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Alivie a pressão dos processos de petróleo e gás

Uma redução de riscos adequada requer sistemas de despressurização eficientes em processos de petróleo e de gás. As soluções avançadas da Metso oferecem a inteligência necessária para despressurizar válvulas com segurança e confiança.

Atualmente, as instalações de processamento de petróleo e gás têm enfrentado desafios para atender às exigências ambientais e de saúde e segurança, enquanto continuam maximizando a produtividade e a qualidade de seus produtos. Com o preço da eletricidade subindo, as unidades de processamento estão sendo constantemente desafiadas a desenvolver ainda mais seus processos e elevar ao máximo a produção de produtos valiosos sem consumir tanta energia. As metas de tempo de operação das fábricas está crescendo, o que significa que a confiabilidade e a segurança dos equipamentos também são colocadas em xeque. Sistemas de despressurização são usados para reduzir o potencial de falhas em situações que envolvam superaquecimento, como incêndios. Quando a temperatura do metal aumenta por causa do fogo, reações de processos exotérmicos ou de fuga, pode alcançar um nível capaz de causar uma ruptura por tensão. A despressurização reduz a tensão interna, aumentado a vida útil do vaso a uma determinada temperatura. Uma válvula de alívio não é capaz de oferecer uma redução de riscos adequada, nem a segurança necessária para despressurizar um vaso: ela só pode limitar a pressão para que não exceda o limite predeterminado para o processo. Logo, válvulas de despressurização são utilizadas para reduzir o risco de perder a integridade dos equipamentos.

“Com o preço da eletricidade subindo, as unidades de processamento estão sendo constantemente desafiadas a desenvolver ainda mais seus processos e elevar ao máximo a produção de produtos valiosos de uma forma que não consuma tanta energia." Sari Aronen, engenheira de aplicações, Metso

Exigências e práticas do sistema

Em muitos casos, uma fábrica ou unidade de processamento é equipada com dois tipos diferentes de sistemas de despressurização: um sistema lento e um sistema rápido. O sistema lento também pode ser chamado de sistema de despressurização operacional, e o rápido pode ser chamado de sistema de despressurização de emergência. A capacidade das válvulas deve equivaler precisamente às condições do processo para garantir a despressurização não seja feita rápida demais.

Exemplo de um sistema de despressurização para um reator de hidroprocessamento.Uma exigência típica em caso de emergência é que o sistema de despressurização deve reduzir a pressão do vaso a um determinado valor (ex.: 50%) do nível do projeto, dentro de uma faixa de despressurização que pode levar de vários minutos a quase uma hora. Sempre deve existir a possibilidade de operação remota, mas a despressurização pode ser iniciada automaticamente por um sinal enviado pelo sistema de parada de emergência. O fluido (gás) despressurizado é levado do vaso de pressão a um sistema de descarte projetado especificamente para este propósito, como o queimador. A capacidade do queimador geralmente limita o uso de múltiplas válvulas de despressurização ao mesmo tempo. Geralmente, as taxas de despressurização devem ser maximizadas dentro da capacidade total do sistema do queimador.

O sistema de despressurização lenta deve ser usado no controle do processo ou outras razões operacionais. Ele deve ser utilizado como a primeira opção de controle do processo antes que o sistema rápido seja considerado. Sistemas de despressurização lenta podem ser postos para funcionar manualmente, a partir da sala de controle, no local, na área ou de modo automático pelo sistema de controle distribuído (DCS) se os limites predeterminados forem excedidos. Na maioria dos casos, o sistema de despressurização lenta é utilizado junto com um sistema de despressurização rápida de emergência. Ele deve ser fechado quando válvulas de despressurização de emergência a uma taxa alta forem operadas por causa da limitação configurada pela capacidade do queimador. Um sistema de despressurização de emergência geralmente é exigido para hidrocraqueadores, unidades de reforma catalítica e aquecedores de processo. Sistemas de despressurização rápida são usados em situações de emergência para evacuar rapidamente o sistema. Eles podem ser colocados em operação manualmente, pelo operador, ou automaticamente pelo sistema de segurança. É necessário que as válvulas ofereçam uma grande integridade na segurança para que possam reduzir os riscos de forma adequada. As exigências mais comuns incluem a equivalência entre a capacidade do obturador e as condições do processo, uma desativação confiável, capacidade de redução de ruído e controle de emissões. Atuadores devem trabalhar sozinhos e utilizar molas no sistema de abertura, pois a válvula deve ser aberta em caso de falha pneumática. Geralmente são exigidos fatores de segurança altos para o atuador (ex.: 1,5 – 2). Uma válvula de despressurização operacional geralmente é equipada com uma válvula solenoide e um controlador de válvulas para combinar duas funções. A instrumentação relacionada a uma válvula de despressurização de emergência pode ser mais complexa quando comparada a válvulas de despressurização lenta com solenoides redundantes e redundância para atender exigências maiores de segurança e confiabilidade. Um reservatório de tampão de ar de instrumentação também pode ser necessário.

Soluções
Válvula esfera inteligente bi-apoiada e com sede metálica  para uma aplicação de despressurização de emergência, equipada com Q-trim e o controlador de válvulas de segurança Neles ValvGuard. A escolha do tipo de válvula depende das condições do projeto do processo e das especificações do usuário final. Válvulas rotativas são consagradas e amplamente usadas desde aplicações operacionais normais a aplicações complexas e exigentes de despressurização de emergência, pois oferecem uma solução confiável com ampla margem de regulação, precisão no controle e estanqueidade duradoura. O engaxetamento por mola rotativa reduz as perdas e produtos e a emissão por meio da haste. As emissões que passam pelo obturador da válvula são minimizadas pelo design de alta vedação das válvulas on/off. Válvulas bi-apoiadas e com sede metálica se provaram uma ótima escolha de muitos usuários finais para aplicações de despressurização em diversos projetos de petróleo e gás. A capacidade exigida pode ser alcançada de acordo com as especificações com Q-trims® de capacidade especial customizados . Além disso, os Q-trims padrão aliados à placa de atenuação oferecem os meios para atender à capacidade e, às vezes, também são utilizadas chaves de fim de curso nos atuadores. As válvulas de despressurização de emergência devem ser escolhidas e dimensionadas com cautela.

O tempo de despressurização pode precisar ser ajustado para verificar o desempenho da válvula durante a despressurização. Para atender às exigências do processo de forma precisa, a capacidade de vazão do obturador deve sempre ser verificada por meio de testes e cálculos. Controladores de válvulas digitais inteligentes são indicados para todos os tipos de operação, desde o controle do processo até as operações rápidas de emergência. As funções de diagnóstico online e teste online de deslocamento parcial para válvulas de emergência são altamente recomendadas para aplicações críticas e exigentes, como a despressurização.

Desafio do cliente
·    A segurança da equipe operacional e da integridade dos equipamentos está na lista problemas prioritários enfrentados por instalações de processamento de petróleo e gás.
Nossa solução
·    A Metso garante uma operação eficiente dos sistemas de despressurização com uma combinação de válvulas com controladores inteligentes selecionadas e dimensionadas de forma adequada.
Principais benefícios para o cliente
·    Com as soluções da Metso para sistemas de despressurização, os clientes podem usar o planejamento de manutenção preditiva e testar o desempenho das válvulas enquanto o processo estiver em operação.

Inteligência


A queima desnecessária é algo que todo operador de planta de processamento de petróleo e gás deseja evitar, visto que é um sinal de desperdício de produto e apresenta riscos à segurança. Válvulas on/off duradouras de sede metálica e de alta vedação oferecem os meios para reduzir a queima enquanto o processo está em operação, mantendo as válvulas firmemente fechadas. Mais benefícios podem ser notados em condições de emergências de incêndio, pois elas possuem construção à prova de incêndios. As válvulas rotativas oferecem a ampla variação requerida com uma única solução em válvulas. A operação confiável da válvula é garantida mesmo em condições onde há partículas no fluido, graças ao seu design anticoagulante. Falhas ocultas podem ser reveladas sem a queima por teste de deslocamento parcial, o que é aplicado às válvulas de despressurização de emergência utilizando o ângulo morto da válvula esfera sem permitir a passagem de fluxo por meio da válvula enquanto o processo está em andamento. O teste inteligente de deslocamento parcial pode ser iniciado automaticamente por meio do DCS ou do sistema instrumentado de segurança (SIS).

Com as funções de diagnóstico integradas do controlador da válvula de segurança inteligente, o desempenho da aplicação de despressurização pode ser testado com grande cobertura de diagnósticos e sem válvulas de isolamento adicionais. Isso também oferece intervalos mais longos entre testes e aumenta o tempo de operação da unidade dentro dos níveis de integridade de segurança (SILs) estabelecidos. A disponibilidade máxima e o aumento no tempo de operação da planta são alcançados com válvulas equipadas com ferramentas de diagnósticos que sejam capazes de realizar o monitoramento de condição online. Tendências, como fatores de carregamento, emitem avisos aos usuários automaticamente, sem a necessidade de trabalho manual. Um dispositivo inteligente de deslocamento parcial agiliza o trabalho e melhora a segurança da unidade revelando falhas em toda a estrutura da válvula. Sistemas modernos de gestão de ativos oferecem ao usuário final uma oportunidade de manutenção preditiva. As falhas por motivos comuns podem ser reduzidas com controladores de válvulas inteligentes na instrumentação redundante. Substituindo uma das válvulas solenoide redundantes por um dispositivo inteligente de deslocamento parcial, as exigências de segurança podem ser atendidas utilizando uma única solução em válvulas.

Diagnósticos de válvulas em controladores de válvulas de segurança modernos, como o Neles ValvGuard™ da Metso, também estão disponíveis durante o desarme de emergência. O teste de deslocamento completo com informações de diagnóstico integradas pode ser usado como um teste durante períodos de desativação, e um relatório de testes pode ser facilmente gerado com o software de gestão de ativos. Assim sendo, controladores de válvulas inteligentes agregam valor sem testes de deslocamento parcial. Os elementos finais aprimorados (como válvulas em sistemas de despressurização) serão mais confiáveis usando ferramentas de cálculo desde o começo do projeto. Softwares, como a ferramenta de cálculo "SIL" da Metso, são capazes de verificar os níveis de integridade de segurança (SILs) e o valor de probabilidade da falha sob demanda (PFD), mesmo para complexos subsistemas de elementos finais relacionados à estrutura completa da válvula. Isso é alcançado utilizando dados comprovadamente confiáveis e precisos da área.

Conclusão

Uma redução adequada de riscos pede sistemas de despressurização em processos de petróleo e gás que envolvam chances de superaquecimento para garantir a segurança da equipe de operação e a integridade dos equipamentos. Inteligência, que leva à segurança e à confiabilidade das válvulas de despressurização, é uma combinação de válvulas confiáveis, selecionadas e dimensionadas corretamente, com controles de válvulas inteligentes. Esses fatores são essenciais para o planejamento da manutenção preditiva e para o teste do desempenho das válvulas enquanto o processo está em andamento.

Texto por Sari Aronen, Metso

Publicado na Hydrocarbon Engineering, em outubro de 2012, sob o título Take the pressure off

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