Chris Bamber, Yokogawa Middle East & Africa B.S.C.(c)
Introduction
Maintaining a safe and stable plant is the objective of everyone involved in the manufacturing process. As Peter Drucker once said, "A well-managed plant is silent and boring," but it actually takes a lot of work and effort to ensure this is the case.
Alarm management in the plant is not just another project that gets executed, but it is a philosophy, a way of life just like safety. We don't ever enter the process area without wearing PPE, so why work in an environment where there is no strategy for alarm handling? The alarm management system is one of the most important aspects of the plant and, like everything else, it must be maintained to meet the ever-changing needs of the plant.
In the early days of control systems, before the Distributed Control System (DCS) became commonplace, configuration of alarms used to be done through mechanical means with annunciators, light boxes, etc. Now with the advent of the DCS, the cost of making extra alarms available has significantly reduced as it can be mostly done by software. However, the operator still becomes overwhelmed with unnecessary alarms if the control system design is not approached correctly.
To fully understand the purpose of the alarm management system, we must look at the basic meaning of what an alarm actually is.
- Anything that requires an operator to take an action to maintain safety and integrity of the process
- An alarm is designed to prevent or mitigate process upsets and disturbances
Most alarm problems exist because the above criteria are not met. Understanding this definition is key to implementing a successful alarm management system. Alarm rationalization is a process of optimizing the alarm system for safe operation by reducing the number of alarms, reviewing their priority, and validating their alarm limits. By undertaking such steps, we help reduce the workload of the operators and promote a safer working environment within the plant, and when a plant upset does occur, more visibility is available on the alarms that really matter.
As highlighted previously, alarm management is not just a project that has a start and end date; it's a continuous cycle. Once the alarm system has been reviewed and improvements have been identified, we must check that controls are in place to ensure the alarm system remains functional. The key is to ensure that the system is continuously monitored and any changes are fully documented. It is essential that any initiatives regarding alarm management have management support available, otherwise little improvement will be made in reducing the alarm counts and improving overall safety and improvement in the process.
Seven Key Steps for Alarm Management
There are seven key steps for alarm management. Rationalization is one of those critical steps.
- Alarm Philosophy Creation
The alarm philosophy document is critical and, without it, there can be no way to implement a successful alarm management system. This document forms the basis of the overall design guidelines and will record all the expected KPIs that will be used to measure the success of the alarm management system. The alarm philosophy should also cover the design of the interface to the operator so the graphics are clear and upsets are easy to spot etc. - Alarm Performance Benchmarking
To measure the success of any alarm management system, we must know how big the alarm problem is that is currently being experienced. How many alarms are being generated per day, how many alarms does the operator handle on an hourly basis, what are the deficiencies we currently have in the control system? These are all valid questions and benchmarking is the starting point. Perhaps even performing a HAZOP-like study at this stage would be advantageous. - Bad Actors Resolution
Most alarms in the control system come from relatively few sources, and checking these and fixing them will make a big difference to the overall alarm count. Reviewing the Top-10 list helps to keeps it under control. Yokogawa's Exaquantum/ARA software can provide this list on a daily basis by email or, by using Yokogawa's Exaplog alarm/event analysis tool, we can manually extract the bad actors. - Documentation/Rationalization
The most important step of the alarm rationalization process is to ensure that each change is documented and the alarm changes comply with the alarm philosophy. Alarms can be eliminated completely by re-engineering in the DCS or adopting suppression techniques. - Audit/Enforcement
Once the rationalization is done, the hard work is not over! Without proper change management controls in place the alarm system will slip back into its old ways. Consider adopting a Management of Change (MOC) approach to the alarm system to ensure all changes are tacked. Exaquantum/AMD can also help by identifying changes to the alarm settings and, if required, the optimal settings can be enforced automatically. - Real Time Alarm Management
For day-to-day operations, we should adopt alarm management techniques that will support rather than hinder the operator by providing Alarm Shelving, state based alarming or other alarm suppression technologies. - Control & Maintain Performance
Continued compliance to the alarm philosophy is crucial by continuously monitoring the alarm KPIs and making any required changes through a MOC type procedure. Nominate an "alarm champion" that will oversee and manage day-to-day issues. Remember that alarm management is not a one step process.
Alarm Rationalization: Finding the Bad Actors
A general approach of alarm management and the steps required to implement a successful alarm management strategy was addressed in Part 1. Now, we explore the concept of alarm rationalization. As discussed earlier, the best starting point is to look at how big of an alarm problem we actually have. We can also use this as a baseline to track progress for the future. The first item to address is our "bad actors." That is the alarms that are causing the most issues within the process. Eliminating the top ten of these alarms will make a big improvement in the overall alarm count in a short period of time. The bad actors can be obtained easily by using Yokogawa's alarm/event analysis software tool, Exaplog, or its alarm reporting and analysis software, ExaquantumARA. These tools should be run and the results reviewed on a regular basis. In Exaplog, a report can be manually run when needed, and in ARA, a report can be generated automatically and sent via email. The bad actor list in the table on the left is an example of a plant before alarm rationalization was started.
The alarm counts for the first three tags in this list were exceptionally high and were all found to be caused by an input open (IOP) error, which in most cases is related to a communication issue in the field, a hardware issue with the transmitter itself, or possibly an incorrect alarm threshold setting.
In this case, all of the concerned transmitters were connected to a faulty fieldbus segment. Replacing a fieldbus component cleared the problem and suddenly there were no more alarms. This immediately made a big impact on the alarm count.
The following table can be used as a general reference for help in troubleshooting different alarm types in a Yokogawa CENTUM system.
Alarm by Condition
It is always best to remember that just because the alarm count is high for a particular tag, there may be a logical explanation for it, and the tag should not just be suppressed because it's a nuisance to the operators. This first stage of alarm rationalization is called "Fundamental Nuisance Alarm Reduction" (FNAR).
Running a report for the bad actors and displaying the condition is recommended, as it can be filtered for the different conditions, plant areas and even down to an individual unit.
After looking at the bad actors we can also look at the "chattering alarms." The EEMUA#191 alarm standard specifies that a chattering alarm is a tag that goes into alarm and normal again more than five times in a 60-second period. In most cases, these chattering alarms could be caused by incorrect alarm limits. As part of the rationalization, the chattering alarms should be looked at closely and the limits reviewed accordingly.
Familiarization with the EEMUA#191 guideline and the ISA18.2 standard are important to understanding alarm rationalization, alarm management and the key performance indicators. The EEMUA#191 guideline is a detailed specification of alarm management and goes down to the detail of providing guidance of how DCS mimic displays should look and what type of furniture to use in the control room to make the operators more comfortable during their shifts. All Yokogawa alarm management based products were initially based on the EEMUA#191 guideline and are being applied to the ISA18.2 standard. In the ideal world, EEMUA#191 recommends no more than one alarm per operator every 10 minutes. That would be quite an achievement and is a rare occurrence. A big difference can be made the bad actors list; to identify them, and eliminate them. Making the review of the bad actors list part of the daily activities is a work process well worth the effort. Otherwise, your effort will be wasted and soon those alarms will be coming back again!
Industrias
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Altamar (FPSO, FSRU y FLNG)
La exploración y producción en altamar requiere máximo tiempo de funcionamiento en condiciones muy duras. Las instalaciones tripuladas y no tripuladas necesitan sistemas integrados de control y seguridad (ICSS) fiables con capacidades avanzadas de monitorización remota. Yokogawa cuenta con tecnología de última generación y una amplia experiencia en la ejecución de proyectos en altamar de todos los tamaños y niveles de automatización de complejidad.
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En cubierta
Al igual que su equivalente en tierra, el procesamiento y manejo en cubierta en las plataformas de producción preparan hidrocarburos extraídos para transportación. Yokogawa ofrece soluciones de control integrado y de monitoreo que maximizan la productividad y la disponibilidad de las operaciones en cubierta.
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Exploración, desarrollo y producción
La industria de exploración, desarrollo y producción incluye actividades en altamar y terrestres, como la automatización de bocas de pozo, el fraccionamiento, la terminación y la separación para recuperar y preparar petróleo crudo y gas natural subterráneos o submarinos.
A medida que el petróleo es llevado a la superficie, debe ser separado antes de su transportación. Las etapas de separación primaria y secundaria distribuyen comúnmente el flujo de gas, el flujo de agua y el flujo de aceite en tres fases. El movimiento del gas requiere ductos y puede incluir un procedimiento de fraccionamiento en la etapa de exploración, desarrollo y producción antes de su desplazamiento. Los líquidos se pueden colocar en tanques o tuberías y ser enviados para su procesamiento, que requieren mediciones de nivel precisas.
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Petroquímica
Las necesidades de las empresas petroquímicas son muy diversas. Para salir adelante en el mercado altamente competitivo de hoy, los productores se esfuerzan por mejorar la calidad y la productividad. Yokogawa ofrece soluciones a su medida para estas necesidades con base en su larga y amplia experiencia en este campo.
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Petróleo y gas
Yokogawa posee un caudal de experiencia en cada parte del negocio del petróleo y el gas, desde instalaciones en altamar y terrestres hasta ductos, terminales y operaciones en aguas profundas. Proveemos soluciones que mejoran la seguridad, garantizan una operación precisa y confiable y aumentan la eficiencia de la planta.
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Procesamiento y fraccionamiento
El procesamiento de gas natural está diseñado para controlar el punto de condensación del flujo de gas natural y separar los líquidos de gas natural para la venta y distribución. La eliminación de petróleo y condensados, la eliminación de agua, la separación de líquidos de gas natural y la eliminación de azufre y dióxido de carbono son procesos que se emplean para separar las impurezas en el alimentador que proviene de los yacimientos aguas arriba. En el proceso de fraccionamiento se extraen los efluentes líquidos de la planta de procesamiento de gas, que pueden estar compuestos de metano, propano, butano y pentano, para ser tratados en columnas de fraccionamiento separadas, y posteriormente pueden pasar a una planta de tratamiento de impurezas antes de ser vendidos como componentes separados.
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Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO)
La unidad de Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO) es una planta de producción flotante en altamar que almacena tanto el equipo de procesamiento como los hidrocarburos producidos. Las unidades de Producción flotante, almacenamiento y descarga (FPSO) son utilizadas por las compañías petroleras para lograr que sea económicamente viable producir petróleo en zonas remotas y en aguas más profundas.
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Química
Las plantas químicas dependen de procesos de producción continua y por lotes, cada una de los cuales impone diferentes exigencias para un sistema de control. Un proceso continuo exige un sistema de control robusto y estable que no falle y provoque el cierre de una línea de producción, mientras que en un proceso por lotes el énfasis se centra en tener un sistema de control que permita una gran flexibilidad para realizar ajustes a fórmulas, procedimientos y otros elementos. Ambos tipos de sistemas necesitan ser administrados en el historial de calidad del producto disponible, así como tener la capacidad de ejecutar operaciones no rutinarias. Con el respaldo de su extenso portafolio de productos, un equipo de experimentados ingenieros en sistemas y una red global de ventas y servicio, Yokogawa ofrece una solución para cada proceso productivo.
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Refinación
En el siempre cambiante mercado, las refinerías no solo son vistas como unidades de procesamiento de crudo, sino también como centros de beneficios. Al mismo tiempo, hay una clara conciencia de la necesidad de la seguridad en este tipo de instalaciones. Una solución de la producción total que abarca la planificación, programación, administración y control es necesaria para lograr los objetivos a largo plazo para la rentabilidad, la eficiencia y la protección del medio ambiente. Con años de experiencia en el campo de la automatización, Yokogawa puede traer soluciones totales accesibles para mejorar la operatividad y un mundo más limpio.
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Refinación, procesamiento y almacenamiento de petróleo y gas
Gracias a sus innovadoras plataformas tecnológicas y su ejecución líder en la industria, Yokogawa tiene buena reputación en el mercado global como socio en soluciones pionero en la integración de tecnologías para todos los aspectos del ecosistema de petróleo y gas, desde el yacimiento hasta la empresa. Soluciones comprobadas que incluyen modelado de negocio predictivo, optimización de plantas y plataformas de automatización altamente confiables están apoyando a los operadores de refinación, procesamiento y almacenamiento a dirigir sus negocios con niveles de eficiencia óptimos. Yokogawa está ayudando a sus clientes a desarrollar sus estrategias de automatización, para garantizar años de utilización de activos altamente eficaz y sostenibilidad.
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Submarino
Los sistemas de producción submarinos se encuentran a diferentes profundidades en el fondo del mar. A medida que se extrae el hidrocarburo, este puede ser enviado a una plataforma de producción en altamar existente, o por medio de líneas que se pueden atar a las instalaciones en tierra para su procesamiento. Varios tipos de tecnología de equipo de perforación pueden perforar los pozos, y el aceite extraído así como el gas natural se transportan a la superficie a través de un tubo ascendente. Al igual que en las instalaciones en tierra, las plataformas de producción pueden dar servicio a muchos pozos en un área grande. Los sistemas submarinos extraen y en algunos casos procesan los hidrocarburos antes del transporte.
Yokogawa ofrece soluciones integradas de control y monitoreo que maximizan la productividad del submarino, de la marina y las operaciones en cubierta mientras se mantienen en un ambiente seguro.
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Terrestre
La industria de exploración, desarrollo y producción terrestre se enfrenta a exigencias cada vez más altas y mayores desafíos con entornos cada vez más difíciles y hostiles en las que debe funcionar.
A medida que las oportunidades de los recursos de gas natural no convencionales, en particular el gas de esquisto, están creciendo en América del Norte, la solución total de Yokogawa juega un papel importante al ayudar a los clientes a satisfacer los desafíos de reducir tanto el CAPEX como el OPEX, mientras que las tecnologías integradas mejoradas aumentan la producción. Nuestra experiencia global y local constituye la base de nuestras soluciones totales únicas para satisfacer las necesidades de esta industria. Con expertos en exploración, desarrollo y producción terrestre que trabajan en oficinas por todo el mundo, ofrecemos un soporte rápido y extenso para satisfacer las demandas de nuestros clientes.
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Transporte, distribución y comercialización de petróleo y gas
La industria de la refinación, comercialización y distribución de petróleo y gas ha estado enfrentando un número cada vez mayor de retos en años recientes. Entre ellos, las características cambiantes de la materia prima a procesar, el envejecimiento de las instalaciones y los equipos de procesos, el creciente costo de la energía, la falta de operadores de planta capacitados que puedan operar una refinería de manera segura y eficiente y los requisitos constantemente cambiantes del mercado y de los clientes.
Con el paso de los años, Yokogawa ha formado alianzas con muchas compañías de refinación, comercialización y distribución para proveer soluciones industriales enfocadas en resolver estos retos y problemas. Las soluciones VigilantPlant de Yokogawa han ayudado a los propietarios de plantas a alcanzar una máxima rentabilidad y seguridad sostenible dentro de sus plantas.
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Tubería
El control de las tuberías y la instrumentación adecuada puede hacer una gran diferencia en términos de desempeño y rentabilidad. Yokogawa ha dedicado tecnología que pueda optimizar el desempeño de todos los elementos de una solución de tuberías, incluyendo compresores, bombas, válvulas y almacenamiento intermedio e instalaciones de distribución.
Productos y Soluciones Relacionadas
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Alarm Analysis (Exaplog)
The new Exaplog event analysis package facilitates the quantitative analysis of problems in the DCS event log. By alternating analysis with alarm setting adjustment and operation sequence tuning, you can continuously improve operational efficiency.
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Alarm Management
Software solutions to help reduce risk and increase safety of plant operations through well-managed alarm systems.
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Sistema de Control Distribuido (DCS)
Yokogawa ofrece una infraestructura operacional crítica para la automatización de procesos. Nuestro sistema de control distribuido (DCS) permite la automatización y el control de los procesos industriales y un mejor desempeño empresarial. Más de 10,000 plantas confían en el DCS de Yokogawa para cumplir con sus objetivos de producción.
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