Por se tratarem de produtos que representam um custo significativo para a indústria do petróleo, este trabalho tem como objetivo apresentar um sistema de dosagem para injeção de desemulsificante no processamento de petróleo com o objetivo principal de gerar economia. O sistema de medição possui uma válvula de controle controlada por um algoritmo PID configurado no CLP, conectado via protocolo de comunicação modbus. Dado que estes produtos químicos representam um custo significativo para a indústria petrolífera, este relatório visa introduzir um sistema de dosagem de injeção de desemulsionante no processo petrolífero, cujo principal objetivo é gerar poupanças.
INTRODUÇÃO
A apresentação do sistema de dosagem para injeção de desemulsificante no processamento de petróleo na plataforma P-43 foi escolhida por ser um tema relevante para o dia a dia da empresa Metroval Controle de Fluidos onde trabalho. O Capítulo 4 apresenta a base teórica descrevendo os principais equipamentos utilizados no sistema de injeção para dosagem do desemulsificador, com foco na rede modbus, que é a rede de comunicação utilizada no elemento de controle final (válvula). O Capítulo 5 apresenta teorias básicas de controle, os principais tipos de ações de controle e a descrição do controle PID utilizado no sistema de injeção e dosagem do desemulsificante.
AS ETAPAS DE PRODUÇÃO DE PETRÓLEO
Após sair do separador de produção, o gás carrega uma quantidade de líquido que deve ser removida antes de chegar ao compressor. A água oleosa a 80°C proveniente do separador trifásico de produção entra em uma bateria de hidrociclones, onde parte do óleo transportado pela água é retirado e reciclado para o sistema de tratamento de óleo. A Figura 2.4 mostra detalhadamente o processo de tratamento da água produzida, após sua saída do separador de produção.
A UTILIZAÇÃO DO DESEMULSIFICANTE EM PLATAFORMAS
Emulsões são definidas como uma dispersão termodinamicamente instável de dois líquidos total ou parcialmente imiscíveis, onde um líquido está disperso no outro na forma de gotículas. A fase da emulsão que se apresenta na forma de gotículas é chamada de fase descontínua, dispersa ou interna, enquanto a fase contínua é chamada de fase externa. Para que a emulsão se forme é necessária a aplicação de energia (agitação) e a presença de agentes emulsificantes, comumente conhecidos como tensoativos ou tensoativos.
Tais tensoativos são asfaltenos, resinas e ácidos naftênicos, entre outros, que possuem a capacidade de migrar na interface óleo-água, gerando emulsões estáveis. Como as fases envolvidas na emulsão são óleo e água, uma forma de classificar as emulsões é dada pela distribuição dessas fases, conforme mostrado na Figura 3.1. Multifásica ou multifásica (A/O/A) – São emulsões nas quais gotículas de óleo dispersas em água possuem gotículas de água em seu interior.
Multi ou multiestágio (O/A/O) – São emulsões nas quais gotículas de água dispersas em óleo possuem gotículas de óleo em seu interior. Na indústria do petróleo, a água é produzida simultaneamente ao petróleo, seja ela proveniente do próprio reservatório (água originalmente presente nos poros da rocha) ou proveniente de injeção de água em projetos de recuperação secundária. A emulsão produzida pela ação cisalhante da água e do óleo em bombas e/ou válvulas possui viscosidade mais elevada que o óleo desidratado.
Da perspectiva da figura acima (3.1), as emulsões geradas em campos petrolíferos são geralmente do tipo mais normal (A/O) e inversa (O/A), com tamanhos de gotículas variando de 0,1 a 50 µm de diâmetro.
O SISTEMA DE DOSAGEM DE DESEMULSIFICANTE
Atualmente, os sistemas de injeção de produtos químicos em plataformas de produção marítima não possuem um sistema de controle preciso para injetar os diversos produtos químicos em uma plataforma. Para um controle preciso sobre o gerenciamento de um sistema de injeção de desemulsificante, com o objetivo de aumentar sua eficiência bem como sua disponibilidade operacional, é importante que o sistema de injeção de desemulsificante possua tecnologia e automação suficientes para otimizar as funções deste sistema. O sistema de injeção de desemulsificante proposto neste trabalho tem como objetivo dosar a quantidade ideal de desemulsificante a ser injetada no vaso de tratamento de óleo P-43.
Portanto, a precisão na medição da vazão do desemulsificante na produção de petróleo é importante e necessária, uma vez que a injeção descontrolada de desemulsificante na produção de petróleo gera desperdício e consequentemente um custo elevado, uma vez que os produtos químicos utilizados são muito caros. Verificações a serem realizadas: tipo de instalação do processo, incorsação, mudança de fase do produto, aterramento, fator de correção de temperatura, necessidade de linha completa, troca de produto, contrafluxo e sistema de limpeza da linha; Além de oferecer boa resolução e alta precisão em baixas vazões, como é o caso do sistema de dosagem do desemulsificante.
Para o sistema de injeção do desemulsificador na plataforma P-43 foi utilizado o totalizador eletrônico CVM-01 em conjunto com o medidor de vazão de deslocamento positivo da série OI-MV Metroval. Os totalizadores possuem circuitos adequados para recepção, condicionamento e processamento dos sinais de entrada para desempenhar funções auxiliares no controle e monitoramento do sistema de injeção. O tipo de sensor normalmente utilizado pelo totalizador CVM-01 para gerar pulsos proporcionais à vazão é o sensor de proximidade Namur padrão, que pode ser excitado magneticamente ou via disco inferior, porém para o sistema de injeção do desemulsificador P-43 eles eram digitais . sinais (saída de transistor NPN ou PNP) são usados.
Para o sistema de injeção do desemulsificante P-43 foi utilizado o modelo K10m HMI fornecido pela Altus, fabricado pela Beijer. No sistema de injeção do desemulsificador da plataforma P-43 foi utilizado o protocolo de comunicação modbus-RTU entre o CLP e a válvula de controle. A configuração da comunicação Modbus para o sistema de injeção do desemulsificador P-43 é feita por programação em linguagem Ladder, utilizando um módulo funcional MESTMB 010 do software MasterTool, adquirido separadamente do CLP, conforme segue:
CONTROLE DE PROCESSOS
Os sistemas de controle são classificados em duas categorias: sistemas de malha aberta e sistemas de malha fechada. Sistemas de controle em malha aberta: É aquele sistema em que a ação de controle é independente da saída, portanto a saída não tem efeito na ação de controle. Sistemas de controle em malha fechada: É aquele em que a ação de controle depende de alguma forma da saída.
A ação on-off é a mais simples e também a mais barata e por isso é amplamente utilizada em sistemas de controle industriais e domésticos. Portanto, quando não é possível utilizar este tipo de controle, são utilizados outros tipos de controle mais complexos, mas que eliminam os inconvenientes deste tipo. A faixa proporcional é o valor da variação percentual da variável controlada capaz de produzir a variação total do elemento de controle final.
Portanto, sistemas de controle de ação proporcional devem ser utilizados apenas em processos onde são improváveis grandes variações de carga, que permitem pequenas ocorrências de offset, ou em processos com pequenos tempos mortos. Normalmente, a ação integral não é utilizada sozinha, mas está sempre ligada à ação proporcional, pois desta forma você consegue o melhor de ambas as ações de controle. No sistema de injeção do desemulsificador, o PLC é programado com um algoritmo de controle PID.
O controlador calculará quanto fechar ou abrir a válvula de controle que é a variável manipulada.
CASOS DE USO
Esta tela permite ao operador navegar para as demais subtelas do sistema através de comandos de paginação. As telas a seguir permitem ao operador visualizar as variáveis do processo (Figura 6.6) e ajustar as variáveis de ganho do controlador, alterar o controlador de automático para manual e ajustar o set point (Figura 6.7). Para controlar a corrente é utilizado um algoritmo PID configurado no CLP. Portanto, o controlador (em modo automático) controlará a abertura da válvula para que a vazão instantânea atinja o set point desejado.
É importante observar que a seleção de um comando para abrir ou fechar a válvula somente para quando o operador seleciona o comando “parar”. O presente trabalho foi motivado pela oportunidade de apresentar um sistema que controla a injeção de desemulsificante no processamento de petróleo, com o objetivo de gerar economia de produto. O sistema também tem a vantagem de ser totalmente separado dos sistemas de automação da plataforma denominados CIS e ECOS, ou seja, o sistema da plataforma não necessita sofrer nenhuma alteração no programa do CLP ou nas telas gráficas do sistema supervisório, pois o sistema de injeção possui sistema de automação próprio (CLP e IHM).
Como a quantidade de desemulsificante a ser injetada é determinada em ppm do fluxo de óleo que sai do poço, uma sugestão para trabalhos futuros seria apresentar um sistema que controle o desemulsificador ajustando o sinal do medidor de óleo para o set point do IHM. Portanto, cada vez que houver alteração na vazão na entrada de óleo, a quantidade de desemulsificante será proporcional ao ppm de óleo. Outra vantagem da leitura do sinal de vazão do medidor de óleo é que podemos desligar a bomba injetora e fechar a válvula de controle quando não houver vazão na linha de óleo.
APRESENTAÇÃO DA PROGRAMAÇÃO LADDER
Lógica da Vazão (FQI 003)
Na lógica de controle PID temos um total de 7 lógicas de programação, onde a linha 000 possui a escrita dos parâmetros PID, ou seja, a definição dos parâmetros a serem utilizados na lógica. As lógicas 001 e 002 são necessárias para ajustar a exibição da HMI da vazão instantânea e do setpoint. Conforme mencionado no capítulo 5, ponto 5.5 – Controle PID no sistema, o sistema de dosagem não possui controle derivado, portanto a lógica 003 é responsável por impedir esta ação.
A lógica 005 tem como função principal movimentar a variável de processo até o setpoint quando a função PID é comutada para manual. Na lógica Modbus temos um total de 6 lógicas de programa, nas quais a linha 000 contém a configuração da comunicação modbus, ou seja, a definição dos parâmetros que serão utilizados na lógica. A lógica 001 é responsável por ler e escrever se a válvula estará em modo manual/automático, e se estiver em manual, qual operação ela realizará: abrir, fechar ou parar.
A lógica 004 lê e escreve a frequência de rotação do atuador da válvula, ou seja, velocidade, e a lógica 005 lê e escreve o torque da válvula. Na lógica de manutenção temos um total de 6 lógicas, sendo que a lógica 000 é responsável pela calibração das válvulas, e as lógicas 001 a 005 são responsáveis pelos alarmes do sistema, que são as seguintes:
