UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
Projetos de Controle e Automação
Aplicados à Indústria Petroquímica
Monografia submetida à Universidade Federal de Santa Catarina
como requisito para a aprovação da disciplina:
DAS 5511 Projeto de Fim de Curso
Philipi Salvato Koerich da Silva
Florianópolis, Março de 2007
Projetos de Controle e Automação Aplicados à
Indústria Petroquı́mica
Philipi Salvato Koerich da Silva
Esta monografia foi julgada no contexto da disciplina
DAS 5511: Projeto de Fim de Curso
e aprovada na sua forma final pelo
Curso de Engenharia de Controle e Automação Industrial
Banca Examinadora:
Giancarlo Smith da Silva
Orientador Empresa
Agustinho Plucênio
Orientador do Curso
Prof. Augusto Humberto Bruciapaglia
Responsável pela disciplina
Prof. Júlio Elias Normey Rico, Avaliador
Guilherme Antonio Mafra, Debatedor
Adriano Winter Bess, Debatedor
Agradecimentos
Em primeiro lugar, agradeço a Deus pelas possibilidades que me foram
oferecidas, pelos desafios que superei e pelas metas que pude atingir.
A minha família, que apesar da distância que nos separou durante estes
últimos meses, sempre me ofereceu suporte e apoio incondicionais, mesmo nos
momentos de desânimo.
Ao Giancarlo Smith da Silva e ao Carlos Alexandre Piccioni, pelos
valorosos ensinamentos que compartilharam comigo durante o período de estágio.
A todos da Chemtech Salvador, pela amizade e pelos momentos de
descontração.
Ao professor e orientador Daniel Juan Pagano e ao doutorando Agustinho
Plucenio, por tudo o que me ensinaram ao longo do curso e da minha participação
no programa PRH-34.
Aos colegas e amigos que conheci durante a minha vida acadêmica.
Ao corpo docente do Departamento de Automação e Sistemas, pelo ensino
de qualidade e pela grande contribuição para a minha vida profissional.
Agradeço ainda o apoio financeiro da Agência Nacional do Petróleo, Gás
Natural e Biocombustiveis-ANP e da Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP)
por meio do Programa de Recursos Humanos da ANP para o Setor do Petróleo e
Gás PRH-34 ANP/MCT.
Sumário
Lista de Figuras
vii
1 Introdução
1
1.1 Chemtech - A Siemens Company . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1.1 A História da Empresa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.1.2 As Áreas de Atuação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.1.2.1
Simulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.1.2.2
Otimização e Controle Avançado . . . . . . . . . . . . .
3
1.1.2.3
Planejamento e Programação da Produção . . . . . . .
3
1.1.2.4
ERP / MES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.1.2.5
LIMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.1.2.6
Sintonia de Malhas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.1.2.7
Sistemas de Informação - PIMS . . . . . . . . . . . . .
5
1.1.2.8
Automação Indusrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.1.2.9
Engenharia Básica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
1.1.2.10 Desenvolvimento de Software . . . . . . . . . . . . . .
6
1.1.3 Os Principais Clientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.1.4 O Escritório de Salvador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8
1.2 A Sistemática de Investimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
1.3 Organização deste Relatório . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
2 Documentação e Sintonia de Malhas de uma Unidade de Poliolefinas
13
2.1 Descrição das Malhas a Serem Controladas . . . . . . . . . . . . . . .
15
2.1.1 As Malhas de Alimentação de Catalisador . . . . . . . . . . . . .
15
iv
2.1.2 As Malhas de Alimentação de Agente Anti-estático . . . . . . . .
17
2.1.3 As Malhas de Alimentação de Compostos Organometálicos . . .
18
2.1.4 A Malha de Alimentação de Tri-etil Alumı́nio . . . . . . . . . . . .
19
2.2 A Implementação das Malhas de Controle . . . . . . . . . . . . . . . . .
20
2.2.1 Controle de Alimentação de Catalisador . . . . . . . . . . . . . .
21
2.2.2 Controle de Alimentação de Agente Anti-estático . . . . . . . . .
22
2.2.3 Controle de Alimentação de Compostos Organometálicos . . . .
24
2.2.4 Controle de Alimentação de Tri-etil Alumı́nio
. . . . . . . . . . .
25
2.3 Algumas Observações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
27
3 Repotencialização da Instrumentação de um Compressor de Butadieno
28
3.1 Descrição das Atividades de Automação . . . . . . . . . . . . . . . . . .
29
4 Instalação de Válvulas de Isolamento de Grandes Inventários
4.1 Descrição das Atividades de Automação . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 Análise de Resultados do APC de uma Unidade de Aromáticos
32
33
37
5.1 Descrição do Processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
5.1.1 Processo de Extração de Isopreno . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
5.1.2 Processo de Fracionamento de Aromáticos . . . . . . . . . . . .
39
5.1.3 Processo de Fracionamento de Nafta . . . . . . . . . . . . . . .
40
5.1.4 Processo de Reforma Catalı́tica . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
5.2.1 O APC do Processo de Extração de Isopreno . . . . . . . . . . .
43
5.2.2 O APC do Processo de Fracionamento de Aromáticos . . . . . .
43
5.2.3 O APC do Processo de Fracionamento de Nafta . . . . . . . . .
43
5.2.4 O APC do Processo de Reforma Catalı́tica . . . . . . . . . . . .
43
5.3 A Metodologia de Análise Utilizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
5.2 Os Objetivos do APC
v
5.4 Os Cálculos Realizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
5.4.1 Os Cálculos para o Processo de Extração de Isopreno . . . . . .
45
5.4.2 Os Cálculos para o Processo de Fracionamento de Aromáticos .
45
5.4.3 Os Cálculos para o Processo de Fracionamento de Nafta . . . .
46
5.4.4 Os Cálculos para o Processo de Reforma Catalı́tica . . . . . . .
47
5.5 Os Resultados Observados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
47
6 Conclusões e Perspectivas
49
Bibliografia
51
Anexo A : Cronogramas das Atividades Desenvolvidas
52
vi
Lista de Figuras
1.1 Áreas de atuação da Chemtech. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.2 Localização das empresas existentes no pólo de Camaçari. . . . . . . .
9
1.3 Metodologia de projeto adotada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
2.1 Representações esquemáticas da estrutura do PEAD. . . . . . . . . . .
14
2.2 Seleção do modo de operação dos reatores. . . . . . . . . . . . . . . .
14
2.3 As malhas de alimentação de catalisador. . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
2.4 Esquema de funcionamento de uma bomba do tipo diafragma. . . . . .
17
2.5 As malhas de alimentação de agente anti-estático. . . . . . . . . . . . .
18
2.6 As malhas de alimentação de compostos organometálicos. . . . . . . .
19
2.7 As malhas de alimentação de tril-etil alumı́nio. . . . . . . . . . . . . . .
20
2.8 Controle das malhas de alimentação de catalisador. . . . . . . . . . . .
22
2.9 Controle das malhas de alimentação de agente anti-estático. . . . . . .
23
2.10 Controle de alimentação utilizando uma linha. . . . . . . . . . . . . . . .
24
2.11 Controle das malhas de alimentação de compostos organometálicos. .
25
2.12 Controle das malhas de alimentação de tri-etil alumı́nio. . . . . . . . . .
26
3.1 Representação esquemática do compressor. . . . . . . . . . . . . . . .
30
3.2 Lógica 2oo3 para acionamento dos alarmes de nı́vel. . . . . . . . . . .
31
3.3 Tela gráfica de monitoramento do compressor. . . . . . . . . . . . . . .
31
4.1 Representação esquemática da instalação das válvulas. . . . . . . . . .
34
4.2 Lógica de sinalização da condição das válvulas. . . . . . . . . . . . . .
35
4.3 Esquema de representação dos estados das válvulas. . . . . . . . . . .
36
4.4 Exemplo de tela de monitoramento do estado das válvulas. . . . . . . .
36
5.1 Representação do processo de extração de isopreno. . . . . . . . . . .
38
5.2 Representação do processo de fracionamento de aromáticos.
40
vii
. . . . .
5.3 Representação do processo de fracionamento de nafta. . . . . . . . . .
40
5.4 Representação do processo de reforma catalı́tica. . . . . . . . . . . . .
42
A.1 Cronograma do Projeto do Capı́tulo 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
52
A.2 Cronograma do Projeto do Capı́tulo 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
A.3 Cronograma do Projeto do Capı́tulo 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
A.4 Cronograma do Projeto do Capı́tulo 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
53
viii
Capı́tulo 1: Introdução
Este trabalho relata as atividades desenvolvidas pelo acadêmico Philipi Salvato
Koerich da Silva durante o perı́odo de estágio realizado na empresa Chemtech. Durante este perı́odo, o acadêmico participou dos projetos de automação dos clientes
da Chemtech do setor petroquı́mico, localizados no pólo petroquı́mico de Camaçari.
As atividades descritas neste relatório iniciaram-se em Setembro/2006 e extenderamse até Abril/2007. Os itens subseqüentes deste capı́tulo apresentam uma visão geral
da empresa, relatando sua história, suas áreas de atuação e seus principais clientes.
Também é apresentada uma pequena descrição sobre o escritório de Salvador, onde
o acadêmico desenvolveu as atividades descritas neste relatório. Em seguida, é descrita a metodologia desenvolvida nos projetos em que o acadêmico participou. Por
fim, é apresentada a estrutura dos demais capı́tulos deste relatório.
1.1: Chemtech - A Siemens Company
1.1.1: A História da Empresa
A Chemtech é uma empresa 100% brasileira, fundada em outubro de 1989
por três engenheiros quı́micos formados pelo Instituto Militar de Engenharia. É uma
empresa que presta serviços de engenharia, seja por consultoria, projetos técnicos
especializados ou desenvolvimento de software, e também fornece soluções de engenharia e de tecnologia da informação para as indústrias de processo (óleo e gás,
petroquı́mica e quı́mica, metais e mineração, papel e celulose e alimentos e bebidas).
Atualmente, ela conta com um efetivo superior a trezentos funcionários, espalhados
por seus sete escritórios.
O primeiro cliente da Chemtech foi a Projetil, pequena empresa brasileira que,
na época, comercializava um equipamento para enchimento de granadas para a Rússia. Em seguida, apareceu o primeiro projeto com a Petrobras: o desenvolvimento
do PETROX. Este projeto foi inovador pois tratava-se do desenvolvimento de um simulador de processos estáticos sequencial modular que possui os principais recursos
presentes nos simuladores comerciais disponı́veis no mercado internacional. O desenvolvimento do PETROX continua até hoje, praticamente acompanhando toda a
trajetória da Chemtech.
1
Em 1993, iniciou-se o projeto PETRONAV, projeto este que conscistia em sistema de tempo real para posicionamento dinâmico e navegação para plataformas. Em
1999, a Chemtech comprou a EGS - Engineering Sciences, empresa esta que era, na
ocasião, uma dos concorrentes da Chemtech. Com a aquisição da EGS, ampliou-se o
desenvolvimento da empresa nas áreas de MES - Manufacturing Execution Systems1
e PIMS - Process Information Management System2 . Desta forma iniciou-se o projeto
de MES da CSN - Companhia Siderúrgica Nacional.
Em 2001, foi inaugurada a filial da empresa em São Paulo, onde foi aberto um
escritório. Também neste ano, 67% da Chemtech foram comprados pela Siemens,
passando a fazer parte do grupo que representa o segmento IS & IP - Industrial Solutions and Services & Industrial Plants no Brasil. Em 2005, foram abertos os escritórios
de Salvador e de Belo Horizonte. Em 2006, foram abertos os escritórios de Manaus,
Houston (EUA) e Porto Alegre. Também neste ano, a Chemtech foi eleita a 3a melhor
empresa do Brasil para se trabalhar, segundo o instituto GPTW - Great Place to Work.
1.1.2: As Áreas de Atuação
A figura 1.1 apresenta as áreas de atuação da Chemtech. Os itens subseqüentes apresentam uma breve descrição de cada uma destas áreas e as oportunidades
encontradas em cada uma delas.
Figura 1.1: Áreas de atuação da Chemtech.
1
2
Para mais informações, vide o item 1.1.2.4.
Para mais informações, vide o item 1.1.2.7.
2
1.1.2.1: Simulação
A Chemtech atua em três linhas de simulação: simulação de processos, fluidodinâmica (CFD - Computational Fluid Dynamics) e de transientes hidráulicos. Também
realiza simulações durante a engenharia básica até o controle avançado e a otimização.
• Simulação de processos - é bastante utilizada no projeto de novas unidades e
na otimização das unidades existentes;
• Simulação fluidodinâmica (CFD) - permite prever o comportamento de qualquer
fluido, indiferente ao tipo de ambiente. Suas aplicações são cada vez mais importantes para os diversos segmentos industriais, atendendo desde projetos de
aviões supersônicos e carros de Formula 1 até o comportamento de manchas
de óleo no oceano.
• Simulação de transientes hidráulicos - consiste na determinação do comportamento de variáveis como pressão, vazão e temperatura ao longo do tempo em
cada ponto do duto ou da rede de dutos.
1.1.2.2: Otimização e Controle Avançado
O controle avançado de processos ou APC - Advanced Process Control proporciona benefı́cios significativos e imediatos no desempenho industrial. Para se alcançar
tais resultados, utiliza-se o conhecimento do comportamento dinâmico nos diferentes
processos existentes em uma fábrica. Já a otimização é uma etapa posterior ao controle avançado e utiliza uma tecnologia extremamente sofisticada na elaboração de
estratégias para o melhor aproveitamento das oportunidades e possibilidades da empresa.
1.1.2.3: Planejamento e Programação da Produção
O APS - Advanced Production Planning and Scheduling System tem como principal objetivo fornecer um ótimo procedimento de operação à unidade. Para isso, o
sistema de planejamento e programação da produção utiliza as informações forneci-
3
das por sistemas ERP - Enterprise Resource Planning 3 e MES, propiciando à empresa
alcançar seus objetivos de modo muito mais eficaz.
1.1.2.4: ERP / MES
O MES - Manufacturing Execution Systems é o sistema responsável pelo gerenciamento do processo de produção. Em muitos casos, por traduzir as definições de
negócio em atividades da produção, acaba sendo a camada que integra os sistemas
de gestão corporativa ERP aos diversos sistemas de produção (APS, PIMS, LIMS Laboratory Information Management System, SFC - Shop Floor Control 4 etc). O MES
garante um gerenciamento muito mais eficiente por possibilitar a tomada de decisões
com base em informações úteis, atuais e confiáveis da realidade de diversos setores
da empresa. Ele oferece ainda:
- Consolidação do planejamento e do mapeamento para a execução de todas as
etapas da produção;
- Conexão do processamento de pedidos com os controles de sistemas da produção;
- Otimização dos processos de produção;
- Democratização da informação.
1.1.2.5: LIMS
O LIMS - Laboratory Information Management System é uma ferramenta essencial para a redução de custos e para o aumento da eficiência e da produtividade nas
atividades laboratoriais. Ele é indispensável para garantir a qualidade final dos produtos, cada vez mais exigida pelos consumidores. O LIMS ofericido pela Chemtech
é utilizado por diversas empresas americanas e brasileiras. Esta solução é customizável, de acordo com as necessidades do cliente, sendo altamente flexı́vel e capaz
3
Enterprise Resource Planning - são sistemas de informações transacionais, cuja função é armazenar,
processar e organizar as informações geradas nos processos organizacionais, agregando e estabelecendo relações
de informação entre todas as áreas de uma companhia.
4
Shop Floor Control - atividade de encaminhamento, programação e envio de trabaho a ser realizado no
chão de fábrica, com prioridade para cada tarefa, regisro de todo o material em processamento e transmissão
de dados e informações sobre as condições das ordens de trabalho em comparação com o plano de gestão da
produção.
4
de suportar vários sites laboratoriais integrados através de uma Intranet e acessı́vel
através da Internet com segurança.
1.1.2.6: Sintonia de Malhas
A determinação manual dos parâmetros de um controlador PID - Proportional,
Integral and Derivative é uma tarefa árdua e dispendiosa devido a forte interação existente entre estes parâmetros. Por isso, muitas malhas não são sintonizadas para um
desempenho ótimo, prejudicando a eficiência dos processos que controlam. A sintonia
das malhas de controle é uma etapa essencial na implantação do controle avançado.
Além da sintonia, a Chemtech verifica toda a estratégia adotada para as malhas PID
analisadas, auditando todos os elementos de controle, medição e atuação.
Para otimizar os procedimentos de sintonia, essenciais para o correto funcionamento de controles regulatórios e avançados, a Chemtech utiliza a ferramenta Intune5 ,
desenvolvida pela empresa americana ControlSoft, Inc.
1.1.2.7: Sistemas de Informação - PIMS
Um sistema de informação de processos ou PIMS - Process Information Management System realiza o armazenamento temporal das variáveis dos processos
produtivos. Dessa forma, permite a integração entre o nı́vel de supervisão e controle
e os demais sistemas da indústria. O PIMS de uma planta é a base para os diversos
sistemas industriais, que podem ser classificados em três categorias:
- Sistemas MES, que incluem a execução de ordens de produção, contabilidade de
produção, gerenciamento de operação, sistemas de manutenção, rastreabilidade
de bateladas, reconciliação de dados, entre outros;
- Sistemas de otimização de processo, como controle avançado APC;
- Sistemas corporativos, como o ERP.
1.1.2.8: Automação Indusrial
Os sistemas de automação garantem a reprodutibilidade do processo e permitem o rastreamento de informações crı́ticas de produção. Uma tendência bastante
5
Para mais informações, visite o endereço www.controlsoftinc.com.
5
atual é a implantação de sistemas de gerenciamento de bateladas. Outros projetos de
Automação Industrial desenvolvidos pela Chemtech são:
- Plano Diretor de Automação Industrial - PDAI: orienta e organiza o processo de
automação em etapas (curto, médio e longo prazo), respeitando as necessidades especı́ficas do cliente e seu cronograma de investimentos;
- Projeto Conceitual: padroniza e consolida todas as operações da unidade, preparando a mesma para o processo de automação;
- Migração de Sistemas de Controle: verifica, no mercado, alternativas e especificações para a compra de um novo sistema de controle, analisando e comparando propostas e dados para a alteração da configuração já existente;
- Projetos de Engenharia: apontam a instrumentação necessária para automação
e consolidação do P&ID - Process and Instrumentation Diagram6 da unidade,
bem como identificam o projeto elétrico para ligação dos instrumentos de campo
ao sistema de supervisão, o projeto da arquitetura de automação e especificação
do hardware e do software a serem utilizados;
- Configuração de sistemas de supervisão, sistemas hı́bridos, DCS - Distributed
Control Systems, PLC - Programable Logic Controllers, controladores digitais e
redes de instrumentação inteligente;
- Cursos customizados, orientados para as ferramentas e aplicações do cliente.
1.1.2.9: Engenharia Básica
Na fase inicial de implantação de uma indústria ou de um novo processo, todas
as oportunidades de redução de custo instalado, de consumo de energia e de impacto
ambiental devem ser exploradas a fim de garantir a melhor execução do projeto e o
maior retorno possı́vel de todos os investimentos.
1.1.2.10: Desenvolvimento de Software
A Chemtech utiliza como base para o desenvolvimento de sistemas o processo
conhecido como Unified Process. Dentro deste contexto, a empresa utililza o RUP
6
Process and Instrumentation Diagram - este diagrama apresenta os detalhes da interconexão existente
entre os equipamentos industriais e a instrumentação utilizada no controle do processo. Os sı́mbolos utilizados
neste diagrama são padronizados pela ISA - Instrument Society of America.
6
- Rational Unified Process e segue seu desenvolvimento trabalhando em pequenos
ciclos do projeto, considerados como sendo mini-projetos, que correspondem a uma
iteração e resultam em um incremento no software. As iterações referem-se a passos
e os incrementos, a evoluções do produto.
A Chemtech utiliza os processos descritos pelo PMI - Project Management Ins7
titute em conjunto com o processo de desenvolvimento de software e a norma ISO
9001:200016, buscando atender a necessidade dos clientes e dos usuários. Entre
as principais ferramentas de desenvolvimento de software utilizadas pela Chemtech
destacam-se o .NET da Microsoft e o Java da Sun.
1.1.3: Os Principais Clientes
A Chemtech possui clientes em diversos segmentos industriais. A lista abaixo
apresenta os principais clientes da empresa, classificando-os por segmento de atuação.
• Petróleo e Gás:
- Petrobras;
- Shell;
- Saudi Aramco;
- ExxonMobil.
• Papel e Celulose:
- Votorantim;
- Suzano;
- Schweitzer-Mauduit.
• Metais e Mineração:
- Companhia Vale do Rio Doce;
- Companhia Siderúrgica Nacional;
- Gerdau;
- Samarco.
7
Project Management Institute - trata-se da maior entidade mundial, sem fins lucrativos, voltada ao
Gerenciamento de Projetos. Para mais informações, visite o endereço www.pmi.org.
7
• Petroquı́mica e Quı́mica:
- Braskem;
- Monsanto;
- Ipiranga;
- BASF ;
- White Martins.
• Produtos para Comsumidores
- Globo.com;
- Nestlé;
- AmBev ;
- Bayer ;
- Souza Cruz.
• Água e Energia Elétrica
- Sabesp - Companhia de Saneamento Básico do Estado de São Paulo.
1.1.4: O Escritório de Salvador
Como mencionado no item 1.1.1, o escritório da Chemtech em Salvador foi
inaugurado em maio de 2005. Atualmente, este escritório conta com mais de trinta
funcionários, entre Gerentes de Projeto, Engenheiros e Estagiários. O objetivo do
escritório em Salvador é atender a demanda de projetos de engenharia existentes na
região Nordeste, em especial na região do pólo industrial de Camaçari. A figura 1.2
apresenta a localização das várias empresas instaladas no pólo de Camaçari8 .
Entre os principais clientes do escritório, podem ser mencionados:
• Braskem;
• Deten;
• Siemens;
• Petrobras.
8
Fonte: www.coficpolo.com.br.
8
Figura 1.2: Localização das empresas existentes no pólo de Camaçari.
Com relação as áreas de atuação e desenvolvimento de projetos do escritório,
podem ser destacados:
• Projetos de Automação Industrial
• PMO - Project Management Office9
• PIMS - Process Information Management System
Recentemente, o escritório recebeu certificação ISO 9000 pelo BVQI - Bureau
Veritas Quality International 10 , comprovando a qualidade com que os projetos são
desenvolvidos no escritório.
9
Project Management Office: é o departamento ou um grupo dentro de uma empresa que define e mantém
os padrões de processos, geralmente relacionados ao gerenciamento de projetos, dentro da organização. Para
mais informações, recomenda-se a fonte A Guide to the Project Management Body of Knowledge (PMBOK
Guide) - 2000 Edition elaborada pelo Project Management Institute.
10
Bureau Veritas Quality International - é uma subsidiária inglesa do Grupo Bureau Veritas e é lı́der no
Brasil na área de certificação de sistemas de gestão da qualidade, segurança e meio ambiente. Para mais
informações, visite o endereço www.bvqi.com.br.
9
1.2: A Sistemática de Investimentos
Nesta seção, a sistemática de investimentos em projetos adotada por um dos
clientes do escritório de Salvador é apresentada. Todos os projetos em que o acadêmico participou seguiram esta sistemática de investimentos. A figura 1.3 ilustra cada
uma das fases de desenvolvimento dos projetos previstas pela sistemática adotada.
Figura 1.3: Metodologia de projeto adotada.
Todo o projeto inicia-se a com uma Idéia. A partir desta idéia, realiza-se um estudo de viabilidade do empreendimento, que neste caso traduz-se em uma Avaliação
do Investimento. Este estudo pode englobar uma avaliação da tecnologia presente
hoje no processo e da tecnologia mais recente no mercado e, uma definição das necessidades e dos requisitos do empreendimento, tendo em vista o Plano Estratégico
do cliente. É também nesta fase que se escolhe o tipo de gestão do projeto. Admitese nesta fase do projeto um EVTE - Estudo de Viabilidade Técnica e Econômica com
uma variação entre −50% a 100% de erro no valor total do investimento. A Avaliação
de Investimento termina com a reunião DR-0 - Design Review 0, onde se determina
pela continuidade ou não do empreendimento.
A seqüência da Avaliação de Investimento é a fase do Projeto Conceitual. Nesta
fase é realizada a Análise de Risco do empreendimento, classificando os eventos de
risco quanto a probabilidade de ocorrência e quanto prioridade de resolução. Também
são definidos o escopo das atividades do projeto e os cronogramas das atividades.
O EVTE é revisado e agora admite-se um erro entre −20% a 50% no valor total do
investimento. Esta fase é encerrada com a reunião DR-1 - Design Review 1, onde o
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Projeto Conceitual é consolidado.
Com o encerramento do Projeto Conceitual, inicia-se a fase do Projeto do Básico de Engenharia. Nesta fase, são definidos os critérios de projeto a serem adotados
e inicia-se o desenvolvimento da solução adotada, de maneira a fornecer uma visão
global do empreendimento e identificar todos os seus elementos construtivos com
clareza. Uma Avaliação dos Riscos do Projeto é realizada . Também ocorre uma
revisão do EVTE, admitindo-se um erro entre −10% a 20% do valor total do projeto.
O encerramento do Projeto Conceitual ocorre com a reunião DR-2 - Design Review
2, onde são avaliados o orçamento do empreendimento, a consolidação da Análise
de Riscos e do escopo do projeto e se as recomendações da reunião DR-1 - Design
Review 1 foram atendidas.
Terminada a fase do Projeto Básico, começa o Projeto de Detalhamento, onde
é realizado o detalhamento da solução do projeto. O fim do Projeto de Detalhamento
é marcado pela ocorrência da DR-3 - Design Review 3, onde são revisados os cronogramas de execução do projeto e se as recomendações da Análise de Riscos e da
DR-2 - Design Review 2 estão sendo seguidas. Com isto, inicia-se a fase de Montagem e Construção do projeto. Nesta fase ocorre a construção, o comissionamento e
os testes antes da partida do processo. Ao fim das atividades de execução do projeto,
realiza-se a DR-4 - Design Review 4 onde a montagem prevista pelo projeto é avaliada,
liberando a partida do processo e iniciando a fase de Operação do empreendimento.
Durante a fase de Operação, é realizada a DR-5 - Design Review 5, com a
avaliação do empreendimento. É também nesta fase que são realizados os Cálculos
de Retorno de Investimentos e os serviços de suporte e manutenção do sistema.
1.3: Organização deste Relatório
Este relatório foi organizado de forma que cada capı́tulo contenha os detalhes
de um projeto em especı́fico. Desta forma, o capı́tulo 2 apresenta as informações
sobre o projeto de Documentação e Sintonia de Malhas de uma Unidade de Poliolefinas. O capı́tulo 3 trata do projeto de Repotencialização da Instrumentação de um
Compressor de Butadieno. O capı́tulo 4 apresenta as atividades desenvolvidas no
projeto de Instalação de Válvulas de Isolamento de Grandes Inventários. O capı́tulo 5
relata as atividades do projeto de Análise de Resultados do APC de uma Unidade de
Aromáticos. Por fim, o capı́tulo 6 apresenta as conclusões e perspectivas de todos os
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projetos desenvolvidos.
O motivo para adotar esta divisão do conteúdo do relatório deve-se ao tamanho
dos projetos que, em sua maioria, são de pequeno porte, e a quantidade destes projetos. Portanto, para uma melhor organização do conteúdo do relatório, adotou-se a
descrição de cada projeto em um capı́tulo próprio, evitando-se assim a dispersão das
informações de um projeto ao longo do documento.
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Capı́tulo 2: Documentação e Sintonia de Malhas de
uma Unidade de Poliolefinas
Este capı́tulo apresenta as atividades desenvolvidas no projeto de sintonia de
malhas realizado em uma unidade de produção poliolefinas1 . Considerando a sistemática de investimentos, apresentada no item 1.2, este projeto se enquadra na fase
de operação. No caso deste projeto, as malhas a serem sintonizadas pertencem a
área de produção de PEAD - Polietileno de Alta Densidade. O PEAD é um polı́mero
derivado do eteno utilizado em diferentes segmentos da indústria de transformação de
plásticos, abrangendo os processamentos de moldagem por sopro, extrusão e moldagem por injeção.
Pelo processo de injeção, o PEAD é utilizado para a confecção de baldes e
bacias, bandejas para pintura, banheiras infantis, brinquedos, entre outros.
Nos processos de moldagem por sopro, destaca-se a utilização na confecção de
bombonas, tanques e tambores de 60 a 250 litros, onde são exigidas principalmente
resistência à queda, ao empilhamento e a produtos quı́micos, frascos e bombonas de
1 a 60 litros, onde são embalados produtos que requeiram alta resistência ao fissuramento sob tensão. Também é utilizado na confecção de embalagens para detergentes,
cosméticos e defensivos agrı́colas.
Por extrusão, é aplicado em isolamento de fios telefônicos, sacos para congelados, revestimento de tubulações metálicas, polidutos, tubos para redes de saneamento e de distribuição de gás, emissários de efluentes sanitários e quı́micos, dutos
para mineração e dragagem, barbantes de costura, redes para embalagem de frutas,
fitas decorativas, sacos para lixo e sacolas de supermercados. A figura 2.1 ilustra as
representações esquemáticas da estrutura do PEAD.
Nesta unidade de poliolefinas, a área de polimerização para a produção de
PEAD possui dois CSTR - Continuous Stirred Tank Reactors. Estes reatores podem
operar em duas formas:
1. Operação modo Série - neste modo de operação, a produção de polı́meros é
realizada com a operação de um reator em série com o outro, de modo que
1
Olefinas são derivados de petróleo, com cadeias de carbono abertas e dupla ligação entre carbonos. As
poliolefinas são compostos poliméricos cujo monômero é uma olefina (eteno, propeno etc.). O polietileno e o
polipropileno são exemplos de poliolefinas.
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Figura 2.1: Representações esquemáticas da estrutura do PEAD.
parte do produto de um dos reatores está servindo de reagente no outro reator.
2. Operação modo Paralelo - neste modo de operação, os reatores operam em
paralelo um com o outro, produzindo os polı́meros de maneira independente.
A seleção do modo de operação dos reatores é realizada através do acionamento de uma chave no DCS que controla o processo de polimerização. Se a chave
está acionada, então o modo de operação dos reatores é série. A figura 2.2 ilustra
como é realizado esta seleção do modo de operação.
Figura 2.2: Seleção do modo de operação dos reatores.
Na produção do PEAD, além das correntes de alimentação dos reagentes, existem outras correntes que alimentam os reatores durante a reação de polimerização.
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Entre estas correntes, estão as compostas por catalisadores, compostos organometálicos e agentes anti-estáticos. O propósito deste empreendimento é justamente fechar as malhas de alimentação de catalisadores, compostos organometálicos, tri-etil
alumı́nio e agentes anti-estáticos. A sintonia destas malhas é considerada uma necessidade pelos seguintes fatores:
- O controle da alimentação de catalisador visa manter a pressão do reator constante no valor pré-determinado e polimerizar uma quantidade definida de etileno;
- O agente anti-estático é utilizado para prevenir a aderência do polı́mero às paredes dos reatores. Porém, esta substância tem efeito inibidor sobre a reação
de polimerização, sendo necessário um controle apurado na alimentação desta
substância;
- Existem estudos para implantação de um sistema de controle avançado APC
neste processo. Porém, é uma recomendação do projeto de controle avançado
que as malhas crı́ticas do processo estejam sintonizadas;
2.1: Descrição das Malhas a Serem Controladas
Esta seção apresenta as malhas a serem sintonizadas pelas atividades do projeto. No total, são oito malhas de alimentação a serem sintonizadas, sendo:
- Três malhas de vazão de solução de catalisador;
- Duas malhas de vazão de solução agente anti-estático;
- Duas malhas de vazão de solução de compostos organometáticos;
- Uma malha de vazão de solução de tri-etil alumı́nio.
Os itens subseqüentes desta seção apresentam os detalhes de cada uma das
malhas de alimentação.
2.1.1: As Malhas de Alimentação de Catalisador
A figura 2.3 apresenta um esquemático das malhas de alimentação de catalisador. A alimentação dos reatores é realizada por meio de duas bombas, cada uma
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alimentando separadamente um dos reatores. Existe ainda uma terceira bomba sobressalente que pode ser alinhada para a alimentação de catalisador em caso de falha
de funcionamento de uma das duas primeiras bombas ou se houver a necessidade de
uma vazão maior de catalisador.
Figura 2.3: As malhas de alimentação de catalisador.
O processo de alimentação inicia-se a partir de um vaso de armazenamento.
Neste vaso, uma solução de catalisador dissolvido em NHX - Normal Hexano é mantida em circulação através da ação de duas bombas centrı́fugas que atuam sobre uma
linha de circulação. Através desta linha de circulação, os dois reatores são alimentados com a solução de catalisador em NHX por meio da ação de três bombas do
tipo diafragma. As bombas do tipo diafragma são bombas alternativas nas quais o
orgão que fornece a energia necessária ao movimento do fluı́do é uma membrana acionada por uma haste com movimento alternativo. A figura 2.4 apresenta o esquema
de funcionamento deste tipo de bomba. À jusante de cada uma destas bombas, existe
uma placa de orifı́cio que fornece a indicação de vazão volumétrica para cada linha de
alimentação de solução que será enviada aos reatores. A alimentação de catalisador
pode ser realizada com apenas uma bomba ou, se um dos reatores necessitar de uma
vazão maior da solução de catalisador, uma segunda bomba pode ser alinhada para
alimentar este reator. Não é possı́vel alinhar uma bomba de alimentação para ambos
os reatores ao mesmo tempo. A troca do alinhamento das bombas de alimentação é
16
feita manualmente pelos operadores do processo.
Figura 2.4: Esquema de funcionamento de uma bomba do tipo diafragma.
2.1.2: As Malhas de Alimentação de Agente Anti-estático
A figura 2.5 apresenta um esquemático das malhas de alimentação de agente
anti-estático. A alimentação dos reatores com esta substância pode ser realizada de
duas formas:
1. Os reatores são alimentados separadamente. Neste caso, cada reator é alimentado por uma linha distinta;
2. Os reatores são alimentados juntos. Neste caso, os reatores são alimentados
pela única linha existente.
O processo de alimentação inicia-se a partir de um vaso de armazenamento.
Neste vaso é mantida uma solução de agente anti-estático em NHX. Deste vaso de
armazenamento, a solução de agente anti-estático em NHX é transferida para os reatores de polimerização por meio de duas possı́veis bombas do tipo diafragma. Como é
possı́vel verificar na figura 2.5, existe apenas uma linha exclusiva para a alimentação
da solução de agente anti-estático. Quando a linha de alimentação de tri-etil alimı́nio
não está sendo utilizada, existe a opção de alimentar os reatores com agente antiestático de maneira separada, com cada reator sendo alimentado por uma bomba
diferente. Para isto, uma mudança no alinhamento das bombas é realizado no processo. Quando a linha de alimentação de tri-etil alimı́nio está sendo utilizada, não
existe outra opção senão alimentar ambos os reatores pela única linha existente, com
apenas uma bomba funcionando e outra servido de redundância do processo. Tanto
na linha de alimentação de agente anti-estático quanto na linha de alimentação de
tri-etil alumı́nio, existem placas de orifı́cio à jusante das bombas de alimentação que
fornecem a indicação da vazão volumétrica fluindo na linha.
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Figura 2.5: As malhas de alimentação de agente anti-estático.
2.1.3: As Malhas de Alimentação de Compostos Organometálicos
A figura 2.6 apresenta um esquemático das malhas de alimentação de compostos organometálicos. A alimentação dos reatores é realizada por meio de duas
bombas, cada uma alimentando separadamente um dos reatores. Existe ainda uma
terceira bomba sobressalente que pode ser alinhada para a alimentação de compostos organometálicos em caso de falha de funcionamento de uma das duas primeiras
bombas. Porém, diferente do sistema de alimentação de catalisador, onde existem
três linhas de alimentação, uma para cada bomba; no caso da alimentação dos reatores com compostos organometálicos, existem apenas duas linhas de alimentação
para as três bombas.
A alimentação dos reatores inicia-se no vaso de armazenamento ilustrado no
figura 2.6. Deste vaso, a solução de compostos organometálicos em NHX pode ser
transferida para os reatores por meio de três bombas do tipo diafragma. Como é
possı́vel verificar na figura 2.6, uma das bombas pode operar tanto para um reator
quanto para o outro, dependendo do alinhamento realizado pleo operador do processo.
Porém, esta bomba não opera na alimentação simultânea de ambos os reatores. A
alimentação dos reatores com a solução de compostos organometálicos é realizada
normalmente com cada bomba alimentando um dos reatores, sendo que a terceira
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Figura 2.6: As malhas de alimentação de compostos organometálicos.
bomba serve como uma redundância do sistema de alimentação, no caso de uma
das outras bombas falhar. Em cada uma das linhas de alimentação, à montante dos
reatores, existe uma placa de orifı́cio que fornece a indicação de vazão volumétrica da
solução que será enviada aos reatores.
2.1.4: A Malha de Alimentação de Tri-etil Alumı́nio
A figura 2.7 apresenta um esquemático da malha de alimentação de tri-etil
alumı́nio. A alimentação dos reatores pode ser realizada por uma dentre duas bombas, sendo que uma destas bombas só pode ser utilizada se não estiver alinhada para
a alimentação de agente anti-estático. Como existe apenas uma linha de alimentação
desta substância, os reatores são alimentados por esta única linha simultaneamente.
A alimentação dos reatores inicia-se no vaso de armazenamento ilustrado no figura 2.7. Como existe apenas uma linha de alimentação para os dois reatores, ambos
são alimentados juntos. A solução de tri-etil alumı́nio com NHX é transferida por esta
única linha de alimentação para ambos os reatores por meio de duas possı́veis bombas, ambas as bombas do tipo diafragma.Porém, estas bombas não podem operar
simultaneamente. A linha de alimentação possui uma placa de orifı́cio à jusante das
bombas de alimentação e que fornece a indicação de vazão volumétrica da solução
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Figura 2.7: As malhas de alimentação de tril-etil alumı́nio.
de tri-etil alumı́nio enviada aos reatores.
2.2: A Implementação das Malhas de Controle
Todas as malhas apresentadas no item 2.1 já possuiam monitoramento no DCS
instalado para a seção de polimerização, com as informações dos transmissores de
vazão de solução de catalisador, de agente anti-estático, de compostos organometáticos e de tri-etil alumı́nio já disponı́veis no sistema de controle. As atividades do projeto
resumiam-se a:
- Localizar estas informações no sistema de controle;
- Realizar testes para a coleta de informações de cada uma das malhas de vazão
mencionadas;
- De posse das informações, obter os modelos das malhas para a sintonia dos
controladores;
- Com os modelos das malhas, obter os parâmetros dos controladores de cada
malha;
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- Sintonizar as malhas no DCS com os parâmetros dos controladores obtidos;
- Realizar os testes de malhas fechada para assegurar a estabilidade e o desempenho dos processos.
Os modelos e os parâmetros de sintonia dos controladores das malhas de vazão
foram obtidos utilizando-se a ferramenta Intune, mencionada no item 1.1.2.6 deste relatório. Os testes para levantamento dos modelos são perturbações do tipo degrau no
processo em malha aberta, também conhecidos como Step Tests. Caso estes testes
não possam ser realizados em malha aberta, eles podem ser realizados em malha
fechada, perturbando-se o valor de referência da variável controlada. Os modelos obtidos foram todos de primeira ordem com atraso de transporte. Obtidos os modelos
das malhas, o Intune obtém os parâmetros do controlador de acordo com a escolha
do tipo de algoritmo de controle a ser utilizado. No caso deste projeto, o algoritmo de
controle utilizado foi o PI - Proportional and Integral. Os próximos itens desta seção
descrevem o funcionamento das malhas de alimentação já com o controle regulatório
implementado.
2.2.1: Controle de Alimentação de Catalisador
A figura 2.8 apresenta um esquemático da malha de controle regulatório da
alimentação de catalisador. A descrição apresentada a seguir, para efeito de simplicidade, considera apenas as malhas de controle referentes ao reator 1, porém tal
descrição é válida às malhas de controle referentes ao reator 2.
Nessa configuração, o operador do sistema de controle deve fornecer a informação da referência desejada de vazão mássica de catalisador, em g/h, em cada
uma das linhas em operação para o reator 1. Com esta informação, juntamente
com a informação de concentração de catalisador dentro do tanque de armazenamento, as referências de vazão volumétrica de catalisador, em l/h, podem ser calculadas, dividindo-se o valor de referência de vazão mássica pelo valor da concentração,
e transmitidas aos seus respectivos controladores PI de vazão de catalisador em
operação para o reator 1.
Também são fornecidas aos controladores as suas respectivas variáveis controladas que, neste caso, são as vazões de catalisador em cada linha de alimentação.
Estas informações são obtidas por meio dos transmissores de vazão instalados em
cada linha. De posse de todas as informações, os controladores podem caulcular
21
Figura 2.8: Controle das malhas de alimentação de catalisador.
o valor das suas variáveis manipuladas e atuar sobre a haste das bombas de suas
respectivas linhas, fechando a malha de controle.
2.2.2: Controle de Alimentação de Agente Anti-estático
A figura 2.9 apresenta um esquemático da malha de controle regulatório da
alimentação de agente anti-estático. A descrição apresentada a seguir, para efeito de
simplicidade, considera apenas as malhas de controle referentes ao reator 1, porém
tal descrição é válida às malhas de controle referentes ao reator 2.
Considerando primeiramente o caso em que a linha de tri-etil alumı́nio não estar sendo utilizada e o controle de concentração de agente anti-estático pode ser realizado separadamente para cada reator. Para o controle de concentração no reator
1, o operador do processo deve fornecer a referência desejada de concentração de
agente anti-estático no reator. Com esta informação, juntamente com as informações
de vazão total de NHX alimentado ao reator 1 e a concentração da solução de agente
anti-estático no vaso de armazenamento, a referência desejada do controlador de
vazão de solução de agente anti-estático em NHX pode ser calculada. O cálculo
realizado para obter esta referência é a multiplicação da referência de concentração
22
Figura 2.9: Controle das malhas de alimentação de agente anti-estático.
desejada pela vazão total de NHX alimentado ao reator 1 e a divisão do resultado
pela informação de concentração do vaso de armazenamento. Além da informação
de referência desejada de vazão de solução, o controlador necessita da informação
do modo de operação dos reatores, se é série ou paralelo. Essa informação é necessária, pois o cálculo da referência de vazão de solução para a operação no modo
série é diferente do cálculo para o modo paralelo. A última informação necessária
é a variável controlada, que para esta malha é a vazão de solução de agente antiestático em NHX, fornecida pelo transmissor de vazão volumétrica instalado na linha
de alimentação. De posse das informações listadas, o controlador pode calcular a
ação de controle que modificar o movimento da haste da bomba, controlando o processo.
Quando a linha de tri-etil alumı́nio está sendo utilizada, como ilustra a figura
2.10 não existe outra opção senão alimentar os dois reatores por meio de uma única
linha de alimentação. Neste caso, apenas um dos reatores terá a concentração de
agente anti-estático controlada: o reator que possuir a concentração mais próxima do
seu valor de referência desejada. O outro reator deverá ter sua concentração monitorada pelo operador do processo. Novamente, a referência de vazão desejada é
calculada com as seguintes informações: o valor desejado de concentração para o
reator, informado pelo operador do processo; a vazão total de NHX para o reator e
23
Figura 2.10: Controle de alimentação utilizando uma linha.
a concentração da solução de agente anti-estático no vaso de armazenamento. O
controlador necessita também da informação do modo de operação dos reatores, se
é série ou paralelo, pois o cálculo da referência de vazão de solução para a operação
no modo série é diferente do cálculo para o modo paralelo. O transmissor de vazão
volumétrica instalado na linha fornece o valor da variável de processo ao controlador
de vazão, que calcula a ação de controle a ser enviada para a bomba que está em
operação.
2.2.3: Controle de Alimentação de Compostos Organometálicos
A figura 2.11 apresenta um esquemático da malha de controle regulatório da
alimentação de compostos organometálicos. A descrição apresentada a seguir, para
efeito de simplicidade, considera apenas as malhas de controle referentes ao reator 1,
porém tal descrição é válida às malhas de controle referentes ao reator 2.
Para o controle de concentração no reator 1, o operador do processo deve fornecer a referência desejada de concentração de compostos organometálicos no reator.
Com esta informação, juntamente com as informações de vazão total de NHX alimentado ao reator 1 e a concentração da solução de compostos organometálicos no
vaso de armazenamento, a referência desejada do controlador de vazão de solução
24
Figura 2.11: Controle das malhas de alimentação de compostos organometálicos.
de agente anti-estático em NHX pode ser calculada. O cálculo realizado para obter
esta referência é a multiplicação da referência de concentração desejada pela vazão
total de NHX alimentado ao reator 1 e a divisão do resultado pela informação de
concentração do vaso de armazenamento. Além da informação de referência desejada de vazão de solução, o controlador necessita da informação do modo de operação
dos reatores, se é série ou paralelo. Essa informação é necessária, pois o cálculo da
referência de vazão de solução para a operação no modo série é diferente do cálculo
para o modo paralelo. A última informação necessária é a variável controlada, que
para esta malha é a vazão de solução de compostos organometálicos em NHX, fornecida pelo transmissor de vazão volumétrica instalado na linha de alimentação. De
posse das informações listadas, o controlador pode calcular a ação de controle que
modificar o movimento da haste da bomba que está em operação, controlando o processo.
2.2.4: Controle de Alimentação de Tri-etil Alumı́nio
A figura 2.12 apresenta um esquemático da malha de controle regulatório da
alimentação de tri-etil alumı́nio.
Como existe apenas uma linha de alimentação ambos os dois reatores, não
25
Figura 2.12: Controle das malhas de alimentação de tri-etil alumı́nio.
existe outra opção senão alimentar os dois reatores por meio de uma única linha
de alimentação. Neste caso, apenas um dos reatores terá a concentração de tri-etil
alumı́nio controlada: o reator que possuir a concentração mais próxima do seu valor
de referência desejada. O outro reator deverá ter sua concentração monitorada pelo
operador do processo. Novamente, a referência de vazão desejada é calculada com
as seguintes informações: o valor desejado de concentração para o reator, informado
pelo operador do processo; a vazão total de NHX para o reator e a concentração
da solução de tri-etil alumı́nio no vaso de armazenamento. O controlador necessita
também da informação do modo de operação dos reatores, se é série ou paralelo,
pois o cálculo da referência de vazão de solução para a operação no modo série é diferente do cálculo para o modo paralelo. O transmissor de vazão volumétrica instalado
na linha fornece o valor da variável de processo ao controlador de vazão, que calcula
a ação de controle a ser enviada para a bomba que está em operação.
26
2.3: Algumas Observações
Este projeto de sintonia previa a configuração de outras duas malhas, ambas
de vazão de relação molar H2 /C2 2 . O objetivo destas malhas seria manter a relação
molar o mais constante possı́vel. Porém, as medições das quantidades molares de
H2 e de C2 são feitas por meio de análises realizadas em cada um dos fluxos de
alimentação e, os resultados destas análises são obtidos apenas de dez em dez minutos, inviabilizando a sintonia destas malhas.
Além deste grande intervalo existente entre as medições das quantidades molares, as malhas de controle de pressão no interior dos reatores não estão em automático. Como a atuação nestas malhas de relação molar seria feita sobre a vazão de
H2 , um aumento na vazão de C2 representaria um aumento na vazão de H2 , situação
esta que poderia elevar a pressão no interior dos reatores a nı́veis perigosos.
Outra observação a ser mencionada é que, por motivos operacionais, a malha de tri-etil alumı́nio não havia sido implementada até o momento em que este relatório foi elaborado. Como apenas a produção de alguns polı́meros necessita da
alimentação desta substância, é necessário aguardar que uma campanha para a
produção de um destes polı́meros seja agendada para que a malha de tri-etil alumı́nio
possa ser sintonizada.
2
Relação entre a quantidade de gás hidrogênio e a quantidade de etileno alimentados para os reatores.
27
Capı́tulo 3: Repotencialização da Instrumentação de
um Compressor de Butadieno
O objetivo deste empreendimento, que até o momento da elaboração deste
documento encontrava-se na fase de Detalhamento, é a substituição dos instrumentos
obsoletos do painel de um compressor de butadieno1 , os quais são utilizados para
fazer a proteção e o monitoramento da máquina, de forma a aumentar a confiabilidade
das malhas de monitoramento e intertravamento. As atividades deste projeto podem
ser resumidas no seguites tópicos:
- Substituição de todos os cabos e elementos sensores do sistema de monitoração
de vibração e deslocamento do eixo do compressor;
- Substituição dos transmissores de pressão e das malhas de acionamento de
alarme de temperatura alta na descarga dos estágios do compressor;
- Substituição dos transmissores de acionamento de alarme e controle de nı́vel
dos vasos de sucção e interestágio, com a implementação da lógica de votação
2oo32 para o acionamento de alarme;
- Substituição dos atuais pressostatos de acionamento de alarme por novos transmissores;
- Substituição de todos os sensores de temperatura e adequação dos componentes das malhas;
- Substituição dos sensores de fim de curso da válvula de reciclo e da válvula
manual de sucção;
- Substituição do pressostato de comutação das bombas do sistema de óleo de
lubrificação.
- Instalação de dois novos transmissores para as indicações de pressão de nitrogênio de selagem dos estágios.
1
É um gás liquefeito do petróleo, altamente inflamável e cancerı́geno, utilizado na fabricação de borracha
sintética e de materiais plásticos e acrı́licos. Sua fórmula quı́mica é o C4 H6 .
2
Lógica de votação 2 de 3.
28
O escopo das atividades de automação, de responsabilidade da Chemtech, é o
carregamento no DCS instalado na área de extração de butadieno dos novos pontos
de monitoramento analógico, previstos na fase do Projeto Básico. Estas atividades
são as seguites:
- Carregamento de seis pontos de medição de nı́vel referentes ao alarme e controle de nı́vel dos vasos de sucção e interestágio;
- Carregamento de seis pontos de medição de pressão, sendo que quatro deles
estão substituindo os pressostatos existentes e os demais são as medições novas de pressão de nitrogênio de selagem dos estágios;
- Carregamento de dois pontos de medição de temperatura, referentes ao acionamento do alarme de temperatura alta na descarga dos estágios do compressor.
Além do carregamento dos pontos no DCS, estes pontos também serão carregados no sistema de informação PIMS.
A participação do acadêmico nas atividades deste projeto restringiu-se a fase
de Detalhamento, sendo as demais fases do projeto desenvolvidas por outros funcionários da empresa. Quanto as atividades de execução do projeto, estas previstas
para iniciarem na segunda quinzena de Maio/2007.
3.1: Descrição das Atividades de Automação
A figura 3.1 apresenta o esquemático do compressor, já considerando os novos
instrumentos propostos pelo projeto instalados.
Todos os instrumentos previstos neste projeto são analógicos e operam sob o
padrão de campo 4 ∼ 20mA. Estes instrumentos transmitem suas leituras até um
armário auxiliar, onde estão acomodados os cartões de condicionamento de sinal,
que convertem o sinal de 4 ∼ 20mA em um sinal de 1 ∼ 5V. Deste armário auxiliar, os
sinais são encaminhados ao armário da estação de controle, onde está acomodada a
CPU do DCS. A partir da estação o controle, as informações dos sensores de campo
são transmitidos, via rede proprietária do fornecedor do DCS, até as estações de
operação do processo.
Além de transmitir as informações dos sensores de campo até as estações
de operação, as estações de controle transmitem estas informações até o sistema
29
Figura 3.1: Representação esquemática do compressor.
de informação PIMS. Como o sistema de informação não reconhece o padrão de
transmissão utilizado pelo DCS, um servidor OPC - Object Linking and Embedding for
Process Control 3 é necessário para converter as informações dos sensores em um
padrão reconhecı́vel pelo PIMS.
A figura 3.2 apresenta o funcionamento esquemático da lógica 2oo3 proposta
para os alarme de nı́vel dos tanques de sucção e de interestágio. A implementação
desta lógica no DCS será realizada da seguinte forma. A informação de nı́vel deve
ser comparada tomando-se os transmissores dois a dois, diminuindo-se o valor fornecido por um instrumento do valor fornecido pelo outro e extraindo-se o módulo do
resultado. Note que está operação é realizada em três formas de agrupamento dos
transmissores. Se o resultado da operação for maior que o valor de 10% do fundo de
escala dos instrumentos em pelo menos duas comparações dentre as três possı́veis,
um alarme é acionado indicando a ocorrência desta anormalidade.
A figura 3.3 apresenta a tela de operação implementada no DCS para o monitoramento dos transmissores instalados. Apenas as informações dos transmissores de pressão de selagem de N2 dos estágios do compressor. As informações dos
3
Object Linking and Embedding for Process Control - é a especificação de um padrão aberto, desenvolvido
em 1996 por uma força tarefa de automação industrial, para comunicação em tempo-real das informações de
processo entre os sistemas de controle e supervisão de diferentes fabricantes.
30
Figura 3.2: Lógica 2oo3 para acionamento dos alarmes de nı́vel.
outros transmissores não são apresentas na tela gráfica para evitar redundância de
informação, já que os serviços fornecidos pelos demais transmissores são redundantes e já estão presentes na tela de operação do processo.
Figura 3.3: Tela gráfica de monitoramento do compressor.
31
Capı́tulo 4: Instalação de Válvulas de Isolamento de
Grandes Inventários
Este projeto, que encontrava-se na fase de Detalhamento no momento da elaboração deste relatório, tem por objetivo a instalação de válvulas para o isolamento de
grandes inventários da área de extração de butadieno de uma indústria petroquı́mica.
A instalação destas válvulas segue recomendações de empresas de seguro ou por
estudos internos de HAZOP - Hazard and Operability Study 1 .
Tanto a indústria petroquı́mica quanto a indústria do petróleo têm sofrido grandes perdas por explosões decorrentes de vazamentos de hidrocarbonetos lı́quidos
inflamáveis e voláteis. Como forma de minimizar o envio de produto para a atmosfera, reduzindo o impacto destes eventos sobre as pessoas e sobre o patrimônio da
empresa, as Companhias Seguradoras recomendam a instalação de válvulas operadas remotamente para isolamento dos maiores inventários de hidrocarbonetos. Este
isolamento deve ocorrer entre os inventários de hidrocarbonetos e os equipamentos
com probabilidade de falha elevada, como por exemplo, vasos que alimentam bombas.
Estas válvulas são usualmente denominadas de EIV - Emergency Isolation Valves ou
ROV - Remote Operated Valves.
O acionamento das válvulas, segundo as premissas do projeto, deve ocorrer de
quatro formas possı́veis:
- Pelo campo, através de uma botoeira local, posicionada a uma distância segura
dos equipamentos protegidos, distantes de fontes permanentes de ignição e em
locais de fácil acesso em caso de fogo. As botoeiras devem ser do tipo push botton, protegidas por caixas de aço inoxidável. Uma sinalização de campo deverá
ser instalada acima desta botoeira, por exigência da Companhia Seguradora, informando qual válvula é acionada pela botoeira, a sua função e o equipamento
a que a válvula está associada;
- Pela sala de operação do processo, de duas formas possı́veis: pelas botoeiras
que serão instaladas para acinomentos individual de cada válvula ou pela botoeira responsável pela parada de todo o processo em situações de emergência;
1
Hazard and Operability Study - é uma técnica para identificação de perigos projetada para estudar possı́veis
desvios (anomalias) de projeto ou na operação de uma instalação
32
- Por dispositivo instalado na própria válvula, que em caso de fogo, irá derreter e
atuar sobre a válvula, fechando-a.
As válvulas serão instaladas em equipamentos atendendo os critérios abaixo,
conforme recomendação da seguradora AIG Europe:
- Vasos contendo inventários acima de 5 toneladas de hidrocarbonetos, que são
gases a temperatura ambiente e liquefeitos por pressão, tipicamente composição
variando de C2 − C4 ;
- Vasos contendo inventários acima de 10 toneladas de hidrocarbonetos, que não
são gases a temperatura ambiente, porém estão a 10o C acima do ponto de
ebulição a pressão ambiente, tipicamente composição variando de C5 − C9 , podendo incluir hidrocarbonetos com um número de carbonos superior;
- Recomendação especialmente válida para linhas que alimentam sucção de bombas e fornos com combustão interna.
Os valores adotados para inventários, 5 e 10 toneladas, foram recomendados
pela Companhia Seguradora, com base em informações da OSHA - Occupational
Safety and Health Administration - USA2 .
Seguindo as recomendações, foram identificados nove locais que necessitam
da instalação de válvulas para o isolamento de grandes inventários de butadieno. O
escopo de atividades de automação deste projeto, de responsabilidade da Chemtech,
prevê o monitoramento do estado das nove válvulas através do carregamento das
chaves de fim de curso no DCS instalado na área de extração de butadieno.
A participação do acadêmico nas atividades deste projeto restringiu-se a fase
de Detalhamento, sendo as demais fases do projeto desenvolvidas por outros funcionários da empresa. Quanto as atividades de execução do projeto, estas previstas
para iniciarem na segunda quinzena de Maio/2007.
4.1: Descrição das Atividades de Automação
A figura 4.1 apresenta o esquemático de um dos vasos onde deve ser instalada
uma válvula de isolamento.
2
Occupational Safety and Health Administration - é uma entidade que estabelece normas com o objetivo
de garantir a segurança e a saúde dos trabalhores em seus locais de trabalho.
33
Figura 4.1: Representação esquemática da instalação das válvulas.
Todas as válvulas a serem instaladas para este projeto possuem duas chaves
de fim de curso, uma indicando válvula fechada e a outra indicando válvula aberta.
O sinal destas chaves é transmitido até um armário auxiliar, onde elas são ligadas a
uma régua de borneiras. Destas régua de borneiras, o sinal das chaves é encaminhado até a estação de controle de campo da área. A partir da estação o controle, as
informações dos fins de curso são transmitidos, via rede proprietária do fornecedor do
DCS, até as estações de operação do processo.
Com os sinais das chaves de fim de curso das válvulas carregados no DCS,
uma lógica para o monitoramento do estado de cada válvula pode ser configurada. As
chaves de fim de curso operam da seguinte forma:
• Fim de curso de válvula aberta:
- O nı́vel lógico “1” indica válvula totalmente aberta ;
- O nı́vel lógico “0” indica válvula entreaberta ou fim de curso com problema;
• Fim de curso de válvula fechada:
- O nı́vel lógico “1” indica válvula entreaberta ou fim de curso com problema;
- O nı́vel lógico “0” indica válvula totalmente fechada.
Conhecendo este comportamento, pode-se montar a lógica de monitoramento.
A figura 4.2 apresenta a máquina de estados que implementa esta lógica.
34
Figura 4.2: Lógica de sinalização da condição das válvulas.
Este monitoramento é importante, pois, além fornecer o estado da válvula ao
operador na sala de controle, evita o comprometimento dos componentes mecânicos
das válvulas. Devido ao comportamento on-off destas válvulas, seus obturadores
não são projetados para manter a válvula entreaberta, de modo que esta condição
pode danificá-lo. Portanto, a condição de válvula entreaberta é permissı́vel por pouco
segundos, tempo suficiente para haver a mudança de estado da válvula de aberta
para fechada ou vice-versa. Nesta lógica proposta, quando a condição da válvula
muda para entreaberta, um temporizador é ligado; se o estado da válvula muda antes
do temporizador terminar a contagem, nenhum alarme é acionado e o temporizador é
desligado. Porém, se o estado da válvula não muda após o temporizador terminar a
contagem, um alarme é acionado, evitando o deterioramento do obturador da válvula.
A figura 4.3 apresenta o esquema de cores adotado para a sinalização do estado da
válvula na tela de operação do DCS.
Este alarme de válvula entreaberta evita também que ocorra o fenômeno de
cavitação no sistema de bombeamento devido a menor vazão de fluı́do em decorrência
da obstrução provocada pelo obturador da válvula. A figura 4.4 apresenta um exemplo de parte da tela de operação implementada no DCS para o monitoramento das
válvulas previstas neste projeto.
35
Figura 4.3: Esquema de representação dos estados das válvulas.
Figura 4.4: Exemplo de tela de monitoramento do estado das válvulas.
36
Capı́tulo 5: Análise de Resultados do APC de uma
Unidade de Aromáticos
Este capı́tulo apresenta as atividades desenvolvidas no projeto de análise de
resultados dos sistemas de controle avançado, instalados em uma unidade de beneficiamento de nafta1 . O objetivo deste projeto, que se enquadra na fase de Avaliação
de Performance da sitemática de investimentos apresentada no item 1.2, é analisar,
de maneira quantitativa, os resultados e benefı́cios advindos da implantação do APC
- Advanced Process Control em quatro processos distintos da unidade de beneficiamento de nafta:
- Processo de Extração de Isopreno;
- Processo de Fracionamento de Compostos Aromáticos;
- Processo de Fracionamento de Nafta;
- Processo de Reforma Catalı́tica.
As análises realizadas neste projeto objetivam determinar se os sistemas APC
melhoraram o desempenho e o rendimento dos processos, comparando um perı́odo
onde não ocorre a atuação dos sistemas de controle sobre os processos com um
perı́odo onde ocorre a atuação dos sistemas de controle. Esta comparação é quantificada em valores monetários, determinando se houveram melhorias no desempenho
dos processos. Para tais análises, foram determinadas as variáveis dos processos sob
o controle dos sistemas APC que indicam melhorias no desempenho e no rendimento
dos processos.
Os itens subseqüentes deste capı́tulo apresentam: uma breve descrição de
cada um dos processos sob análise, os objetivos esperados com a aplicação dos
sistemas APC, a metodologia de análise utilizada para a determinação dos resultados
de avaliação, os cálculos realizados na determinação dos resultados quantitativos e,
os resultados de análise obtidos.
1
A nafta é um derivado de petróleo utilizada principalmente como matéria-prima da indústria petroquı́mica
na produção de eteno e propeno, além de outras frações lı́quidas, como benzeno, tolueno e xilenos.
37
5.1: Descrição do Processo
5.1.1: Processo de Extração de Isopreno
O processo de extração de isopreno tem por objetivo produzir 2-metil-1,3-butadieno de alta pureza para a indústria de borracha sintética e de borracha termoplástica
SIS 2 , a partir de um corte C5 de gasolina de pirólise. A separação do isopreno é realizada a partir do processo de destilação extrativa, utilizando como solvente uma mistura de acetonitrila, água, álcool alı́lico e acetona, seguida de um super-fracionamento
que permite especificar o teor de pureza do produto. O processo pode ser dividido
em cinco seções: preparação de carga, extração, recuperação de solvente, remoção
de enxofre e fracionamento. O controle avançado foi implantado apenas na seção de
fracionamento. A figura 5.1 apresenta um diagrama esquemático da seção de fracionamento do processo de extração de isopreno.
Figura 5.1: Representação do processo de extração de isopreno.
A purificação do isopreno é realizada em duas colunas de super-fracionamento:
uma primeira coluna responsável pela remoção de compostos leves e uma segunda
coluna responsável pela remoção de compostos de pesados. O isopreno produto é
obtido no topo da coluna de remoção de compostos pesados, com pureza acima de
99,5%.
2
SIS - é um tipo de cadeia flexı́vel, conhecida como poli-isopreno, da qual os elastômeros (borrachas)
termoplásticos são constituı́dos.
38
A coluna de remoção de compostos leves tem como função especificar de forma
rigorosa o isopreno em relação a compostos mais leves, como o pentadieno-1,4 e o
butino-2. Devido ao risco de explosividade deste último composto, faz-se necessário
perder no mı́nimo uma certa quantidade de isopreno pelo topo deste equipamento,
mantendo a concentração de butino-2 em no máximo 55%.
Já a coluna de remoção de compostos pesados tem como função especificar
de forma rigorosa o isopreno em relação a compostos mais pesados, como o ciclopentadieno e piperilenos3 .
5.1.2: Processo de Fracionamento de Aromáticos
O processo de fracionamento de aromáticos tem por objetivo produzir benzeno
e tolueno de alta pureza a partir do fracionamento dos produtos oriundos do extrato
processo de extração de aromáticos. Além disto, esta área é responsável por produzir uma fração de xilenos mistos, como etil-benzeno. O processo utilizado no fracionamento de aromáticos é a destilação dos diversos componentes por meio de um
conjunto de colunas de fracionamento. O processo é composto de quatro seções:
- Coluna de Argila;
- Coluna de Benzeno;
- Coluna de Tolueno;
- Coluna de Xilenos.
O controle avançado foi implantado apenas nas colunas de benzeno e de tolueno. A figura 5.2 apresenta um diagrama esquemático das seções do processo de
fracionamento de aromáticos.
Após submeter a carga ao tratamento na coluna de argila, a corrente de produto da coluna de argila é encaminhada para a coluna de benzeno. Nesta coluna,
o benzeno é extraı́do com pureza 99,95% pelo topo da coluna. A corrente de fundo
da coluna de bezeno, composta por tolueno, xilenos e uma pequena fração de compostos não-aromáticos, é enviada para a coluna de tolueno. No topo desta coluna, o
tolueno é extraı́do com 99,9% de pureza. A corrente de fundo da coluna de tolueno é
processada na coluna de xilenos.
3
Piperileno - também conhecido como pentadieno-1,3. Este composto é utilizado como um monômero
intermediário na fabricação de plásticos, resinas e adesivos.
39
Figura 5.2: Representação do processo de fracionamento de aromáticos.
5.1.3: Processo de Fracionamento de Nafta
A figura 5.3 apresenta um diagrama esquemático do processo de fracionamento
de nafta.
Figura 5.3: Representação do processo de fracionamento de nafta.
Este processo é responsável por tratar a nafta bruta para a produção de nafta
média e por fracioná-la adequadamente para a produção de compostos aromáticos
para o prcesso de reforma catalı́tica. O processo é composto por três colunas de
40
destilação. Na primeira coluna, grande parte dos compostos C6 e dos compostos leves
são separados da nafta bruta, sendo retirados pelo topo da coluna. Estes compostos,
percussores para a formação do benzeno, são enviados para o processo de reforma
catalı́tica. Parte da corrente de topo desta primeira coluna é enviada diretamente para
armazenamento e a outra parte é enviada para a coluna de nafta leve, onde parte do
GLP - Gás Liquefeito do Petróleo é recuperado. O GLP na fase gasosa, proveniente
do topo da coluna de nafta leve, pode ser enviado para uma planta de etileno ou para
o armazenamento. A corrente de fundo da coluna de nafta bruta é enviada para a
coluna de nafta pesada.
Na coluna de nafta pesada, a nafta média é separada da nafta pesada, procurando maximizar a corrente de nafta média para a recuperação dos hidrocarbonetos
com mais de oito átomos de carbono.
As colunas de nafta bruta e de nafta pesada interagem termicamente. A nafta
bruta, vinda dos tanques de armazenamento, primeiro passa pelo topo de um condensador da coluna de nafta pesada. Em seguida, esta corrente passa pela jaqueta
de um trocador de calor, que resfria a corrente de fundo da coluna de nafta pesada.
A nafta bruta, agora parcialmente vaporizada, é conduzida para o tanque tanque de
separação. A parte gasosa da nafta neste tanque entra diretamente na coluna de nafta
bruta. A parte lı́quida também entra na coluna, porém sob a restrição do controle de
nı́vel da coluna.
5.1.4: Processo de Reforma Catalı́tica
A figura 5.4 apresenta um diagrama esquemático do processo de reforma catalı́tica.
Este processo produz compostos aromáticos a partir de compostos naftênicos
e parafı́nicos. Ele também produz hidrogênio, que é usado no próprio processo ou em
outros processos do complexo industrial.
O processo é do tipo semi-regenerativo, sendo interrompido quando há necessita de regeneração do catalisador. Existem quatro reatores em série que utilizam platina e rênio como catalisador em uma base de alumı́nio. Os efluentes da reação são
condensados e a parte gasosa é reciclada de modo a evitar a formação de coque. A
parte lı́quida é enviada para a coluna depentanizadora, onde a fração leve é removida.
O produto de fundo desta coluna, que contém todos os compostos com mais de seis
41
Figura 5.4: Representação do processo de reforma catalı́tica.
átomos de carbono produzidos pelos reatores, é destinada à coluna deheptanizadora.
Na coluna deheptanizadora, a fração C6 − C7 , conhecida por reformado leve, é
separada no topo da coluna e enviada para o tanque de alimentação do processo de
extração de aromáticos, e a fração, cujos compostos possuem mais de oito átomos de
carbono, conhecida como reformado pesado, é separada no fundo da coluna e enviada
para o tanque de alimentação do complexo de aromáticos C8 +. O reformado leve
é composto basicamente de benzeno e tolueno, enquanto que o reformado pesado
é composto por xilenos e aromáticos pesados. Além das correntes de compostos
aromáticos, há também a produção de hidrogênio, gás combustı́vel e frações leves
C3 − C5 destinados a produção de GLP.
5.2: Os Objetivos do APC
O projeto de implantação dos sistemas de controle avançado nos processos
mencionados anteriormente teve por objetivo aumentar o desempenho e o rendimento
destes processos quando comparados com os perı́odos anteriores à implantação do
APC. Os itens subseqüentes apresentam os objetivos pretendidos em cada um dos
processos.
42
5.2.1: O APC do Processo de Extração de Isopreno
Entre os objetivos pretendidos com a implantação do APC no processo de
extração de isopreno, estão os seguintes:
- Aumentar a carga da coluna de remoção de compostos leves;
- Aumentar a recuperação de isopreno na coluna de remoção de compostos pesados.
Em Outubro/2006, quando ocorreu a parada deste processo para melhorias e
reparos, ambas as colunas foram retiradas do processo de extração isopreno. Por
esta razão, o aumento de carga seria um benefı́cio temporário até o momento desta
parada, enquanto que o aumento da recuperação seria um benefı́cio permanente.
5.2.2: O APC do Processo de Fracionamento de Aromáticos
Para o processo de fracionamento de aromáticos, os objetivos pretendidos com
a implantação do APC são os seguintes:
- Reduzir o consumo de vapor das colunas de benzeno e de tolueno;
- Aumentar a vazão de carga da coluna de benzeno e, por conseqüência, a produção de benzeno.
5.2.3: O APC do Processo de Fracionamento de Nafta
Neste processo, a implantação do APC visava os seguintes objetivos:
- Reduzir a variabilidade do Ponto Inicial de Destilação - IBP da coluna de nafta
bruta;
- Reduzir a variabilidade do Ponto Final de Destilação - FBP da coluna de nafta
pesada.
5.2.4: O APC do Processo de Reforma Catalı́tica
Para o processo de reforma catalı́tica, o objetivo pretendido com a implantação
do APC era a redução da severidade dos reatores do processo.
43
5.3: A Metodologia de Análise Utilizada
A metodologia de análise utilizada neste projeto é descrita pelos seguintes passos:
- Identificação das variáveis dos processos que indicam melhorias no desempenho e no rendimento com implantação dos sistemas de controle avançado. Estas
variáveis foram levantadas em conjunto com a equipe de engenharia de processos do cliente;
- Obtenção de bases comparativas utilizando os dados capturados antes da implantação dos sistemas de controle avançado, descartando os pontos espúrios
devido à ocorrência de distúrbios (parada do processo, entre outros);
- Obtenção dos valores para comparação, considerando um perı́odo após a implantação do APC;
- Elaboração dos cálculos para quantificar os resultados oriundos da implantação
do APC;
- Elaboração dos relatórios, consolidando todas as informações levantadas.
As variáveis definidas para a análise dos benefı́cios obtidos com a implantação
sistemas de controle foram as seguintes:
• Processo de extração de isopreno
- Recuperação de isopreno na coluna de remoção de compostos pesados.
• Processo de fracionamento de aromáticos
- Produção de benzeno na coluna de benzeno;
- Consumo de vapor nas colunas de benzeno e de tolueno.
• Processo de fracionamento de nafta
- Variabilidade do IBP da coluna de nafta bruta;
- Variabilidade do FBP da coluna de nafta pesada.
• Processo de reforma catalı́tica
- Severidade dos reatores.
44
5.4: Os Cálculos Realizados
Neste item são apresentados os cálculos realizados na determinação dos benefı́cios quantitativos da implantação dos sistemas de controle avançado.
5.4.1: Os Cálculos para o Processo de Extração de Isopreno
A equação 5.1 apresenta o cálculo de recuperação de isopreno. Este cálculo
fornece um valor percentual de quanto isopreno é recuperado na coluna de remoção
de compostos pesados.
Recuperação =
onde:
α
β−
γ
100
·δ
(5.1)
- α é a média da vazão de isopreno obtida no topo da coluna de remoção de
compostos pesados;
- β é a média da vazão de carga da coluna de remoção de compostos leves;
- γ é a média da percentagem de butino-2 existente na corrente de saı́da da coluna
de remoção de compostos leves;
- δ é a média da vazão de saı́da da coluna de remoção de compostos leves.
De posse desta equação, o aumento na recuperação de isopreno pode ser mensurado, diminuindo o valor de recuperação obtido num perı́odo após a implantação do
APC pelo valor de recuperação obtido num perı́odo anterior a implantação do APC.
5.4.2: Os Cálculos para o Processo de Fracionamento de Aromáticos
A equação 5.2 apresenta o cálculo de aumento de produção de benzeno.
Aumento de Produção = ᾱ − β̄
(5.2)
onde:
- ᾱ é a média da vazão de benzeno produto obtida no topo da coluna de benzeno
após a implantação do APC;
45
- β̄ é a média da vazão de benzeno produto obtida no topo da coluna de benzeno
antes da implantação do APC.
Já a equação 5.3 apresenta o cálculo de redução do consumo de vapor das
colunas de benzeno e de tolueno por unidade de carga da coluna de benzeno.
Redução no Consumo de Vapor =
α γ
−
β
δ
(5.3)
onde:
- α é a média do consumo total de vapor de ambas as colunas após a implantação
do APC;
- β é a média da vazão de carga da coluna de benzeno após a implantação do
APC;
- γ é a média do consumo total de vapor de ambas as colunas antes da implantação do APC;
- δ é a média da vazão de carga da coluna de benzeno antes da implantação do
APC.
Como o resultado obtido na equação 5.3 é a redução no consumo de vapor nas
colunas por unidade de carga, para se obter a redução total no consumo de vapor, o
resultado da equação deve ser multiplicado pela média de vazão de carga da coluna
de benzeno após a implantação do APC.
5.4.3: Os Cálculos para o Processo de Fracionamento de Nafta
A equação 5.4 apresenta o cálculo de variabilidade, utilizado tanto para o FBP
e quanto para o IBP, no processo de fracionamento de nafta.
Variabilidade =
s
Pn
(αi − ᾱ)2
n−1
i=1
(5.4)
onde:
- ᾱ é a média do conjunto de valores coletados, tanto para o FBP quanto para o
IBP;
46
- αi é a i-ésima amostra do FBP ou do IBP, dependendo de qual cálculo está
sendo realizado;
- n é o número de amostras coletadas.
Para se obter a redução da variabilidade, tanto para o FBP quanto para o IBP,
deve-se subtrair do valor de variabilidade obtido num perı́odo após a implantação APC,
o valor de variabilidade obtido num perı́odo anterior a implantação do APC.
5.4.4: Os Cálculos para o Processo de Reforma Catalı́tica
A equação 5.5 apresenta o cálculo de severidade dos reatores do processo de
reforma catalı́tica. Para este cálculo, utilizou-se a fórmula do WAIT - Weighted Average
Inlet Temperature para quantizar a severidade dos reatores.
WAIT =
4
X
%i · τ̄i
(5.5)
i=1
onde:
- %i é a percentagem de catalisador utilizada no reator i;
- τ̄i é a temperatura média da carga do reator i.
5.5: Os Resultados Observados
Nesta seção, os resultados comparativos são apresentados. Para o processo de
extração de isopreno, verificou-se um aumento de aproximadamente 2, 3% na recuperação de isopreno na coluna de remoção de compostos pesados, após a implantação
do APC. Também observou-se um aumento de aproximadamente 10% na vazão de
carga da coluna de remoção de compostos leves.
Para o processo de fracionamento de aromáticos, observou-se, após a implantação do APC, um aumento na produção de benzeno superior a 4, 4%. Quanto ao
consumo de vapor pelas colunas de benzeno e tolueno, houve uma redução superior
a 9, 5% no consumo de vapor.
Quanto ao processo de fracionamento de nafta, foi verificada uma redução superior a 30% na variabilidade do IBP e uma redução superior a 27% na variabilidade
47
do FBP, após a implantação do APC.
Por fim, observou-se uma redução superior a 60% no valor de severidade dos
reatores do processo de reforma catalı́tica com a implantação do APC.
48
Capı́tulo 6: Conclusões e Perspectivas
Este relatório apresentou as atividades desenvolvidas pelo acadêmico na empresa Chemtech, durante o perı́odo da disciplina de Projeto de Fim de Curso. Estas
atividades constituı́ram-se no desenvolvimento de determinadas fases de quatro projeto de controle e automação para uma indústria do setor petroquı́mico. Todas as
atividades mencionadas neste relatório foram encerradas até o final de Março/2007.
O projeto apresentado no capı́tulo 2 foi de extrema importância para o cliente,
pois permitiu que determinadas malhas de controle de vazão, consideradas crı́ticas
para o funcionamento do processo de produção PEAD, fossem fechadas e colocadas
em automático. O último levantamento realizado no processo, em Abril/2007, mostrou
que todas as malhas sintonizadas pelo projeto estão funcionando adequadamente.
A importânica deste funcionamento adequado é que a Chemtech iniciou o projeto
de implantação do APC neste processo, e uma das premissas para o funcionamento
adequado do sistema de controle avançado é a correta sintonia das malhas de controle
local.
Quanto aos projetos apresentados nos capı́tulos 3 e 4, ambos serão executados em Maio/2007. Estes dois projetos têm por objetivo aumentar a segurança do
processo de extração de butadieno. Como foi mencionado, o butadieno é um composto extremamente inflamável, capaz de causar grandes explosões se não manipulado adequadamente. Tanto o projeto de melhoria da instrumentação do compressor
quanto o projeto de instalação de válvulas para isolamento dos maiores inventários
de butadieno são projetos que visam aumentar a segurança do processo, prevenindo
perdas humanas e materiais.
O projeto de análise dos sistemas de controle avançado de uma unidade de
beneficiamento de nafta permitiu verificar se os objetivos propostos pelo fornecedor
do sistema foram realmente atingidos. Este projeto forneceu ao cliente os verdadeiros
resultados oriundos da implantação do APC. Também é possı́vel verificar se houve
retorno do investimento realizado na aquisição dos sistemas e, se isto ainda não ocorreu, em quanto tempo isto deve ocorrer.
Por fim, vale mencionar que o acadêmico está atualmente alocado em um projeto de migração, que tem por objetivo substituir o DCS obsoleto, instalado em duas
plantas piloto de polipropileno, por um DCS mais moderno. Para participar deste pro49
jeto, o acadêmico foi transferido do escritório da Chemtech em Salvador para o escritório localizado em Porto Alegre, já que estas plantas piloto estão localizadas no
complexo petroquı́mico de Triunfo, no Rio Grande do Sul.
50
Bibliografia
[1] Åströn, K. J., Hägglund, T. - Advanced PID Control - ISA - The Instrumentation,
Systems and Automation Society, 2006;
[2] Friedmann, P. G. - Automation and Control Systems Economics, 2nd edition - ISA
- The Instrumentation, Systems and Automation Society, 2006;
[3] Mattos, E. E., Falco, R. - Bombas Industriais, 2a edição - Editora Interciência,
1998;
[4] ANSI/ISA-S5.1-1984 - Instrumentation Symbols and Identification;
[5] ANSI/ISA-S5.2-1976 - Binary Logic Diagrams for Process Operations;
[6] ISA-S5.3-1983 - Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display Instrumentation, Logic and Computer Systems;
[7] ANSI/ISA-S5.4-1991 - Instrument Loop Diagrams;
[8] ANSI/ISA-S5.5-1985 - Graphic Symbols for Process Displays.
51
Anexo A : Cronogramas das Atividades Desenvolvidas
Neste anexo, são apresentados os cronogramas atualizados em Abril/2007 dos
projetos em que o acadêmico esteve trabalhando durante o perı́odo compreendido
entre Setembro/2006 e Março/2007, em formato de diagramas Gantt.
Figura A.1: Cronograma do Projeto do Capı́tulo 2.
52
Figura A.2: Cronograma do Projeto do Capı́tulo 3.
Figura A.3: Cronograma do Projeto do Capı́tulo 4.
Figura A.4: Cronograma do Projeto do Capı́tulo 5.
53
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