Posicionamento da Unidade de Remoção de Sulfato no Sistema de Tratamento de Água de Injeção em Relação à Torre Desaeradora

Com o conhecimento da importância atual do processo de remoção de sulfato, uma outra questão relevante e complicada é levantada: o posicionamento da unidade de remoção de sulfato (URS) no módulo de tratamento de água de injeção. Basicamente, há duas opções para o posicionamento desta unidade. A primeira, mostrada na figura 4.6, apresenta a URS à montante da torre de desaeração.

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Figura 4.6. Tratamento de água do mar com URS à montante da desaeradora. Fonte: GATE KEEPER (2010)

Esta configuração favorece o processo em si. As membranas da unidade de remoção de sulfato funcionam melhor com menores temperaturas da água salgada, enquanto água morna é desejável para a desaeradora. Os trocadores de calor entre a URS e a desaeradora usam a água do mar para refrigerar a corrente de produção, eliminando portanto a necessidade de uma série de permutadores de calor apenas para esta função, reduzindo o tamanho da planta do sistema. Assim sendo, os topside coolers estão no posicionamento ideal para esta configuração, onde água gelada do mar entra na unidade de remoção de sulfato e água quente entra na desaeradora. Pode ser necessário o uso de antiespumantes para tratamento de espumas na desaeradora.

Além da menor planta de processo devido aos trocadores de calor melhor posicionados, essa configuração minimiza também o peso e o espaço do sistema de injeção de água na plataforma. Isso acontece porque os equipamentos e tubulações anteriores à URS precisam ser 33% maiores que os equipamentos e tubulações posteriores à mesma, devido ao volume referente à corrente de rejeição. Assim sendo, menor parte das tubulações e equipamentos deve ser projetada para tamanha carga.

Entretanto, ao utilizar-se a URS à montante da torre desaeradora, não se obtém uma configuração otimizada em relação às operações. Primeiramente, a água do mar passa pela unidade de remoção de sulfato ainda gaseificada, e portanto, requer custos adicionais consideráveis para evitar corrosão. Além disso, a água salgada gaseificada contém também bactérias aeróbicas, que tendem a produzir sólidos que podem entupir as membranas. Mesmo com o tratamento através de biocidas, altamente recomendável, a vida útil das membranas é reduzida consideravelmente, passando a ser de algo em torno de dois ou três anos, e essa operação de substituição de membranas é extremamente cara. Por fim, é comum o uso de hipoclorito à montante das bombas de

74 captação da água do mar, com o intuito de controlar microorganismos e bactérias. Como as membranas da URS degradam-se rapidamente conforme são expostas a cloro livre, tornam-se necessários tratamentos adicionais prévios à unidade de remoção de sulfato, encarecendo novamente o projeto.

A segunda configuração de posicionamento da URS é mostrada na figura 4.7, a seguir.

Figura 4.7. URS posicionada à jusante da torre desaeradora. FONTE: GATE KEEPER (2010)

Esta configuração, onde a unidade de remoção de sulfato é posicionada à jusante da desaeradora, é caracterizada por privilegiar a operação, e não o processo. A água do mar que entra na URS já é desaerada, facilitando o controle de incrustação causada por bactérias. Além disso, a vida útil das membranas em instalações com esta configuração é de no mínimo quatro anos, usualmente passando disso. Adicionalmente, não há a necessidade de remover os cloros livres antes da chegada da água desoxigenada à URS.

As vantagens supracitadas desta configuração são relacionadas à operação. As desvantagens, por sua vez, são relacionadas ao processo. O posicionamento dos topside

coolers, por não ser ideal, pode levar à instalação de um permutador de calor anterior à

desaeradora, se esta for mais importante que a URS. Adicionalmente, a torre desaeradora precisa ser 33% maior, para conseguir lidar também com a corrente a ser rejeitada pela URS. Isto pode ser um problema especialmente para unidades flutuantes de produção, como FPSO’s, onde as tolerâncias de peso e espaço são limitadas. Outras desvantagens incluem limitações a respeito dos biocidas utilizáveis, possível restrição da utilização de torres de gas stripping e baixa pressão da água que sai da desaeradora, obrigando o uso de bombas para adicionar carga à mesma.

Tendo em vista os aspectos observados, a configuração onde a URS está à montante da torre desaeradora é mais indicada para plataformas onde há certas limitações de espaço e peso. Por outro lado, em instalações onde peso e espaço não são

75 problemas, a utilização da URS à jusante da desaeradora é mais recomendada devido aos menores custos operacionais.

4.4.1 Posicionamento de URS e Torre Desaeradora nas FPSO’s P-58 e na OSX-2

Como exemplo dos diferentes esquemas de posicionamento desses dois equipamentos, temos as FPSO’s P-58 e a OSX-2. A Petrobras fechou contrato com o grupo Queiroz Galvão para construção da P-58 em dezembro de 2010, num valor de US$ 543,6 milhões, com capacidade de processamento de 180 mil barris de óleo por dia. Nesta plataforma, as bombas de evelação da água salgada puxarão esta e a direcionarão aos filtros de filtragem grosseira de partículas maiores que 25 µm. Haverá uma injeção de produtos químicos à montante (biocidas) e à jusante (biocidas, sequestradores de cloro e inibidores de incrustação) desse conjunto de filtros.

Em seguida, o fluxo da água passará por um conjunto de filtros finos, para remoção de partículas de tamanho superior a 5 µm. À jusante destes filtros, um conjunto de boosters fornecerão carga ao fluxo para entrar na URS, composta por três trens de membranas, e posteriormente para a desaeradora. O Utility Flow Diagram (UFD) da P- 58 encontra-se no Apêndice, como Anexo I.

A OSX-2, que por sua vez será capaz de processar cerca de 100 mil barris de óleo por dia, terá a desaeradora à montante (upstream) da unidade de remoção de sulfato, como pode ser visto pelo Anexo II – Process Flow Diagram (PFD) da OSX-2 – no apêndice. Após a passagem da água pela filtração grosseira, esta passará pelos filtros tipo cartucho e irá para a desaeradora, e por fim, para a URS através de bombas. Haverá a injeção de biocidas, inibidores de incrustação e sequestradores de cloro na saída da torre de desaeração a vácuo, antes de passar pelas bombas.

Assim sendo, é razoável dizer que a esquematização da OSX-2 favorecerá a operação, enquanto o esquema da P-58 favorecerá o processo. É ainda possível concluir que a OSX-2 contemplará maiores custos com as tubulações e com a torre desaeradora. Em contrapartida, a água entrará já desaerada na URS, aumentando a vida útil das membranas de nanofiltração, bem como diminuindo gastos com biocidas para controlar incrustação por bactérias. Por outro lado, a P-58 economizará espaço e peso na plataforma ao utilizar a URS à montante da desaeradora, fazendo com que o tamanho desta seja até 33% menor do que seria necessário caso esta estivesse posicionado à montante da unidade de remoção de sulfato.

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4.4.2 P-51 e sua URS

Em novembro de 2004, a Petrobras fechou contrato com a VWS Westgarth, multinacional especialista em soluções de tratamento de água na indústria de petróleo e gás. Este contrato referiu-se ao projeto de fornecimento de uma planta de tratamento de água adequada à capacidade de 283.020 bpd de água e ao fornecimento da unidade de remoção de sulfato à Petrobras-51 pela VWS.

O esquema proposto pela VWS incluía filtros grosseiros, desaeradora a vácuo, bombas de alimentação, filtros tipo cartucho, URS, sistemas de limpeza e dosagem de produtos químicos, além de válvulas de controle.

O processo do tratamento de água na P-51 é dado, portanto, primeiramente pela filtragem grosseira (coarse), que filtra partículas menores que cerca de 50 µm. Em seguida, o fluxo de água tem oxigênio removido pela desaeradora a vácuo, passando posteriormente pelos filtros cartuchos, retendo partículas maiores que 5 µm.

Essa água desaerada e filtrada é puxada pela bomba centrífuga (booster) para a entrada nos trens de remoção de sulfato, passando pelo processo de nanofiltração executado pelas membranas. A corrente rejeitada pelas membranas é descartada, enquanto a corrente permeável segue para trocadores de calor tipo placas e em seguida é desaerada, novamente, a vácuo. Equipamentos de Clean in Place (CIP), incluindo tanques de limpeza, bombas, aquecedores e vasos de filtros, são responsáveis pela limpeza das membranas de nanofiltração.

A VWS Westgarth foi, portanto, responsável pelo fornecimento da unidade de remoção de sulfato e pelo projeto de tratamento de água da FPSO P-51, com capacidade de processamento e remoção de sulfato de 283.020 barris de água por dia, com uma eficiência de 75%, resultando numa água com qualidade de menos de 100 mg de sulfato por litro de água. A figura 4.8 ilustra uma URS fornecida pela VWS Westgarth, similar à utilizada pela P-51.

Figura 4.8. Unidade de Remoção de Sulfato (URS). Fonte: VWSWESTGARTH.COM

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CAPÍTULO 5 – CONSIDERAÇÕES FINAIS