Módulo de Armazenagem de GNL

O sistema de armazenagem de GNL é constituído, duma forma geral, pelos seguintes componentes:

• Reservatório criogénico e respetivos equipamentos de segurança; • Instrumentação;

• Vaporizador de pressurização; • Filtro;

• Válvulas de corte; • Tubagens.

35 Reservatório criogénico

Os reservatórios das UAG’s, em oposição aos tanques de armazenagem dos terminais, são equipamentos sob pressão, isto é, operam a uma pressão consideravelmente superior à atmosférica. Habitualmente, a pressão de serviço dos reservatórios é da ordem dos 6,0 bar. [34]

A capacidade unitária dos reservatórios têm um range enorme que pode chegar aos 160 m3. Contudo para o presente estudo que incide nas micro-UAG’s, é considerado que estas unidades apresentam valores iguais ou inferiores aos 60 m3 podendo chegar aos 2m3. A capacidade de armazenagem de uma UAG depende, obviamente, da capacidade unitária dos reservatórios e do número de reservatórios instalados. As micro- UAG’s são constituídas por apenas um reservatório.

Não existem muitas referências no que respeita à taxa de boil-off (causado por aquecimento e evaporação do GNL) destes reservatórios. No entanto, admite-se que num reservatório sem consumo carregado com GNL a 80% a pressão não possa subir mais que 0,5 bar diariamente. [34]

Os reservatórios de GNL das UAG’s podem ter diferentes geometrias, no entanto o mais usual é serem cilíndricos horizontais. São constituídos por:

• Reservatório interior (recipiente), normalmente em aço austenítico inoxidável é suportado através de elementos constituídos à base de resina sintética com rigidez e resistência térmica adequadas;

• Reservatório exterior (envolvente), normalmente em aço carbono; • Isolamento (espaço anelar).

O projeto de um reservatório deste tipo é baseado em códigos de construção internacionalmente reconhecidos, adequados para equipamentos sob pressão. Estes códigos selecionam materiais de acordo com o tipo de serviço do reservatório (temperaturas) e calculam a espessura de acordo com a pressão de cálculo. A pressão de

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cálculo leva em consideração a pressão máxima de serviço (fase gás), a pressão hidrostática e o tipo de isolamento.

O projeto e fabrico dos reservatórios criogénicos, dos vaporizadores e dos equipamentos auxiliares devem cumprir o disposto no Decreto-Lei n.º 211/99, de 14 de Junho. Os materiais usados no fabrico do reservatório interior e juntas devem satisfazer os requisitos de qualidade e segurança exigidos para a utilização de GNL. [34]

O isolamento entre os reservatórios exterior e interior pode ser conseguido por uma das seguintes soluções:

• Câmara de vácuo;

• Interposição de material isolante térmico, normalmente é perlite; • Solução mista resultante da conjugação das duas soluções anteriores.

Quando se trata de um reservatório com isolamento por vácuo, o reservatório exterior é equipado com um sistema de proteção capaz de eliminar qualquer sobrepressão que possa criar-se na câmara de isolamento (representado no diagrama da figura 3.2 pelo quadro (2)). Este sistema deve funcionar por perda de vácuo, de modo que não seja possível atingir-se na camara de isolamento uma pressão superior a 1,0 bar. Nestes casos não devem existir uniões roscadas ou acessórios de ligação no interior da câmara de isolamento. [33]

O sistema deve funcionar a uma pressão inferior à menor das duas:

• Pressão de cálculo do reservatório exterior; • Pressão de 100 kPa.

Os reservatórios devem ser dotados de equipamentos, devidamente certificados, que garantam a sua segurança e o seu bom funcionamento, nomeadamente:

• Válvulas de segurança; • Indicadores de nível;

37 • Indicadores de temperatura;

• Manómetros, em contacto com a fase gasosa, com marcação da pressão máxima de serviço ou da pressão de disparo da válvula de segurança;

• Dispositivo de verificação das condições de vácuo; • Tubagens de ligação;

• Linha de carga inferior (fase líquida); • Linha de carga Superior (fase gasosa); • Linha de saída de GNL a consumo.

Os equipamentos auxiliares, qualquer que seja a sua posição no reservatório, devem:

• Apresentar garantias de segurança não inferiores às do reservatório interior; • Ser construídos com materiais compatíveis com a utilização de GNL; • Suportar o ensaio de pressão do reservatório;

• Funcionar à temperatura mínima de serviço;

• Suportar as dilatações e contrações devidas à variação de temperatura e às vibrações. [33]

Os elementos de fixação, bem como as juntas dos equipamentos auxiliares no reservatório, devem ser de materiais resistentes à corrosão e compatíveis com a temperatura mínima de serviço. As uniões desmontáveis das tubagens devem ser feitas por acessórios de ligação. [33]

Sistema de trasfega

O processo de trasfega pode fazer-se de duas formas:

• Através de um diferencial de pressão - as cisternas têm uma picagem na geratriz inferior por onde sai o GNL que ao passar por um permutador de calor atmosférico, instalado na UAG, passa a fase gasosa. O GN retorna à cisterna por uma picagem na geratriz superior (fase gás) através de um processo ocorre em circuito fechado onde o fluxo de calor no permutador atmosférico provoca a

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evaporação de GNL e consequente aumento de pressão na cisterna. A trasfega pode então processar-se por diferença de pressões entre a cisterna e o reservatório da UAG que pretendemos abastecer quando a pressão da cisterna for superior. [35]

• Com o auxílio de uma bomba – neste caso o processo realiza-se num circuito de uma via onde é possível combater diferenciais de pressão negativos entre o reservatório e a cisterna com o trabalho da bomba. (como representado no diagrama da figura 3.2) [35]

De qualquer forma o gás natural pode abastecer o reservatório pela linha de carga inferior (entra na fase líquida) e pela linha de carga superior (entra na fase gasosa) através de chuveiros. A utilização dos chuveiros permite baixar a pressão no interior do reservatório, promovendo a condensação de fase gasosa. [35]

Válvulas de Segurança

O reservatório interior deve estar protegido por válvulas de segurança, colocadas na fase gasosa, em comunicação permanente com o interior do reservatório. A saída das válvulas deve estar dirigida de forma a que, em caso de descarga, não afete pessoas ou bens que possam estar próximos, minimize danos ao ambiente e não danifique os elementos estruturais do reservatório. Uma das válvulas deve estar tarada à pressão máxima de serviço e estar projetada de modo a evitar que a pressão ultrapasse 110% da pressão máxima de serviço. [33]

A segunda válvula de segurança deve ser tarada para um máximo de 130% da pressão máxima de serviço e ser capaz de aliviar, conjuntamente com a primeira válvula, a uma pressão de 130% da pressão máxima de serviço. [33]

As válvulas de segurança devem estar instaladas de forma que estejam em comunicação permanente com a câmara de fase gasosa do reservatório, no seu ponto mais alto. São colocadas em duplicado e de forma que um par esteja sempre operativo e que não seja possível o seu bloqueio por formação de gelo. Todas as válvulas devem ser

39 seladas, e estarão taradas de forma que não possibilitem a sua abertura a uma pressão não superior à pressão máxima de serviço. [33]

Caso exista um sistema de segurança duplo, de quatro válvulas, este pode ter um sistema de válvulas de seccionamento (válvula de três vias) que permita isolar um dos sistemas, deixando o outro em serviço (representado no diagrama da figura 3.2 pelo quadro (1)). [33]

A extremidade do coletor de descarga tem de estar colocada a uma altura nunca inferior a 3 metros em relação ao nível inferior da bacia de retenção. Será colocada numa direção horizontal de acordo com os ventos predominantes locais. As válvulas de segurança devem estar providas de quebra-chamas e não é permitida a utilização de válvulas de peso morto ou de contrapeso. [33]

Distâncias de segurança

Segundo o Regulamento apresentado na Portaria 568/2000 de 7 de Agosto têm de ser cumpridas as seguintes distâncias aos reservatórios consoante o tipo risco e a capacidade unitária do respetivo reservatório:

Tabela 3.1 Distâncias de segurança (metros)

Tipo de Riscos V - Capacidade unitária dos reservatórios (em metros cúbicos) 0,45<V≤5 5<V≤20 20<V≤60 60<V≤200 200<V≤300 Edifícios habitados 7,5 10 12,5 15 15 Edifícios ocupados 5 10 15 Fogos e equipamentos elétricos 5 10 Depósitos de materiais inflamáveis aéreos 5 10 Depósito de materiais inflamáveis subterrâneos 5

Vias públicas, estradas e

caminhos-de-ferro 5 10 15 25 30

Instalações com perigo de

incêndio 8 10 15 25 30

Chamas controladas 7,5 10 15 25 30

Projeção vertical mais

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Todas as distâncias de segurança devem ser medidas a partir da projeção horizontal do reservatório mais próximo.

Os reservatórios só podem ser instalados no exterior dos edifícios, não sendo permitida a sua colocação sob edifícios, linhas elétricas, pontes e viadutos. Devem ser facilmente acessados pelos bombeiros.

Os reservatórios criogénicos com capacidade superior a 50 m3 devem ser instalados numa bacia de segurança, como proteção contra derrames acidentais. As bacias de segurança podem ser construídas por barreiras naturais, diques ou muros de contenção e devem ser dimensionadas para resistir às ações mecânicas, térmicas ou químicas do produto armazenado.

As dimensões das bacias de segurança e as alturas das suas paredes devem cumprir a seguinte fórmula:

𝑥 ≥ 𝑦 + 𝑃 10𝛾

,em que P é igual à pressão máxima de serviço na fase gasosa em Pa, 𝛾 é igual ao peso específico do líquido no ponto de ebulição à pressão atmosférica em kg/m3; y é igual à distância máxima em metros entre o nível máximo de líquido e um possível ponto de derrame do líquido, designadamente nos equipamentos auxiliares, conforme se encontra indicado na figura 3.1, x é a distância, em metros da parede exterior do reservatório à parede interior da bacia, conforme se encontra indicada na figura 3.1 e h é igual à altura da bacia, em metros, conforme se encontra indicada na figura 3.1.

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Figura 3.1 Distâncias da bacia de segurança [33]

Roll-Over

O GNL tem a particularidade de poder estratificar no interior de um reservatório. Esta estratificação consiste na formação de camadas sobrepostas com densidades diferentes. As transferências de calor através das paredes do reservatório, entre camadas de GNL sucessivas e a transferência de calor e massa na superfície de interface GNL/GN provocam uma contínua uniformização das massas específicas. No momento em que as massas específicas das duas camadas se tornarem iguais estas misturam-se. A este fenómeno chama-se ‘roll-over’, tendo como consequência habitual um aumento brutal da taxa de evaporação e consequente boil-off do reservatório. Esta evaporação brutal faz aumentar a pressão no interior do reservatório podendo provocar disparos das válvulas de segurança (contra sobrepressões). Se, porventura, as válvulas de segurança estiverem subdimensionadas poderão registar-se deformações permanentes no reservatório. [36]

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Instrumentação do reservatório

Os parâmetros necessários para o controlo do reservatório, são:

• Pressão interior do reservatório tomada mediante um manómetro e um transmissor de pressão, que envia o valor da pressão do reservatório para o sistema de controlo isolamento (representado no diagrama da figura 3.2 pelo quadro (3)); • Nível de GNL no reservatório tomado mediante um indicador de nível e sua

transmissão para o sistema de controlo isolamento (representado no diagrama da figura 3.2 pelo quadro (3));

• Nível de vácuo na camara de isolamento entre os reservatórios interiores e exteriores a qual se avalia através da ligação;

Pressurização rápida do reservatório (PPR)

O reservatório tem um equipamento de pressurização auxiliar constituído por um vaporizador atmosférico denominado PPR (representado no diagrama da figura 3.2 pelo quadro (4)). O circuito do vaporizador é ativado pelo sistema de controlo quando é detetada uma pressão inferior à pressão mínima de funcionamento do reservatório. Em seguida, o gás líquido do reservatório passa pelo vaporizador atmosférico, aumenta o seu volume e volta a ser injetado no reservatório na fase de gás. Desta forma, consegue- se elevar a pressão do reservatório. [31]

No diagrama a figura 3.2 está representado o módulo de armazenagem de um projeto real (cedido pela ‘DouroGasnatural’) que procura promover uma elucidação do circuito hidráulico assim como dos elementos necessários ao seu bom funcionamento que são referenciados e desenvolvidos ao longo deste capítulo.

43 Diagrama do módulo de armazenagem

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