus propias
características y experiencias que están presentadas en forma
más detallada en otra conferencia del autor [“Un programa
dentro de un proyecto”].
IV. RESULTADOS ACTUALES Y FUTUROS
Con la consolidación de la operación de la refinería lograda
se ha conseguido una estructura de funcionamiento más
unificada que permite a los operadores, trabajando en un
ambiente confortable y seguro, concentrarse en el comando de
las unidades de proceso operando en forma integrada con los
grupos de planeación de la producción.
En la medida que la operación de las otras unidades de
proceso, de los proyectos en curso y futuros, sean llevadas al
nuevo centro de comando se podrán obtener mayores grados de
optimización de la producción de la refinería.
Este ejemplo de consolidación constituye un gran ejercicio
del empleo de diversas tecnologías de automatización,
combinado con otras disciplinas de manejo del cambio, que
puede brindar muchos puntos de referencia para trabajos
similares en otras industrias.
RECONOCIMIENTO
El sueño que era esta iniciativa de consolidación no sería
hoy una realidad sino se hubiese contando con el compromiso
y el trabajo arduo del equipo del proyecto, y de muchos
operadores, técnicos, ingenieros y dirigentes de la Refinería de
Barrancabermeja, al igual que el apoyo y guía del
Vicepresidente de Refinación y Petroquímica de la compañía
ECOPETROL S.A.