medição petróleo & gás natura_3a edq

Medio de Petrleo e Gs Natural

3. Edio

Marco Antonio Ribeiro


3a edio

Marco Antnio Ribeiro

Dedicado a todos que foram meus alunos, de quem muito aprendi e para quem pouco ensinei

Quem pensa claramente e domina a fundo aquilo de que fala, exprime-se claramente e de modo compreensvel. Quem se exprime de modo obscuro e pretensioso mostra logo que no entende muito bem o assunto em questo ou ento, que tem razo para evitar falar claramente (Rosa Luxemburg)

2003, Tek , Marco Antonio Ribeiro

Salvador, Outono 2003

Autor

Marco Antnio Ribeiro nasceu em Arax, MG, no dia 27 de maio de 1943. Formou-se pelo Instituto Tecnolgico de Aeronutica (ITA), em Engenharia Eletrnica, em 1969.

Entre 1973 e 1986, trabalhou na Foxboro, onde fez vrios cursos nos Estados Unidos (Foxboro, MA e Houston, TX) e em Buenos Aires, Argentina.

Desde 1987, dirige a Tek (*)Treinamento e Consultoria Ltda., firma pequenssima voltada para treinamento na rea de Instrumentao, Controle de Processo, Medio de Vazo, Clculo de Incerteza na Medio, Metrologia Industrial, Instalaes Eltricas em reas Classificadas. certamente difcil ser um especialista competente em numerosos assuntos to eclticos, porm ele se esfora continuamente em s-lo.

Gosta de xadrez, corrida, fotografia, msica de Beethoven, leitura, trabalho, curtir os filhos e a vida.

J correu trs maratonas, a melhor em 3 h 13 m 11 s e a pior em 3 h, 28 m 30 s. Diariamente corre entre 8 e 12 km, s margens do oceano Atlntico. Semanalmente participa de torneios de xadrez relmpago e nas horas de descanso entre os cursos e consultorias, joga xadrez atravs da Internet. Possivelmente, o melhor jogador de xadrez entre os corredores e o melhor corredor entre os jogadores de xadrez, o que realmente no grande coisa e tambm no contribui nada para a Medio de Petrleo e Gs Natural.

(*) Tekinfim (Tek) foi seu apelido no ITA, pois s conseguiu entrar l na terceira tentativa. Mas o que conta que entrou

e saiu engenheiro. O que foi um grande feito para um bia fria do interior de Minas Gerais.

Prefcio Atualmente, no Brasil, a movimentao, transporte e armazenamento de leo e

gs natural devem atender as exigncias da Agencia Nacional de Petrleo. Por isso, todo o pessoal tcnico envolvido devem ser familiarizado com os equipamentos de produo tpicos e instrumentos de medio associados, localizados nas reas de produo, e com as finalidades e a interao desses equipamentos.

Este trabalho serve como material didtico de curso ministrado para engenheiros e tcnicos a Petrobras, em vrias cidades do Brasil. Ele tem o seguinte roteiro:

Petrleo e gs natural, onde so mostrados rapidamente os equipamentos e processos de tratamento de produtos.

Conceitos de Medio, onde so vistos os principais instrumentos para medir as Variveis Auxiliares da medio de vazo e nvel, como presso, temperatura, densidade, anlise. As variveis vazo e nvel so to importantes, por causa da transferncia de custdia ou medio fiscal, que sero vistas parte, em outros captulos dedicados.

Conceitos de Automao, principalmente os referentes ao sistema SCADA (Controle Supervisrio e Aquisio de Dados) que o sistema padro de facto usado para monitorar a movimentao e armazenamento de produtos.

Conceitos de Metrologia, que trata das unidades do Sistema Internacional de Unidades (SI), Algarismos Significativos, Estatstica da Medio e da Confirmao Metrolgica dos instrumentos. Neste captulo tambm so vistas as Incertezas na Medio, sistemticas e aleatrias.

Medio de Vazo, onde so vistos os principais medidores de vazo dos produtos em linha, como Placa de Orifcio, Turbina, Deslocamento Positivo, Coriolis e Ultra-snico.

Medio de Nvel, que mostra os principais mtodos manuais e automticos para medir corretamente o nvel de lquidos contidos em tanques, enfatizando a Medio com Radar. tratado tambm o Arqueamento de um tanque.

Finalmente, mostrado o Regulamento Tcnico da ANP, com terminologia, definies e exigncias. So listadas as principais normas brasileiras, internacionais e americanas relacionadas com o assunto.

Crticas e sugestes, mesmo destrutivas, so benvindas. Endereo do autor: Rua Carmem Miranda 52, A 903, 41 820-230, Salvador, BA Fone (71) 452 3195 ou (71) 9989 9531 E-mail: [email protected]

Marco Antonio Ribeiro Salvador, Outono 2004


i

Contedo

1. Petrleo e Gs Natural 1 1.1. Produo de Petrleo 1

Introduo 1 Caractersticas do petrleo 1 Separadores 2 Processo de separao 3 Tratamento da emulso oleosa 3 Vasos para tratamento 4 Tratamento do gs mido e rico 5 Desidratao do gs mido 6

1.2. Armazenamento, Medio e Analise de Petrleo 6

Introduo 6 Teste de poo 6 Tanques de armazenamento 7 Arqueamento de tanques 8 Medio manual da quantidade e qualidade de petrleo 8 Questes de segurana 8 Medio e anlises 8 Suspenda o prumo e registre a marcao do prumo, com uma aproximao de um milmetro . 9 Transferncia de custdia automtica 10 Do tanque para o medidor 10 Do medidor em diante 12 Calibrao do medidor 12

1.3. Adequao portaria ANP pela Petrobras 14

Formao do grupo de medio do E&P (GMED) 14 Atividades complementares 14 Concluso 15

2. Variveis Auxiliares 19 2.1. Instrumentao 19

Conceito e aplicaes 19 Disciplinas relacionadas 19

2.2. Vantagens e Aplicaes 20 Qualidade do Produto 20 Quantidade do Produto 20 Economia do Processo 21 Ecologia 21 Segurana da Planta 21 Proteo do Processo 21

2.3. Medio das variveis 22 2.4. Presso 22

Introduo 22 Unidade de presso 22 Regras de presso 22 Tipos de presso 22 Medio de presso 24 Instrumentos de presso 25 Presso e a Vazo 26

2.5. Temperatura 27 Conceito de temperatura 27 Unidades de temperatura 27 Medio da temperatura 27 Instrumentos de temperatura 29 Temperatura e Vazo 30

2.6. Densidade 31 Conceitos e Unidades 31 Mtodos de Medio 32

2.7. Viscosidade 32 Conceito 32 Tipos de viscosidade 33 Termos e definies 33 Unidades 33 Relaes e Equaes 33 Medidores de Viscosidade 34 Dependncia da Temperatura e Presso 35 Viscosidade dos lquidos 35 Viscosidade dos gases 36


ii

2.8. Deteco de incndio e gs 37 Introduo 37 Deteco de incndios 37 Controle de incndio 38 Deteco de gs 38 Monitorao de gs 39

2.9. Monitorao de bombas 39 Introduo 39 Monitorao de vibraes 39 Rels de proteo de motores 40

3. Sistema SCADA 41 3.1. Controle do processo 41 3.2. Sistema de controle 41 3.3. Operao da malha de controle 42

Sensor 42 Controlador 42 Elemento de controle final 42

3.4. Problemas dos sistemas de controle 42

Atraso do processo 42 Banda mortas dos equipamentos 43 Inrcia de fluidos 44

3.5. Sistema de controle de presso 44

Sinais de erro 44 Transmissor de presso de suco 45 Transmisso de presso de descarga 45 Controle de presso da descarga 46 Vlvula de controle de presso 46 Transmissor de presso de carcaa 46

3.6. Controle Supervisrio e Aquisio de Dados 47

Introduo 47 Equipamento (Hardware) 47 Programa Aplicativo (Software) 48

3.7. SCADA de um oleoduto 48 Operador do centro de controle 49 Nvel do centro de controle (HOST) 50 Comunicaes 50 Estao de operao 50 Instrumentao e equipamentos 50

3.8. Alarmes 50 Alarmes da estao e de campo 50 Alarmes e desarmes 51 Seqncias de alarme 51

4. Sistema Internacional 53 4.1. Sistema Internacional de Unidades (SI) 53

Histrico 53 Caractersticas 53 Recomendaes 53 Poltica IEEE e SI 54

4.2. Mltiplos e Submltiplos 54 Prefixo 54 Smbolo 54 Fator de 10 54 4.3. Estilo e Escrita do SI 56

Introduo 56 Maisculas ou Minsculas 56 Pontuao 57 Plural 58 Agrupamento dos Dgitos 58 Tabelas 59 Grficos 59 Nmeros especiais 59 Espaamentos 59 Produtos, quocientes e por 60 ndices 60 Unidades Compostas 60 Uso de Prefixo 61 ngulo e Temperatura 61 Modificadores de Smbolos 62

5. Algarismos Significativos 5.1. Introduo 63 5.2. Conceito 63 5.3. Algarismo e o Zero 64 5.4. Notao cientfica 64 5.5. Algarismo e a Medio 65 5.6. Algarismo e o Display 67 5.7. Algarismo e Calibrao 68 5.8. Algarismo e a Tolerncia 68 5.9. Algarismo e Converso 69 5.10. Computao matemtica 70 5.11. Algarismos e resultados 74


iii

6. Estatstica da Medio 75 6.1. Estatstica Inferencial 75

Introduo 75 Conceito 75 Variabilidade da Quantidade 76

6.2. Populao e Amostra 77 6.3. Tratamento Grfico 78

Distribuio de Freqncia 78 Histograma 80 Significado metrolgico 80

6.4. Mdias 81 Mdia Aritmtica 82 Mdia da Raiz da Soma dos Quadrados 83

6.5. Desvios 83 Disperso ou Variabilidade 83 Faixa (Range) 83 Desvio do Valor Mdio 84 Desvio Mdio Absoluto 84 Desvio Padro da Populao 84 Desvio Padro da Amostra 85 Frmulas Simplificadas 85 Desvios da populao e da amostra 85 Desvio padro de operaes matemticas 86 Coeficiente de variao 86 Desvio Padro Das Mdias 86 Varincia 87

6.6. Distribuies dos dados 88 Introduo 88 Parmetros da Distribuio 88 Tipos de distribuies 89 Distribuio normal ou de Gauss 89

6.7. Intervalos Estatsticos 93 Intervalo com n grande (n > 20) 93 Intervalo com n pequeno (n < 20) 93 Intervalo com n muito pequeno (n < 10) 94 Intervalo para vrias amostras 94

6.8. Conformidade das Medies 95 Introduo 95 Teste Q 96 Teste do 2 (qui quadrado) 96 Teste de Chauvenet 98 Outros Testes 98 Conformidade 98

7. Incerteza na Medio 99 7.1. Introduo 99 7.2. Tipos de Erros 99

Erro Absoluto e Relativo 100 Erro Dinmico e Esttico 100 Erro Grosseiro 101 Erro Sistemtico 102 Erro Inerente ao Instrumento 102 Erro de Influncia 106 Erro de Modificao 107 Erro Aleatrio 107 Erro de histerese 108 Banda morta 108 Erro Resultante Final 108

7.3. Incerteza na Medio 110 Conceito 110 Princpios Gerais 110 Fontes de Incerteza 111 Estimativa das Incertezas 112 Incerteza Padro 112 Incerteza Padro Combinada 112 Incerteza Expandida 113

8. Confirmao Metrolgica 115

8.1. Confirmao Metrolgica 115 8.2. Padres 127 8.3. Normas e Especificaes 132

9. Medio de Nvel 135 9.1. Introduo 135

9.2. Medio Manual 137 Introduo 137 Geral 137 Fita de imerso 137 Peso de imerso 140 Rgua Ullage 140 Rgua detectora de gua 142 Pasta detectora de interface 143

9.3. Medidor eletrnico porttil 143 Geral 143 Segurana 143 Construo, graduao e marcao 143 Invlucro e sensor 143 Referncia zero 144 Preciso da medio 144 Escala de leitura do medidor eletrnico porttil 145 Continuidade eltrica 145 Marcao 145 Vlvula de bloqueio de vapor 145


iv

9.4. Medio Automtica 147 Introduo 147 Exigncias metrolgicas 147 Exigncias tcnicas 149 Exigncias da instalao 149 Exigncias para medidor eletrnico 150 Controle metrolgico 150 Procedimentos de teste 151 Testes adicionais para instrumentos eletrnicos 153 Instalao e operao 154 Seleo do medidor 155 Deformao de Tanques 159

9.5. Medidores da ANP 160 Medidores aprovados 160 Medidor com Bia 160 Medio com Deslocador 160

10. Medio com Radar 163 10.1. Introduo 163 10.2. Vantagens e desvantagens 163 10.3. Influncia do vapor no radar 164 10.4. Medidor a Radar da Saab 165

Descrio 165 Sistema TankRadar L/2 165 Distncias do Tanque 169 Calibrao do Radar 170 Preciso do Radar 172 Exigncias da instalao 173 Medio manual 173 Clculo da correo de temperatura: 173 Recalibrao 173

11. Arqueao de Tanque 175 11.1. Tanques de armazenagem 175

Geral 175 Classificao e descrio 175 Unidades de medio 175

11.2. Arqueao do Tanque 180

12. Medio de Vazo 199 12.1. Introduo 199 12.2. Conceito de Vazo 199 12.3. Vazo em Tubulao 199 12.4. Tipos de Vazo 200

Vazo Ideal ou Real 201 Vazo Laminar ou Turbulenta 201 Vazo Estvel ou Instvel 202 Vazo Uniforme e No Uniforme 203 Vazo Volumtrica ou Mssica 203 Vazo Incompressvel e Compressvel 204 Vazo Rotacional e Irrotacional 204 Vazo monofsica e bifsica 205 Vazo Crtica 206

12.5. Perfil da Velocidade 207 12.6. Seleo do Medidor 208

Sistema de Medio 208 Tipos de Medidores 208 Parmetros da Seleo 210

12.7. Medidores da ANP 213

13. Placa de Orifcio 215 13.1. Introduo histrica 215 13.2. Princpio de Operao e Equaes 216 13.3. Elementos dos Sistema 217

Elemento Primrio 218 Elemento Secundrio 218

13.4. Placa de Orifcio 218 Materiais da Placa 218 Geometria da Placa 218 Montagem da Placa 221 Tomadas da Presso Diferencial 221 Perda de Carga e Custo da Energia 222 Protuses e Cavidades 223 Relaes Matemticas 223 Fatores de Correo 225 Dimensionamento do da Placa 226 Sensores da Presso Diferencial 228


v

14. Turbina de Vazo 231 14.1. Introduo 231 14.2. Tipos de Turbinas 231

Turbina mecnica 231 14.3. Turbina Convencional 232

Princpio de Funcionamento 232 Partes Constituintes 232 Detectores da Velocidade Angular 234 Classificao Eltrica 235 Fluido Medido 235 Caractersticas 236 Condicionamento do Sinal 236 Desempenho 237 Fatores de Influncia 238 Seleo da turbina 239 Dimensionamento 240 Consideraes Ambientais 241 Instalao da Turbina 241 Operao 241 Manuteno 242 Calibrao e Rastreabilidade 242 Cuidados e procedimentos 243 Folha de Especificao: Medidor de Vazo Tipo Turbina 244

15. Deslocamento Positivo 245 15.1. Introduo 245 15.2. Princpio de operao 245 15.3. Caractersticas 245 15.4. Tipos de Medidores 247

Disco Nutante 247 Lmina Rotatria 247 Pisto Oscilatrio 247 Pisto Reciprocante 248 Lbulo Rotativo 248 Medidor com Engrenagens Ovais 248

15.5. Medidores para Gases 249 Aplicaes 250 Calibrao dos Medidores de Gases 250

15.6. Vantagens e Desvantagens 251 15.7. Concluso 251

16. Medidor Coriolis 253 16.1. Introduo 253 16.2. Efeito Coriolis 253 16.3. Relaes Matemticas 254 16.4. Calibrao 255 16.5. Medidor Industrial 255 16.6. Caractersticas 256 16.7. Aplicaes 256 16.8. Critrios de Seleo 256 16.9. Limitaes 257 16.10. Concluso 257

17. Medidor Ultra-snico 259 17.1. Introduo 259 17.2. Diferena de Tempo 259 17.2. Diferena de Freqncia 260 17.3. Efeito Doppler 260 17.4. Relao Matemtica 260 17.5. Realizao do Medidor 261 17.6. Aplicaes 261

Especificaes 262 Concluso 262


vi

Regulamento Tcnico de Medio de Petrleo e Gs Natural 263

1. Objetivo e Campo de Aplicao 263

1.1 Objetivo 263 1.2 Campo de Aplicao 263 1.3 Normas e Regulamentos 264

2. Siglas Utilizadas 264 3. Definies 265 4. Unidades de Medida 267 5. Critrios Gerais para Medio 267 6. Medio de Petrleo 268

6.1 Medio de Petrleo em Tanques. 268 6.2 Procedimentos para Arqueao de Tanques de Medio e Calibrao de Sistemas de Medio de Nvel 269 6.3 Medio de Petrleo em Linha 270 6.4 Calibrao de Medidores em Linha 271 6.5 Amostragem e Anlise de Propriedades do Petrleo 273

7. Medio de Gs Natural 274 7.1 Medio de Gs Natural em Linha 274 7.2 Calibrao e Inspeo de Medidores de Gs Natural 275 7.3 Amostragem e Anlise de Gs Natural 276

8. Apropriao da Produo de Petrleo e Gs Natural 276

8.1 Medies Compartilhadas 276 8.2 Medies para Apropriao 276 8.3 Testes de Poos 277 8.4 Apropriao da Produo aos Poos e Campos 278

9. Medies para Controle Operacional da Produo, Movimentao e Transporte, Importao e Exportao de Petrleo e Gs Natural 278 10. Procedimentos Operacionais 279

10.1 Procedimentos em Caso de Falha dos Sistemas de Medio 279 10.2 Relatrios de Medio, Teste, Calibrao e Inspeo 279 10.3 Inspees 280

11. Selagem dos Sistemas de Medio Fiscal 281

Normas na ANP 282 Medies manuais com trena: 282 Medies com sistema automtico: 282 Medio de temperatura e os fatores de correo pela dilatao trmica 282 Clculo dos volumes lquidos: 282 Calibrao de tanques conforme as seguintes normas: 282 Instalao e operao de sistemas de medio de petrleo em linha 283 Medies devem ser corrigidas pelos seguintes fatores: 283 Compressibilidade do lquido 283 Clculo dos volumes dos lquidos medidos 283 Sistemas de calibrao de medidores de petrleo em linha 283 Coleta de amostras 284 Determinao da massa especfica do petrleo 284 Determinao da frao volumtrica de gua e sedimento 284 Determinao do Ponto de Ebulio Verdadeiro 284 Determinao do teor de enxofre 284 Determinao de metais pesados 284 Medies de gs natural com placas de orifcio 285 Medies de gs com turbinas 285 Medies de gs com medidores ultra-snicos 285 Amostragem de gs natural 285 Analises das amostras de gs 285

Referncias Bibliogrficas 286

1

1. Petrleo e Gs Natural

1.1. Produo de Petrleo

Introduo O fluido bombeado dos reservatrios

subterrneos uma mistura de leo, gs natural e produtos secundrios tais como gua salgada e areia. A vazo deste fluido difcil de ser medida pois ele multifsico, ou seja, contm lquido, gs e slido. O fluido submetido a determinados processos na rea de produo para remover os produtos secundrio e para separar o leo do gs natural e da gua.

Os trs processos mais comuns entre a cabea do poo e o tanque de armazenamento so:

1. desidratao 2. tratamento 3. separao do gs A separao consiste na separao do gs

presente no lquido e do lquido presente no gs. Uma vez separados entre si o lquido e o gs, o lquido sempre se apresenta sob a forma de uma emulso de leo. Trata-se, portanto, a emulso mediante o uso de uma dessalgadora que separa o petrleo da gua. Depois de ter sido removida a gua, o petrleo pode ser armazenado.

Finalmente, o gs de reservatrio , em muitos casos, gs mido, contendo, vapor d'gua. O processo de desidratao remove o vapor d' gua obtendo-se gs seco.

Caractersticas do petrleo Os equipamentos numa rea de produo

compreendem uma rede de tubulaes e vasos, pertencente geralmente aos produtores de petrleo que so clientes em potencial dos operadores de oleodutos. O propsito da planta da rea de produo comear a tratar os petrleos to logo cheguem at superfcie.

O petrleo trazido para a superfcie, quer naturalmente, aproveitando-se a presso do

reservatrio, quer artificialmente mediante o uso de bombas e de injeo de gua ou gs. O petrleo necessita quase sempre de tratamento na rea de produo antes de ser transportado. O petrleo sai geralmente do poo misturado com gs, gua e slidos tais como areia, em diversas propores.

Os meios de produo e tratamento removem aquilo que se denomina gua e sedimento (BSW bottom sedimented water) e separam o leo e o gs.

A gua ocorre geralmente sob duas formas: 1. gua livre 2. Emulso A gua livre, que se separa do leo com

bastante rapidez A emulso uma mistura em que gotculas

de uma substncia ficam suspensas em outra substncia. Tipicamente, as emulses na produo de leo consistem de uma suspenso de gotculas de gua no leo.

A gua, principalmente a gua salgada, um dos subprodutos mais problemticos das etapas de extrao, tratamento, armazenamento e transporte. A corrosividade da gua salgada, principalmente na movimentao em tubulaes e vasos de ao, exigem medidas de proteo. As tubulaes e os vasos, por exemplo, so fabricados de ligas de ao especiais que resistem corroso.

Outros agentes anti-corrosivos, como algumas tintas, so usados como revestimento de superfcie.

Para se combater a corroso externa de um oleoduto enterrado, as companhias empregam um processo chamado proteo catdica, que funciona da seguinte maneira: a corroso abaixo da superfcie causada por correntes eltricas fracas que circulam entre a tubulao e o solo. A eletricidade flui da tubulao para o solo, levando consigo partculas diminutas de ferro. Com o passar do tempo, forma-se um ponto de corroso. Para combater esse tipo de corroso, uma barra de

Petrleo e Gs Natural

2

metal, tal como o magnsio, enterrada prximo tubulao. Cria-se assim uma pilha ferro-magnsio, em que a tubulao de ferro torna-se o catodo e a barra de magnsio o anodo.

Os eltrons deslocam-se do anodo (barra de magnsio) para o catodo (tubulao de ferro). Com isso, uma pelcula de hidrognio formada na superfcie externa da tubulao, atuando como um revestimento, reduzindo o fluxo de corrente que causa a corroso.

Fig. 1.1. Proteo catdica Na proteo catdica (Fig.1.1), a barra de

magnsio atua como fonte de eltrons para a tubulao. medida que os eltrons so captados pela tubulao, forma-se uma pelcula de hidrognio na superfcie da tubulao, protegendo-a contra a corroso.

Alm dos equipamentos resistentes corroso, possvel tratar os petrleos com produtos qumicos chamados inibidores de corroso, que reduzem a taxa da corroso. Muitas companhias descobriram que o melhor lugar em que se pode introduzir os inibidores no poo, enquanto os fluidos vm sendo bombeados at a superfcie. Uma bomba de injeo de produtos qumicos utilizada em muitos casos para desempenhar essa importante funo preventiva. No entanto, onde o mtodo de bombear no possvel, um basto inibidor slido introduzido no poo, onde se dissolve, misturando-se com o fluido do poo ao atingir a superfcie.

Finalmente, os produtores evitam a entrada de ar mantendo-se a estanqueidade da rede, uma vez que o oxignio contido no ar o catalisador da corroso. Reparar rapidamente os pontos de vazamento e manter nveis altos

nos tanques de armazenamento so dois meios prticos de minimizar a corroso.

Separadores Os fluidos do reservatrio deixam a cabea

do poo atravs de uma tubulao, chegando at um vaso de ao chamado separador. Os separadores so vasos horizontais, verticais ou esfricos que removem o lquido do gs e o gs do lquido. A seleo de determinado tipo de separador depende em muitos casos da disponibilidade de espao. Os separadores verticais e esfricos so mais usados nas plataformas offshore, onde o espao de importncia primordial.

Os separadores horizontais so considerados os melhores. So projetados com casco simples ou casco duplo. No tipo de casco duplo, a parte superior capta o gs, e a inferior capta a emulso oleosa.

Qualquer que seja a sua configurao, no entanto, todos os separadores desempenham as mesmas duas funes:

1. remover lquido do gs e 2. remover leo da gua. Aplicam-se no separador princpios bsicos

de qumica e fsica para o cumprimento da sua importante funo. O gs mais leve do que o lquido, pelo que ir migrar para a parte superior do separador. O leo e a emulso so mais leves do que a gua, de modo que flutuaro. A gua livre o mais pesado desses trs componentes lquidos. Os sedimentos se depositam no fundo do vaso.

Figura 1.2. Separador de Duas Fases


3

O separador de duas fases separa lquidos de gases, conforme se v na Fig. 1.3. Um separador de nvoa ajuda a remover os lquidos dos gases.

Os separadores classificam-se por nmero de fases, havendo separadores bifsicos, e separadores trifsicos. O separador bifsico separa to somente os lquidos e o gs. O lquido uma mistura de leo, emulso e gua, que se deposita no fundo do separador, ao passo que o gs migra para a parte superior.

O separador trifsico separa o fluido numa camada de gs, uma camada de emulso oleosa, e uma camada de gua e sedimento (BSW). utilizado comumente nos locais de produo onde existe muita gua no fluido. O gs sai pela parte superior, o leo ou a emulso se separam no meio, e a gua vai para o fundo (veja a Figura 3).

O separador de trs fases separa o fluido em gs, leo (ou emulso) e BSW (sedimento e gua)

Figura 1.3. Separador de Trs Fases

Processo de separao Um dispositivo na parte superior do

separador se denominado extrator de nvoa, coleta e remove os lquidos carreados pelo gs, medida que o fluido entre no separador e o gs se eleva. Um extrator de nvoa um dispositivo dotado de tela, projetado para reter as minsculas gotculas de lquido medida que o gs passa por essa tela. Os gotculas se renem no extrator e caem at o fundo do separador.

Para extrair o gs do lquido, o separador emprega placas planas denominadas chicanas. medida que o fluido passa sobre a superfcie das chicanas, espalha-se sobre as mesmas. O processo de espalhamento do fluido facilita ao gs escapar, subindo para o topo do separador. Uma sada de gs est localizada no topo do separador, havendo uma sada para emulso oleosa no fundo do mesmo.

Tratamento da emulso oleosa A separao apenas a primeira etapa no

tratamento do lquido do reservatrio. O separador separa o gs, o leo e, alta porcentagem, de BSW. O leo se apresenta comumente, no entanto, sob forma de uma emulso, e requer tratamento adicional para remoo da gua emulsificada antes que o leo possa ser armazenado.

Para se conseguir a remoo da gua emulsificada do leo, a emulso conduzida em muitos casos dos separadores para vasos de tratamento, em que se injetam produtos qumicos denominados desemulsificantes. Esses produtos qumicos auxiliam as gotculas d' gua a se fundirem, formando-se gotculas maiores e mais pesados, que se decantam rapidamente.

Aquecer a emulso tambm um mtodo eficaz de se remover a gua, uma vez que o calor reduz a viscosidade da emulso. A gua separa-se do leo pouco espesso mais rapidamente do que do leo pesado.

Finalmente, a eletricidade tambm agente eficaz de tratamento da emulso. medida que a emulso atravessa um campo eltrico, as gotculas d'gua captam uma carga eltrica que os faz mover-se rapidamente. medida que se desloquem, chocam-se umas com as outras e fundem-se, formando-se gotculas maiores que se separam mais rapidamente.


4

Foram desenvolvidos muitos tipos diferentes de vasos para tratamento, havendo, contudo, determinados tipos comuns.

Vasos para tratamento Os tipos comuns de vasos de tratamento

so aquecedores verticais os aquecedores horizontais. As dessalgadoras so vasos que separam a gua da emulso, utilizando calor ou eletricidade.

medida que a emulso (que contm geralmente um desemulficante qumico) flui para dessalgadoras vertical, aquecida, atravs de um trocador de calor, pelo leo de sada da dessalgadora. A emulso entra pelo topo da dessalgadora (veja a Figura 4), e espalha-se sobre uma bandeja, descendo atravs de um condutor downcomer.. O efeito de espalhamento liberta os gases da emulso. O gs sobe e sai -Sarda do Gs pela parte de cima da dessalgadora.

medida que a emulso desce pelo downcomer at a parte inferior da dessalgadora, qualquer BSW remanescente deposita-se no fundo da dessalgadora. Nesse ponto, um tubo de fogo que contm uma chama Ia aquece a emulso, que comea elevar-se acima da gua. A emulso quente continua a elevar-se atravs da gua aquecida e penetra num espao de sedimentao acima do tubo de fogo. Ocorre nesse espao de sedimentao, a maior parte do processo de separao da emulso em leo e gua. A gua se separa e decanta no fundo e o petrleo limpo se eleva, sendo conduzido para fora do vaso atravs de um trocador de calor, em que desempenha sua tarefa final de aquecer a emulso que entra na dessalgadora.

As dessalgadoras horizontais assemelham-se, sob muitos aspectos, aos vasos verticais. A emulso entra na parte de cima da dessalgadora, depois de passar por um trocador de calor. Ao decantar passa por um tubo de fogo, que provoca a separao do BSW. A emulso atravessa o vaso, penetrando numa segunda cmara em que se separam a gua e o leo. A gua liberada deposita-se no fundo, ao passo que o leo e o gs sobem para o topo de onde so levados atravs de tubulaes para a rea de armazenamento.

Figura 1.4. Dessalgadora vertical A Dessalgadora Vertical da Fig. 1.4 separa

a emulso em petrleo e gua, mediante a aplicao de princpios bsicos de qumica e fsica.

Embora as funes sejam semelhantes em cada caso, cada tipo de dessalgadora apresenta as suas vantagens. A dessalgadora horizontal consegue lidar com maiores volumes em virtude de sua maior rea transversal de tratamento, ao passo que a dessalgadora vertical lida mais eficazmente com os sedimentos e requer menor espao.

Muitas dessalgadoras eletrostticas, embora se apresentem com configuraes tanto horizontais como verticais, assemelham-se pelo projeto e pela operao s dessalgadoras horizontais. Utiliza-se nas dessalgadoras eletrostticas, uma placa (grid) eltrica de alta tenso. Ao se elevar a emulso acima da gua livre, a emulso recebe uma carga eltrica. As partculas d' gua com carga chocam-se umas com as outras, formando-se gotculas d'gua maiores, que se separam. O


5

acrscimo de carga eltrica reduz em alguns casos a quantidade de desemulsificador e calor exigidos durante o processo de tratamento da emulso.

Fig. 1.5. Dessalgadora horizontal

Tratamento do gs mido e rico A presena de vapor d' gua no gs na

rea de produo tambm problemtica. O gs contendo vapor d'gua denominado gs mido. Existem dois mtodos de se tratar o gs mido. Talvez seja o objetivo principal do produtor comercializar o petrleo proveniente do reservatrio, considerando o gs um subproduto. Nesse caso, o gs queimado sob estritos controles industriais e ambientais. Por outro lado, se a finalidade do produtor vender o gs, o gs ser tratado para remoo do vapor d'gua.

Assim como a gua presente no leo gera problemas potenciais de corroso, o vapor d'gua no gs, a se esfriar, suscetvel de formar slidos indesejveis chamados hidratos. O acmulo dos hidratos numa tubulao capaz de bloque-la parcial ou totalmente.

Formam-se os hidratos ao condensar o vapor d' gua do gs. Enquanto o gs estiver no reservatrio do subsolo, costuma estar morno ou quente. medida que sobe superfcie, no entanto, resfria-se gradualmente, podendo formar-se hidratos medida que o vapor d'gua condense. O tempo frio desempenha tambm papel importante na formao dos hidratos.

Para se evitar a condensao do vapor d' gua, o gs mido tratado em muitos casos por um aquecedor indireto. O aquecedor indireto consiste de dois tubos no interior de um vaso. Um deles o tubo de fogo. Acima do tubo de fogo existe um feixe de tubos atravs do qual flui o gs (chamado feixe pelo fato de ser curvado para um lado e para outro). Tanto o tubo de fogo como o feixe de tubos est circundado por gua. O tubo de fogo aquece a gua, que por sua vez aquece o gs que passa pelo feixe de tubos, aquecendo assim o gs mido, inibindo a formao dos hidratos.

Fig. 1.6. Desidratao do gs com glicol O equipamento mais comum para a

desidratao do gs o absorvedor de glicol (ou desidratador). O glicol usado para desidratar o gs mido por sua vez regenerado num refervedor de glicol, para ser reutilizado.

Uma vez solucionado o problema do aquecimento do gs, os produtores devem enfrentar o desafio de remover o vapor d ' gua antes que o gs possa ser entregue a uma empresa de oleodutos.

O processo de remover o vapor d'gua do gs mido se denomina desidratao, sendo efetuado num vaso denominado desidratador. Entre os tipos mais comuns se acha o desidratador com glicol. O glicol um lquido que absorve gua, sendo efetivamente reciclado durante o processo de desidratao pelo fato de ter ponto de ebulio muito mais elevado do que a gua.


6

Desidratao do gs mido O gs mido entra pelo fundo do vaso de

desidratao, ao passo que o glicol seco entra no vaso pela parte de cima (ver a Figura 6). O glicol seco glicol sem nenhum teor de gua. O gs sobe e o glicol desce atravs de uma srie de bandejas perfuradas com borbulhadores instalados acima das perfuraes. medida que o gs mido se eleve atravs das perfuraes, acumula-se por debaixo dos borbulhadores, borbulhando atravs do glicol que j est depositado sobre cada bandeja. O vapor d'gua passa do gs para o glicol, o gs sai do vaso pela parte de cima sob forma de gs seco.

O glicol mido sai pelo fundo do vaso e vai at um regenerador. O regenerador aquece o glicol mido, fazendo com que a gua se evapore, deixando apenas glicol seco que retoma para o vaso de desidratao.

1.2. Armazenamento, Medio e Analise de Petrleo

Introduo O petrleo deve satisfazer determinadas

especificaes para poder entrar no sistema de transportes. Em vista disto, o petrleo tratado aguarda a transferncia de custdia em um ou mais tanques de armazenamento nas reas de produo. Os tanques so fabricados de modo a permitir medio acurada do volume e da qualidade do petrleo, bem como para fins de controle da transferncia de custdia para o transportador.

O nmero de tanques de armazenamento num local de produo determinado por um teste de potencial. Mede-se no teste de potencial a maior quantidade de leo e de gs que um poo pode produzir num perodo de 24 horas, sob determinadas condies padro.

Nas situaes de transferncia automtica de custdia, instrumentos no interior dos tanques de armazenamento controlam qual a quantidade de petrleo que transferi da e quando ser feita a transferncia.

Teste de poo O petrleo que tenha sido separado e

tratado movimentado atravs de tubulaes e armazenado em vasos cilndricos de ao denominados vasos ou tanques de armazenamento de produo. Um campo de produo pode ter um s tanque ou diversos. O

agrupamento de tanques de armazenamento se chama bateria de tanques.

Como que o produtor determina o tipo e a quantidade de tanques de que necessita?

A seleo do conjunto de tanques adequados baseia-se num outro agrupamento de equipamentos de produo que compreende um separador de teste e um tanque de armazenamento .

O produtor ir conduzir inicialmente um teste de potencial num poo para verificar informaes importantes a respeito do reservatrio. Conforme j mencionamos, o teste de potencial mede a maior quantidade de leo e gs que um poo ser capaz de produzir num perodo de 24 horas, sob determinadas condies.

Durante esse perodo, o petrleo ir passar atravs de um separador de teste, sendo que o gs separado passa por um medidor de placa de orifcio para determinar sua quantidade, e o lquido separado bombeado para um tanque de armazenamento.

Completado o perodo de teste, o leo acumulado no tanque de armazenamento medido, podendo isto ser feito de trs maneiras diferentes. Em primeiro lugar, pode ser medida manualmente, utilizando-se uma trena de ao. No segundo mtodo, o leo pode tambm ser medido mediante um dispositivo automtico de medio em linha chamado de medidor em linha. O medidor em linha tem sondas especiais com sensores que detectam quanto leo a atravessa. Em terceiro lugar, o leo pode ser medido mediante a utilizao de um separador de medio. O separador de medio um separador de teste ao qual esto ligados medidores de volume especiais. Muitos separadores de teste so portteis, podendo ser utilizados em diversos locais de produo. Tanto o medidor de linha de petrleo como o separador de medio so capazes de medir o contedo de gua no leo.

Uma vez que o produtor tenha realizado um teste inicial de potencial, estar determinada a capacidade de produo diria do reservatrio, podendo, assim, selecionar os meios adequados de armazenamento em tanques. As condies do mercado e os regulamentos governamentais desempenham tambm, evidentemente, papel vital na determinao da capacidade de armazenamento.

Realizam-se com regularidade, durante a vida de produo de um reservatrio, testes de potencial para catalogar seu fluxo de produo.


7

Tanques de armazenamento O tanque de armazenamento de produo

um vaso cilndrico que tem duas utilidades vitais, isto : medir com preciso a produo do petrleo, e armazenar com segurana o petrleo voltil e inflamvel.

Existem dois tipos de tanques de armazenamento: os aparafusados e os soldados. Os tanques aparafusados so apropriados para as operaes em campo de produo de leo, pelo fato de serem montados e desmontados com facilidade. Aparafusam-se entre si chapas de ao curvas, com aproximadamente 1,5 m de largura por 2,5 m de comprimento, criando-se assim um tanque cilndrico. Os trabalhadores instalam juntas com os parafusos, para impedir vazamento.

Uma vez que o volume do petrleo altamente influenciado pelas mudanas de temperatura, o tanque dotado de vlvulas de presso e vcuo para permitir a "respirao" durante as mudanas de temperatura e durante o enchimento ou esvaziamento do tanque.

Os tetos dos tanques so normalmente de formato cnico, com o vrtice tendo altura entre 2,5 a 30 cm em relao ao horizontal. Existem vrios tipos de tetos de tanques. Entre os mais comuns o teto cnico auto-sustentado. Foram criados tetos que permitam reduzir a perda de vapores de petrleo, podendo, de acordo com o respectivo fabricante, ser tetos flutuantes, tetos fixos com selo interno ou tetos de domos. Em muitos desses projetos o teto fica flutuando acima do petrleo, dependendo da profundidade de leo no tanque.

A vantagem dos tanques soldados que so virtualmente prova de vazamento. Os tanques menores podem ser fabricados numa oficina e embarcados prontos; os maiores, no entanto, devem ser soldados no campo por soldadores especialmente treinados.

Uma vez determinado o local dos conjuntos de tanques de produo, constri-se uma fundao feita de saibro, pedra, areia ou cascos para se adequar a base do tanque antes que o tanque seja posicionado ou construdo na rea.

A linha de sada fica uns 30 cm acima do fundo do tanque. Essa altura de 30 cm deixa espao para acumular o BSW abaixo da sada de venda. Dessa forma tanto o produtor quanto o transportador tm segurana de que ir entrar no caminho ou no oleoduto somente leo proveniente de determinado tanque.

Fig. 1.7. Tanques cilndricos verticais Uma escotilha montada no teto do tanque,

utilizada para dar acesso ao petrleo para fins de medio de volume e para amostragem. Uma sada de drenagem no fundo permite drenar o BSW.

A parte externa do tanque tratada com tintas especiais para proteo contra a corroso, bem como para atenuar os efeitos das mudanas de temperatura. Isto tem especial importncia em regies como o Canad, onde as temperaturas podem mudar do extremo calor para o extremo frio num perodo de seis meses.

As partes internas dos tanques no so pintadas, exceto pelo uso recente de tintas base de epxi prximo ao fundo do tanque. As tintas, base de epxi, usadas nesta faixa pintada combatem a ao corrosiva da gua que se deposita no fundo dos tanques.

Uma regio de produo possui geralmente um volume de armazenamento de leo suficiente para trs a sete dias de produo. prtica comum adotar uma bateria de dois tanques, pois um dos tanques pode ser enchido enquanto o outro est sendo esvaziado.

Os fabricantes de tanques de armazenamento seguem diretrizes industriais especficas no projeto e na fabricao dos tanques. Entre as especificaes que adotam esto as estabeleci das pelo Instituto Americano do Petrleo (API).

De acordo com as especificaes do API, por exemplo, um tanque que acomode 750 barris de petrleo deve ter um dimetro interno de 4,7 m uma altura de costado de 7.3 m. O PI especifica tambm a espessura do ao e outros nveis de presso para garantir a integridade dos tanques.


8

Fig. 1.8. Tanques esfricos

Arqueamento de tanques Embora os tanques sejam construdos de

acordo com determinadas especificaes, a indstria meticulosa no que tanque medio acurada do petrleo. Assim sendo, antes que um tanque seja usado em qualquer aplicao no campo, submetido a um processo denominado arqueao de tanque. Trata-se de um processo de medio executado geralmente por um arqueador de tanques contratado para esse fim. Depois que o arqueador de tanque tiver medido a circunferncia, a profundidade, a espessura das paredes do tanque e as conexes com o oleoduto, ele pode elaborar uma tabela de arqueao. Essa tabela uma tabela oficial da capacidade de armazenamento do tanque geralmente por incrementos de um milmetro, e que ir servir de base para todos os futuros clculos das quantidades de petrleo no tanque.

Medio manual da quantidade e qualidade de petrleo

Antes que as regies de produo comecem as anlises e as medies regulares dos produtos, devem chegar a um consenso com o comprador quanto as anlises que o comprador vai exigir, e como as anlises devem ser realizadas. Podem variar de campo para campo tanto os tipos quanto os mtodos de anlises.

Questes de segurana Os operadores devem aplicar

procedimentos de segurana durante as anlises e medies. Uma vez que gases

perigosos podem escapar ao se abrir a escotilha de medio, os operadores devem portar consigo um detector de gs sulfdrico em devido estado de funcionamento. Os tanques jamais devem ser medidos durante o tempo ruim, sendo que, ao abrirem a escotilha, os operadores devem posicionar-se um lado para que o vento possa soprar as vapores do tanque para longe deles.

Sempre existe a possibilidade de haver um incndio num parque de tanques. Devem existir ao mesmo tempo trs condies para que um incndio possa ocorrer: combustvel sob forma de vapor, ar nas propores certas para com o vapor, de modo a se formar uma mistura explosiva e uma fonte de ignio. Os operadores devem utilizar lmpadas de mo prova de exploso, e ter certeza de que a trena est em contato com a escotilha ao levantar ou abaixar, de modo a manter o aterramento.

Medio e anlises Verifica-se geralmente em intervalos de 24

horas, num local de produo, os volumes de leo, gs e gua salgada. Efetuam-se tambm com regularidade diversas anlises da qualidade do petrleo, que incluem temperatura, peso especfico, e teor de BSW. Antes de se proceder medio ou as anlises, o tanque deve ser isolado da produo.

Existem dois mtodos comuns de medio do volume, sendo que o primeiro o procedimento de medio indireta que se faz por meio de prumo e que se aplica da seguinte maneIra: 1. Registre a altura de referncia, isto , a

distncia entre o fundo do tanque e um ponto de referncia na escotilha, predeterminado e confirmado durante o processo de arqueamento.

2. Aplique uma camada de pasta de medio ao prumo. Trata-se de uma pasta especial que muda de cor ao ser abaixado para dentro do petrleo, o que facilita leituras de medio.

3. Abaixe lentamente o prumo para dentro do tanque at que penetre na superfcie do fluido, e continue a abaix-Io at atingir a nmero inteiro mais prximo no ponto de referncia na escotilha.

4. Registre esse nmero.


9

Suspenda o prumo e registre a marcao do prumo, com uma aproximao de um milmetro . 5. Para determinar a altura do leo no tanque,

calcule o comprimento da trena desde o ponto de referncia at a marca no prumo.

6. Subtraia a altura de referncia para determinar a altura do leo no tanque-

7. Consulte a tabela de argueao para determinar o volume do leo.

8. Realize a medio duas vezes, para garantir exatido. O segundo mtodo para medir volumes

um procedimento direto . 1. Aplique pasta de marcao na fita em

local aproximado da medio, e abaixe a fita para dentro do tanque at que o prumo toque a mesa de medio situada no fundo do tanque, ou at que a leitura na trena corresponda a altura de referncia.

2. Recupere a fita, e registre a marca do leo na fita com uma aproximao de um milmetro. Este valor corresponde a altura de produto no tanque-

3. Consulte a tabela de medio para determinar o volume do leo.

4. Realize a medio duas vezes, para garantir exatido.

A qualidade do petrleo nos tanques de armazenamento da rea de produo pode ser submetida a anlises manuais ou automticas. As anlises manuais so exigidos para transferncias de custdia. O mtodo mais comum de se realizarem as anlises manuais mediante amostrador ou coletor de amostras. O coletor de amostra um vaso de corte transversal redondo com cerca de 40 cm de comprimento e 5 cm de dimetro, fabricado de um metal que no produz centelhas, tal como o lato. acionado por uma mola e possui uma vlvula que pode ser acionada a partir do teto, captando assim uma amostra. projetado para retirar amostras a aproximadamente 1 cm do fundo do tanque.

Um mtodo mais desejvel, embora seja mais difcil de realizar o mtodo de amostragem por garrafa. Utiliza-se uma garrafa ou um vasilhame com capacidade de cerca de um litro, com rolha e conjunto de cordas.

Neste mtodo, uma garrafa vedada abaixada at a profundidade desejada, removendo-se em seguida a tampa. Ao ser recuperada na velocidade correta, a garrafa estar cheia em trs quartas partes. Caso no

seja assim, o processo deve ser iniciado de novo.

Figura 1.9. Amostragem As amostras so retiradas geralmente de

diversas sees do tanque. A amostra "corrida" aquela captada pelo mtodo de amostragem por garrafa desde o fundo da conexo de sada at a superfcie. A amostra de ponto individual ("spot") aquele que seja retirada por qualquer mtodo em determinado local do tanque.

O mtodo de amostragem por garrafa para tanques, mostrado na Fig. 1.9, consiste simplesmente de um vasilhame de cerca de um litro com tampa.

Ao se realizarem anlises de qualidade para transferncia de custdia, devero estar presentes representantes de ambos os interessados. O operador preenche uma caderneta de medio onde indica as condies de produo, o produtor; o transportador; o nmero de tanque, e a data. Registra tambm trs outras medidas cruciais, quais sejam: temperatura, BSW, e densidade.

O volume do petrleo varia de acordo com a temperatura. Adota-se na indstria uma norma de volumes de leo entregues em temperatura de 15,55 C (60 F). A temperatura do petrleo medida com um termmetro especial para tanque, sendo que, ao aplicar uma tabela de converso e a medida do volume, o operador consegue determinar o volume do tanque a 15,55 C (60 F).

A segunda medida diz respeito ao teor de BSW. O comprador paga to somente pelo petrleo. Assim sendo, o teor de BSW deve ser


10

determinado e deduzido do volume total. Realiza-se, numa amostra tirada pela escotilha, uma centrifugao. Utiliza-se nesta anlise um recipiente de vidro graduado, que indica a porcentagem de BSW uma vez completado o procedimento de centrifugao.

Fig. 1.10. Medio da densidade A anlise final a de grau API. Utiliza-se

um densmetro para ler o grau API a 15,6 oC (60 F). Esto disponveis tambm tabelas de converso ao se ler o grau API numa temperatura diferente, para se poder determinar o grau API do leo a 60 F.

As medies de grau API tm conseqncias financeiras considerveis, uma vez que os petrleos mais leves so geralmente mais valiosos do que os mais pesados, pelo fato de exigirem menor refinamento. Tanto mais alta a leitura do grau API, mais leve o leo.

Transferncia de custdia automtica

Os tanques de armazenamento fazem parte do sistema de transferncia automtica de custdia. Ao se efetuar a transferncia automtica do petrleo, os instrumentos automticos dos tanques de armazenamento iniciam o processo de transferncia.

Os tanques de armazenamento so equipados com chaves de nvel baixo e de nvel alto, e iniciam as transferncias de

custdia de acordo com os nveis de petrleo dentro do tanque de armazenamento.

Os tanques de produo desempenham outra importante funo, alm do armazenamento em si. Absorvem quaisquer surtos de presso devidos ao fluxo de leo que possam ter-se acumulado durante o processamento do petrleo na rea de produo A unidade automtica necessita de uma vazo consistente para poder medir o volume com exatido, bem como para evitar avarias de seus componentes.

Uma bomba centrfuga ou de engrenagens um dos principais componentes do sistema automtico de transferncia de custdia. To logo o volume de petrleo atinja a chave de nvel alto do tanque de armazenamento, a bomba ligada. O leo aspirado do tanque de armazenamento atravs de uma linha at que os volumes atinjam a chave de nvel baixo, ao que a bomba se desliga automaticamente.

A chave de nvel baixo est situada de tal forma que o nvel do lquido seja mantido acima da sada do tanque de armazenamento. A sua localizao tambm impede a penetrao de ar e vapores para dentro da linha de suco das bombas.

Alm da bomba, o sistema de transferncia automtica de custdia possui:

1. Sonda e monitor para medir o teor de BSW;

2. Amostrador automtico que retira automaticamente determinados volumes de leo transferido;

3. Um dispositivo para medir a temperatura do leo;

4. Uma vlvula de recirculao para prevenir transferncia de leo ruim;

5. Um medidor para registrar o volume de leo transferido;

6. Um sistema de monitorao para desligar a unidade caso ocorra mau funcionamento;

7. Um dispositivo para permitir o acesso durante a medio ou aferio do medidor.

A seqncia talvez apresente pequenas variaes de um sistema para outro. A maioria dos sistemas de transferncia automtica de custdia dotada tambm de fIltros para eliminar os detritos, e desaeradores para expulsar o ar ou gs arrastado.

Do tanque para o medidor Conforme mencionado antes, uma parte

das funes do sistema automtico de controle


11

de nvel do tanque de armazenamento evitar que ar e vapor penetrem na linha de suco das bombas. Esse ar e vapor, alm de danificar a bomba e outros componentes do sistema, podem ser medidos erroneamente como se fossem leo, ocupando espao improdutivo na linha de transferncia.

comum se instalar um filtro entre o tanque de armazenamento e a bomba para remover partculas grandes de sedimentos ou borra que possam ainda estar presentes no petrleo, uma vez que isto tambm seria passvel de danificar os equipamentos ou de causar medies inexatas.

A principal funo da unidade de bomba transferir o 'petrleo com presso e vazo constantes. Bombas de tipo centrfuga ou de engrenagens so utilizadas nestes sistemas pelo fato de proporcionarem mais suave e mais uniforme do que as bombas alternativas ou de pisto.

Figura 1.11. Unidade de Amostragem automtica e medio de volumes.

Um valor constante de presso tem

importncia crtica uma vez que a variao da presso ir afetar a medio dos volumes transferidos. O volume do leo afetado pela presso, que medida num valor padro de (presso atmosfrica padro de 101,325 kPa absoluto ou 0 kPa manomtrico (0 psig).

No se requer que leo seja entregue presso de 0 kPa ab, o leo deve ser entregue sob presso uniforme, sendo que um simples clculo matemtico converte a presso de transferncia de custdia para o valor padro. No sendo constante a presso, por outro lado, impossvel efetuar a converso acurada.

A funo essencial da sonda de BSW, mostrada na Fig. 1.12, impedir que entre leo ruim no sistema de transporte.

Uma vez passando pela bomba, o leo flui atravs de uma sonda de BSW. Embora possa variar a localizao da sonda BSW, fica situada em muitos casos logo a jusante da bomba. As normas da indstria no determinam a posio da sonda BSW, porm, essas sondas devem estar localizadas em ponto inicial do processo de medio para que o leo ruim possa ser recirculado para o local de produo. A funo principal da sonda BSW impedir a penetrao no sistema de transporte do leo contaminado com gua emulsionada ou mesmo livre.

A sonda BSW mede a capacitncia ou a constante dieltrica do lquido que flui. A constante dieltrica uma propriedade fsica de uma substncia que reflete a capacidade dessa substncia de manter uma carga eltrica. A constante dieltrica um valor atribudo a uma substncia, associada sua capacidade de ser isolante eltrica. Uma substncia que seja bom isolante possui alta constante dieltrica e um mau isolante baixa constante dieltrica. A constante dieltrica uma caracterstica de cada substncia pura.

A constante dieltrica do leo mais elevada do que a da gua. A medida que o petrleo flui pela sonda de BSW, a sonda percebe as diferenas da constante dieltrica e transmite essa informao para o painel do monitor. Dessa maneira, o painel determina o teor de BSW, indicando se est dentro dos limites aceitveis. Caso os limites aceitveis sejam ultrapassados, o leo ruim ou desviado de volta para o local de produo para reprocessamento ou o sistema faz soar um alarme e se desliga antes que qualquer leo ruim passe pelo medidor.

A maioria dos sistemas automticos de transferncia de custdia dotada da sonda BSW e de desaerador, que permite a sada ou a expulso para a atmosfera de qualquer ar ou gs que tenha sido arrastado. Ao sair do desaerado1; o liquido dever conter quantidades mnimas de gua e ar; resultando da menor desgaste do medidor e menor ocupao de espao no oleoduto ou caminho.

O passo seguinte o sistema automtico de amostragem, que comea com uma sonda de amostragem. Antes de chegar na sonda de amostragem, o leo percorreu um trecho de linha que compreende trs curvas de 90. A turbulncia forte e o teor de BSW est homogeneamente distribudo e portanto uma


12

amostra captada a essa altura ser muito acurada.

Um pulso eletrnico proveniente de um medidor a jusante aciona um tubo ou um pisto na sonda de amostragem. Uma vez ativada a sonda de amostragem aspira pequenos volumes de leo a intervalos regulares para que as amostras correspondam s vazes medidas durante o processo de transferncia.

As amostras so desviadas da sonda para um vaso de armazenamento pressurizado, projetado para evitar a perda dos hidrocarbonetos leves, e para manter as amostras sem contaminao at que sejam submetidas a anlises para verificar a qualidade. Essas amostras estabelecem o teor de BSW, sendo que o preo estabelecido posteriormente, subtraindo-se o teor de BSW do volume total.

Figura 1.12. Sonda de BSW Antes de atingir o medidor, o leo flui

atravs de duas vlvulas. Essas vlvulas so utilizadas para desviar o fluxo do leo quando o medidor submetido a um processo de aferio, que consiste essencialmente em se verificar a sua preciso comparando-se as suas medies com um volume conhecido. O processo de verificao ser descrito mais adiante; sendo importante, por enquanto, observar a localizao dessas vlvulas.

Do medidor em diante Terminada a fase de processamento na

rea de produo, tendo sido determinados o volume e a qualidade, o leo est pronto para entrar no sistema de transporte. O mais importante componente individual do sistema automtico de transferncia de custdia o medidor.

O medidor um conjunto complexo de compensadores, monitores e contadores projetado para medir com exatido o volume do leo a determinada temperatura e presso. Enquanto esses valores se mantenham constantes, ou pelo menos mensurveis, um simples clculo de converso indica o volume entregue de acordo com as condies padro de 15,6 oC (60 F) e 101,325 kPa ab ou 0 kPa manomtrico.

Os dois tipos de medidores mais comuns so o medidor de deslocamento positivo e a turbina.

Calibrao do medidor Os medidores so dispositivos mecnicos

sujeitos a desgaste. A manuteno conscienciosa pode minimizar o desgaste, mas cada medidor sofre um efeito mnimo de deslizamento. O deslizamento a quantidade de lquido que escorre entre os rotores do medidor e a carcaa. Contanto que a vazo seja constante, o deslizamento pode ser medido. O deslizamento ir mudar no decorrer de um longo perodo, portanto preciso efetuar aferio regular do medidor.

A calibrao do medidor determina quanto petrleo est escapando sem ser medido. O medidor recebe um fator de medidor uma vez que o processo de aferio tenha sido realizado, para determinar o volume verdadeiro em comparao com o volume registrado no medidor. Podem ocorrer duas coisas. ou o medidor est ajustado para refletir o verdadeiro volume, ou o fator do medidor aplicado matematicamente para calcular o volume verdadeiro a partir da leitura do medidor.

Decidir qual a ao a tomar depende geralmente do local em que o medidor est instalado. O ajuste do medidor ou os clculos talvez no sejam necessrios, por exemplo, em locais de produo que produzem pequenos volumes, caso a diferena seja insignificante. Por outro lado, uma diferena insignificante com pequenos volumes pode representar centenas de barris no registrados nas transferncias com grande volume. Assim


13

sendo, ocorrem clculos ou freqentes ajustes de medidores com transferncias de alto volume para se poder conseguir exatido quase absoluta.

Dois dispositivos comuns utilizados nas aferies dos medidores so o provador tipo tanque aberto e o provador tipo tubular. Outra abordagem menos comum o uso de um medidor mestre em srie com o medidor. O medidor mestre um medidor calibrado que mede o mesmo fluxo que o medidor da unidade, sendo comparados e em seguida os volumes registrados.

Embora a comparao entre volumes seja a funo primordial do dispositivo de calibrao, a comparao deve ainda ser convertida para a temperatura padro de 15,6 oC e a presso padro de 101,325 kPa. Assim como a temperatura e a presso afetam os volumes de leo durante a transferncia de custdia, fazem tambm com que o volume do provador flutue. Em vista disto, os volumes observados so multiplicados por determinados fatores de correo para fins de medio acurada na temperatura e na presso padronizadas.

Os fatores de correo incluem: 1. correo para a temperatura do

provador de ao 2. correo para a presso do provador

de ao 3. correo para a temperatura do lquido

no provador e no medidor, e 4. correo para a presso do lquido no

provador e no medidor. Esto disponveis tabelas de converso do

API para permitir a converso rpida. Nem todos os clculos so necessrios o

tempo todo. Por exemplo, numa situao em que o provador de tanque aberto j est a 101,325 kPa , sendo o medidor da unidade tambm calibrado para 101,325 kPa, no h necessidade de correo de presso. Alm do mais, alguns medidores com sistema de provadores tubulares compensam automaticamente os fatores de temperatura.

O sistema de transferncia automtica de custdia esta conectado ao provador atravs das duas vlvulas. Os provadores tipo tanque aberto so portteis, em muitos casos, sendo deixados abertos para a atmosfera ou ligados com um sistema de recuperao de vapor. Uma vez o provador ligado com alinha de fluxo, o lquido passa atravs do medidor e para dentro do provador. O volume registrado no medidor ento comparado com o volume

assinalado num indicador de vidro no provador, que tem capacidade de ler o volume total do provador, com um grau de preciso de 0,02 por cento.

Um tipo de provador tubular o de tipo bidirecional em U. Este dispositivo bastante comum nas aferies de medidores em oleodutos em virtude de sua similaridade com as configuraes dos oleodutos.

Durante o procedimento de aferio, o lquido desviado atravs do provador e de volta para dentro do oleoduto, montante ou jusante do medidor da unidade. O volume registrado no medidor comparado com o volume que flua atravs do provador tubular, calculando-se ento o fator do medidor.

Figura 1.13. Provador de vazo O provador de vazo bidirecional, em forma

de U (Fig. 1.13) um mtodo de realizao das calibraes dos medidores. As vlvulas de conexo do provador ligam-no com o restante do sistema automtico de transferncia de custdia.

Deve-se conhecer os os clculos exigidos, antes de efetuar as aferies. A operao dos equipamentos de calibrao exige treinamento juntamente com a compreenso da maneira como a presso e a temperatura afetam os volumes de lquidos e dos elementos feitos de ao.


14

1.3. Adequao portaria ANP pela Petrobras (De artigo do eng. Jos Alberto Pinheiro, ABR 2002)

O primeiro passo da PETROBRAS foi organizar as concesses (total de 237 em Abril/2002) assumindo para cada contrato um compromisso com a medio. Os Royalties so pagos sobre a produo de leo e gs total, segundo inciso IV do artigo 3 do Decreto 2705 de 03/08/1998. Os pontos de medio (medio fiscal) caracterizam uma mudana de propriedade do leo, sobre o qual a ANP responde.

Coube rea de Explorao de Produo (E&P) da PETROBRAS realizar projetos de adequao citada Portaria, sendo que cada uma das oito Unidades de Negcio (UN) submeteu ANP um projeto bsico e um plano de desenvolvimento para a implantao dos sistemas de medio. O primeiro levantamento de pontos de medio a serem enquadrados mostrou os totais de cada UN conforme Tabelas 2 e 3.

Cada UN est implementando seus respectivos projetos diretamente por meio de processos de aquisio de Estaes de Medio (EMEDs) no mercado ou atravs de contratos de prestao de servios de projeto, fornecimento, montagem e assistncia tcnica (neste caso esto includos os servios de calibrao, manuteno e validao) administrados, caso a caso, pelos ativos de produo.

Formao do grupo de medio do E&P (GMED)O grupo de medio do E&P (rea de negcios de Explorao e Produo da empresa) foi formado no final de 2000, sendo coordenado pelo E&P Corporativo (sede da empresa) e tem como objetivo acompanhar a atividade tcnica de medio de fluidos mono e multifsicos no mbito da rea de negcios e uniformizar os sistemas de forma a mant-los adequados regulamentao oficial.

Cada Unidade de Negcio (total de 8 no E&P) tem dois representantes no grupo que respondem pela coordenao local da atividade de medio, incluindo apoio auditoria, calibrao e inspeo, implantao de padres e procedimentos operacionais, e adequao dos sistemas de medio de petrleo e gs natural sujeitos regulamentao, inclusive notificaes ANP em caso de falha nos sistemas.

Em nvel da Unidade de Negcio, a atuao realizada atravs do Coordenador Tcnico local que se articula com as reas de Planejamento e Marketing, Operao, Laboratrio, Projeto e Manuteno.

Atividades complementares Alm dos projetos de adequao Portaria

de medio, as seguintes atividades complementares esto sendo desenvolvidas:

Arqueao de tanques Segundo a Portaria de medio, todos os

tanques de medio fiscal e de apropriao da produo de leo devem ser arqueados de forma a obter suas Tabelas Volumtricas, vlidas por dez anos, ou sempre que houver modificaes internas; diversos contratos esto sendo realizados localmente, como o caso do IBAMETRO;

Rotinas de calibrao De modo geral, os sistemas de medio

esto adotando a sistemtica de calibrao de medidores do tipo padro (master), ou seja, os sistemas de medio fiscais so calibrados in-loco nas mesmas condies operacionais, ficando os medidores-padro para serem calibrados externamente s instalaes; a Figura 4 mostra um esquema tpico de EMED (Estao de Medio) com medidor-padro;

O cenrio nacional de laboratrios de calibrao de vazo ainda incipiente e, segundo a RBC (Rede Brasileira de Calibrao), s h disponibilidade de dois: IPT (Instituto de Pesquisas Tecnolgicas de So Paulo) para gs (ar) e CONAUT para lquido (gua). Caso a calibrao deva ser realizada com leo ou gs natural, os laboratrios do exterior devem ser contratados (como o caso do laboratrio de TRAPIL, Frana e o do NEL (National Engineering Laboratory), Esccia); este aspecto , sem dvida, o de maior impacto na implementao do Regulamento de medio em conjunto com o aspecto dos prazos exigidos entre calibraes; por conta destas dificuldades, forma enviadas propostas de alteraes no Regulamento de forma a compatibilizar o cenrio nacional com os requisitos de medio das diversas concesses, levando em considerao outros aspectos tais como idade de alguns campos de petrleo, atratividade econmica, dificuldades operacionais de certas instalaes (acesso remoto e/ou desabitado), etc.


15

Unidade Metrolgica de Atalaia Por iniciativa do CENPES (Centro de

Pesquisas e Desenvolvimento da PETROBRAS), est sendo construda uma facilidade para calibrao de medidores de leo em Aracaj, Sergipe, com previso de credenciamento junto ao INMETRO para se integrar RBC (Rede Brasileira de Calibrao), embora a oferta inicial de servio sendo destinada somente demanda de medidores da rea de Sergipe e Alagoas; esta facilidade dever incluir um sistema do tipo provador em linha de deslocamento mecnico (prover);

Laboratrio de Medio de Maca Ainda em avaliao, uma facilidade de

calibrao de medidores de leo na cidade de Maca, Rio de Janeiro, poderia ser objeto de um Consrcio liderado pelo INMETRO; esta facilidade prestaria servios de calibrao para as operadoras interessadas, principalmente da regio da Bacia de Campos;

Contrato de servios de calibrao com provador mvel

Ainda em avaliao, os medidores que esto instalados nas regies dos estados do Cear, Rio Grande do Norte, Bahia e Esprito Santo podero ser calibrados atravs de um ou mais provadores mveis a serem contratados por prestao de servios no mercado nacional;

Calibrao inicial Para os sistemas que esto sendo

adquiridos, est sendo exigido o fornecimento de certificado obtido em um laboratrio acreditado com a curva de calibrao em todo o range til, de forma a atestar o atendimento s incertezas requeridas pela Portaria de medio;

Elaborao de procedimentos Atualmente em execuo interna e com

apoio do IPT a srie de procedimentos relativos rea de medio, abrangendo desde a parte de medio de leo em tanques, passando pela medio em linha, at as anlises de laboratrio e calibraes;

Padronizao de sistemas de medio De forma a se ter uma certa uniformizao

nos sistemas, foram definidas algumas premissas de projeto que esto apresentadas na Tabela 4, embora cada projeto possa ter alguma caracterstica mais peculiar;

Sistemas de medio de grande porte Algumas novas instalaes de produo

esto prevendo sistemas de medio com funes de superviso j integradas, como o caso da plataforma P-40 (Campo de Marlim Sul, Bacia de Campos) que tem em seu projeto o Sistema de Medio Auditada (SIMA, ver Figura 5) cujo objetivo prover toda funcionalidade das rotinas de medio alm de garantir a inviolabilidade dos dados, requisito fundamental pela Portaria de medio nos casos de medio fiscal;

A Tabela 5 apresenta como exemplo os tipos de informaes que sero disponibilizados pelo sistema SIMA da plataforma P-40 para o caso da medio de leo produzido.

Concluso A rea de negcios de Explorao e

Produo (E&P) da PETROBRAS est se adequando Portaria Conjunta ANP/INMETRO n. 1 de 19.06.2000 que contm o Regulamento Tcnico de Medio de Petrleo e Gs Natural.

Dado que o Regulamento de medio bastante rigoroso no tocante aos prazos entre calibraes e condies de processo para as operaes de calibrao executadas externamente s instalaes de produo, o cenrio atual de facilidades de calibrao no pas considerado como o de uma situao de transio. A soluo final e permanente para esse cenrio dever ser viabilizada atravs de um esforo conjunto entre as operadoras de petrleo, os fornecedores de equipamentos e servios, e os laboratrios de metrologia nacionais.

Fig. 1.14. Processo e ponto de medio


16

Novos Projetos Projetos Existentes

gua (Somente

Operacional)

Produzida: 2 medidores Magnticos para todos pontos (2 faixas) Injetada : 1 medidor P Descartada: 1 medidor magntico +TOG

Produzida: 1 medidor Magntico para todos pontos Injetada : 1 medidor P Descartada: 1 medidor magntico +TOG

Gs Fiscal

Placa de Orifcio + porta placa+trechos retos sacveis (spool) + Computador de Vazo > 6 ultra-snico ou placa (critrio econmico, sendo que a calibrao do ultra-snico s pode ser feita em terra e em laboratrio)

Placa de Orifcio + porta placa+trechos retos sacveis (spool) + Computador de Vazo > 6 ultra-snico ou placa (critrio econmico, sendo que a calibrao do ultra-snico s pode ser feita em terra e em laboratrio)

Gs Apropriao + Operacional

Idem, porm com flange de orifcio e sem trechos sacveis. Exceo: separador de teste porta - placa

Idem, porm com flange de orifcio e sem trechos sacveis. Exceo: separador de teste com porta - placa

leo Fiscal

3 Ultra-snico (2+1) + Provador/Master

2 Ultra-snico (1+1) Obs: Um deles Master

leo Apropriao

Coriolis x 2 (1+1) + Tanque de Calibrao Coriolis ou P.D. + Master

Transferncia de Custdia



Fig. 1. 15. Estao de medio de gs natural da UN-BA


17

Fig. 1.16. Estao tpica de medio com gs natural:, estao de Aras, BA

1. Ponto de medio cm placa de orifcio 2. Computador de vazo FloBoss 3. Tela na sala de controle


18

Fig. 1.17. Medio de leo com computador Floboss, Taquipe, BA Fig. 1.18. Estao tpica de medio com gs natural:, estao de Camaari, BA

1. Ponto de medio com duas placas de orifcio, com stand by 2. Cromatgrafo em linha

19

2. Variveis Auxiliares

2.1. Instrumentao

Conceito e aplicaes A instrumentao o ramo da engenharia

que trata do projeto, fabricao, especificao, montagem, operao e manuteno dos instrumentos para a medio, alarme, monitorao e controle das variveis do processo industrial. As variveis tipicas incluem mas no se limitam a presso, temperatura, vazo, nvel e anlise.

As indstrias que utilizam os instrumentos de medio e de controle do processo, de modo intensivo e extensivo so: qumica, petroqumica, refinaria de petrleo, txtil, borracha, fertilizante, herbicida, papel e celulose, alimentcia, farmacutica, cimento, siderrgica, minerao, vidro, nuclear, hidreltrica, termeltrica, tratamento d'gua e de efluentes.

Os instrumentos esto associados e aplicados aos seguintes equipamentos: caldeira, reator, bomba, coluna de destilao, forno, queimador, refrigerador, aquecedor, secador, condicionador de ar, compressor, trocador de calor e torre de resfriamento.

Disciplinas relacionadas O projeto completo do sistema de controle

de um processo envolve vrios procedimentos e exige os conhecimentos dos mais diversos campos da engenharia, tais como: 1. Mecnica dos fluidos, para a especificao

das bombas, o dimensionamento das tabulaes, a disposio de bandejas da coluna de destilao, o tamanho dos trocadores de calor, a potncia dos compressores.

2. Transferncia de calor, para a determinao da remoo do calor dos reatores qumicos, pr-aquecedores, caldeiras de recuperao e o dimensionamento dos condensadores.

3. Cintica das reaes qumicas, para o dimensionamento dos reatores, para a escolha das condies de operao (presso, temperatura e nvel) e dos catalisadores,

4. Termodinmica, para o calculo da transferncia de massa, do nmero e da relao das placas de refluxo e das condies de equilbrio da reao qumica. Esses conhecimentos auxiliam na escolha

e na aplicao do sistema de controle automtico associado ao processo. Os modelos matemticos, as analogias e a simulao do processo so desenvolvidos e dirigidos para o entendimento do processo e sua dinmica e finalmente para a escolha do melhor sistema de controle.

A especificao dos instrumentos requer o conhecimento dos catlogos dos fabricantes e das funes a serem executadas, bem como das normas, leis e regulamentaes aplicveis.

A manuteno dos instrumentos exige o conhecimento dos circuitos mecnicos, pneumticos e eletrnicos dos instrumentos, geralmente fornecidos pelos fabricantes dos instrumentos. Para a manuteno da instrumentao pneumtica exige-se a habilidade manual e uma pacincia bovina para os ajustes de elos, alinhamento de foles, estabelecimento de ngulos retos entre alavancas, colocao de parafusos em locais quase inacessveis. A manuteno dos instrumentos eletrnicos requer o conhecimento da eletrnica bsica, do funcionamento dos amplificadores operacionais e atualmente das tcnicas digitais. O fabricante honesto fornece os circuitos eletrnicos e os diagramas de bloco esquemticos dos instrumentos.

Para a sintonia do controlador e o entendimento dos fenmenos relativos ao amortecimento, oscilao e saturao til o conhecimento rigoroso dos conceitos matemticos da integral e da derivada. A analise terica da estabilidade do processo

Variveis Auxiliares

20

requer uma matemtica transcendental, envolvendo a funo de transferncia, os zeros e os plos de diagramas, as equaes diferenciais, a transformada de Laplace e os critrios de Routh-Hurwitz.

2.2. Vantagens e Aplicaes

Nem todas as vantagens da instrumentao podem ser listadas aqui. As principais esto relacionadas com a qualidade e com a quantidade dos produtos, fabricados com segurana e sem subprodutos nocivos. H muitas outras vantagens. O controle automtico possibilita a existncia de processos extremamente complexos, impossveis de existirem apenas com o controle manual. Um processo industrial tpico envolve centenas e at milhares de sensores e de elementos finais de controle que devem ser operados e coordenados continuamente.

Como vantagens, o instrumento de medio e controle

1. no fica aborrecido ou nervoso, 2. no fica distrado ou atrado por pessoas

bonitas, 3. no assiste a um jogo de futebol na

televiso nem o escuta pelo rdio, 4. no pra para almoar ou ir ao banheiro, 5. no fica cansado de trabalhar, 6. no tem problemas emocionais, 7. no abusa seu corpos ou sua mente, 8. no tem sono, 9. no folga do fim de semana ou feriado, 10. no sai de frias, 11. no reivindica aumento de salrio.

Porm, como desvantagens, o instrumento 1. sempre apresenta erro de medio 2. opera adequadamente somente quando

estiver nas condies previstas pelo fabricante,

3. requer calibraes peridicas, para se manter exato requer manuteno preventiva ou corretiva, para que sua preciso se mantenha dentro dos limites estabelecidos pelo fabricante e se essa manuteno no for correta, ele se degrada ao longo do tempo,

4. provvel que algum dia ele falhe e pela lei de Murphy, esta falha geralmente acontece na pior hora possvel e pode acarretar grandes complicaes.

Qualidade do Produto A maioria dos produtos industriais

fabricada para satisfazer determinadas

propriedades fsicas e qumicas. Quanto melhor a qualidade do produto, menores devem ser as tolerncias de suas propriedades. Quanto menor a tolerncia, maior a necessidade dos instrumentos para a medio e o controle automtico.

Os fabricantes executam testes fsicos e qumicos em todos os produtos feitos ou, pelo menos, em amostras representativas tomadas aleatoriamente das linhas de produo, para verificar se as especificaes estabelecidas foram atingidas pela produo. Para isso, so usados instrumentos tais como densitmetros, viscosmetros, espectrmetros de massa, analisadores de infravermelho, cromatgrafos e outros.

Os instrumentos possibilitam a verificao, a garantia e a repetitividade da qualidade dos produtos.

Atualmente, o conjunto de normas ISO 9000 exige que os instrumentos que impactam a qualidade do produto tenham um sistema de monitorao, onde esto includas a manuteno e calibrao documentada deles.

Fig. 2.1. Medio de nvel

Quantidade do Produto As quantidades das matrias primas, dos

produtos finais e das utilidades devem ser medidas e controladas para fins de balano do custo e do rendimento do processo. Tambm freqente a medio de produtos para venda e compra entre plantas diferentes.

Os instrumentos de indicao, registro e totalizao da vazo e do nvel fazem a aquisio confivel dos dados atravs das medies de modo continuo e preciso.

Os instrumentos asseguram a quantidade desejada das substncias.

Variveis Auxiliares

21

Fig. 2.2. Estao de transferncia de produtos

Economia do Processo O controle automtico economiza a

energia, pois elimina o superaquecimento de fornos, de fornalhas e de secadores. O controle de calor est baseado geralmente na medio de temperatura e no existe nenhum operador humano que consiga sentir a temperatura com a preciso e a sensitividade do termopar ou da resistncia.

Instrumentos garantem a conservao da energia e a economia do processo .

Ecologia Na maioria dos processos, os produtos que

no so aproveitveis e devem ser jogados fora, so prejudiciais s vidas animal e vegetal. A fim de evitar este resultado nocivo, devem ser adicionados agentes corretivos para neutralizar estes efeitos. Pela medio do pH dos efluentes, pode se economizar a quantidade do agente corretivo a ser usado e pode se assegurar que o efluente esteja no agressivo. Os instrumentos garantem efluentes limpos e inofensivos.

Segurana da Planta Muitas plantas possuem uma ou vrias

reas onde podem estar vrios perigos, tais como o fogo, a exploso, a liberao de produtos txicos. Haver problema, a no ser que sejam tomados cuidados especiais na observao e no controle destes fenmenos. Hoje so disponveis instrumentos que podem detectar a presena de concentraes perigosas de gases e vapores e o aparecimento de chama em unidades de combusto. Os instrumentos protegem equipamentos e vidas humanas.

Fig.2.3. Plataforma: uma rea de risco

Proteo do Processo O processo deve ter alarme e proteo

associados ao sistema de medio e controle. O alarme realizado atravs das mudanas de contatos eltricos, monitoradas pelos valores mximo e mnimo das variveis do processo. Os contatos dos alarmes podem atuar (ligar ou desligar) equipamentos eltricos, dispositivos sonoros e luminosos.

Os alarmes podem ser do valor absoluto do sinal, do desvio entre um sinal e uma referncia fixa e da diferena entre dois sinais variveis.

til o uso do sistema de desligamento automtico ou de trip do processo. Deve-se proteger o processo, atravs de um sistema lgico e seqencial que sinta as variveis do processo e mantenha os seus valores dentro dos limites de segurana, ligando ou desligando os equipamentos e evitando qualquer seqncia indevida que produza condio perigosa.

Os primeiros sistemas de intertravamento utilizavam contatos de reles, contadores, temporizadores e integradores. Hoje, so utilizados os Controladores Lgicos Programveis (CLP), a base de microprocessadores, que possuem grande eficincia em computao matemtica, seqencial e lgica, que so os parmetros bsicos do desligamento.

Alguns instrumentistas fazem distino entre o sistema de desligamento (trip) e o de intertravamento (interlock), enquanto outros consideram os dois conceitos idnticos.

Variveis Auxiliares

22

Fig. 2.4. rea industrial hostil

2.3. Medio das variveis

Na indstria de petrleo e gs natural, as variveis mais importantes so a vazo e o nvel, pois elas so usadas como variveis de transferncia de custdia, ou seja, os seus medidores so a base para a compra e venda destes produtos. Mesmo assim, as outras variveis so medidas para fins de compensao, mudana de volume para massa, estabelecimento de condies padro de transferncia e segurana da operao.

Estas variveis so: 1. Presso 2. Temperatura 3. Densidade 4. Viscosidade 5. Anlise 6. Vibrao

Por exemplo, na medio de leo, mandatrio a medio da temperatura do produto, para fazer ajustes no valor do volume medido. Na medio de vazo de gases, mandatrio a medio da presso e da temperatura, para compensar a influncia destas variveis no volume medido. Para medir o gs em calor energtico, deve ser medida tambm sua composio ou anlise.

2.4. Presso

Introduo A presso definida como a distribuio de

uma fora sobre uma rea. Quando uma fora aplicada num objeto, a rea sobre a qual a fora aplicada sofre presso. Por exemplo, um tanque de armazenamento pesando um 1 000 000 de toneladas e com um fundo cuja superfcie de rea de 200 000 polegadas quadradas exerce uma presso sobre o cho equivalente a 5 psi.

Unidade de presso A unidade SI de presso o pascal (Pa),

que a relao entre 1 newton por 1 metro quadrado, ou seja, 1 Pa = 1 N/ 1 m2 . Por ser muito pequena, comum se usar o kPa e o MPa.

A presso a varivel de processo cuja unidade usada a mais diversa possvel. Embora no recomendado so usados: psi, kgf/cm2, mm H2O, mm Hg, bar, tor. Mesmo que seja difcil, no princpio, por questo legal, deve-se usar o pascal.

Regras de presso A presso age de maneiras especficas em

lquidos em repouso de acordo com as quatro regras de presso a seguir. 1: A presso age uniformemente em todas

as direes num pequeno volume de lquido.

2: A presso age perpendicularmente s fronteiras de um recipiente contendo um lquido em repouso.

3: As mudanas de presso produzidas num ponto de um sistema fechado so transmitidas para todo o sistema.

4: A presso num lquido atua uniformemente sobre uma superfcie horizontal.

Tipos de presso Presso absoluta

Presso absoluta a presso medida com relao a um vcuo. Um vcuo perfeito sempre tem uma presso absoluta igual a zero. A presso absoluta independe da presso atmosfrica do local onde ela medida.

Variveis Auxiliares

23

Presso atmosfrica Presso atmosfrica a presso absoluta

na superfcie terrestre devida ao peso da atmosfera. A presso atmosfrica depende principalmente da altitude do local: quanto mais alto menor a presso atmosfrica. A presso atmosfrica depende pouco de outros parmetros, tais como poluio, umidade da atmosfera, mar do mar.

Presso manomtrica Presso manomtrica a presso medida

com relao presso da atmosfera. A diferena entre presso manomtrica e presso absoluta a presso atmosfrica.

Por ser mais barato, pois o sensor mais simples, geralmente se mede a presso manomtrica. Quando se quer a presso atmosfrica, mede-se a presso atmosfrica e acrescenta 1 atmosfera padro. Deve-se medir a presso absoluta apenas para presses prximas da presso atmosfrica.

Presso esttica Presso esttica a presso medida na

parede interna da tubulao por onde passa o fluido. Ela chamada de esttica porque a velocidade do fluido viscoso que flui atravs da parede rugosa da tubulao zero.

Presso de vapor A presso de vapor de um lquido a

presso acima da qual o lquido no se vaporiza. Por exemplo, a presso de vapor do propano de aproximadamente 92,4 psi a 15C. Isso significa que, a uma temperatura de 15C, a presso de um oleoduto contendo propano deve ser superior a 92,4 psi para que o propano seja mantido num estado de lquido puro. Se a presso cair abaixo desse nvel, ocorrer no oleoduto a formao de gs de propano (ver Figura 3), a qual poder causar srios prejuzos ao funcionamento do oleoduto. A formao de gs num oleoduto chama-se quebra de coluna; a cavitao a rpida formao e colapso de cavidades de vapor em regies de baixa presso. A cavitao pode acarretar srios danos bomba. necessrio que os operadores de oleodutos mantenham a presso na linha acima da presso de vapor do lquido de modo a evitar a quebra de coluna e a cavitao.

Presso da coluna lquida Dois diferentes tipos de altura (head), altura

esttica e altura de elevao, so importantes para os oleodutos parados. A altura esttica relaciona a presso e a densidade ao head; a

altura de elevao relaciona a elevao do oleoduto acima de um nvel de referncia ao head. A soma da altura esttica e da altura de elevao num oleoduto parado equivale altura manomtrica total.

Fig. 2.5. Tipos de presso

Altura esttica A altura esttica a quantidade de energia

potencial por unidade de peso de um lquido, devida presso. A presso considerada energia potencial porque tem potencial para realizar trabalho. Por exemplo, um balo cheio de ar encontra-se pressurizado e contm energia potencial. Quando se estoura o balo, ele fica voando sem rumo medida que a energia potencial do ar em escapamento convertida em energia cintica e realizado trabalho para a movimentao do balo. Seria til ter uma medida da quantidade de energia que no dependesse do volume, massa ou peso. A soluo medir a energia por unidade de peso. A energia por unidade de peso tem unidades em metros e denominada head (altura manomtrica).

Altura de elevao Altura de elevao a energia potencial

por unidade de peso de um lquido num oleoduto devida sua elevao. A altura de elevao medida considerando-se a elevao acima de um nvel de referncia, geralmente o nvel do mar. Se um objeto for elevado acima do nvel de referncia, ele ter potencial para

Vcuo ou presso manomtrica negativa

Presso Atmosfrica

Zero Absoluto (Vcuo perfeito)

Presso manomtrica

Presso absoluta

Presso baromtrica

Presso absoluta

Presso medida

103 kPa A

197 kPa A 94 kPa G

0 kPa G

60 kPa A

-43 kPa G

Variveis Auxiliares

24

realizar trabalho medida que baixar at o nvel de referncia. A altura de elevao independe da presso e da massa especfica.

Altura manomtrica total A soma da altura esttica e da altura de

elevao num oleoduto parado denominada altura manomtrica total. Um oleoduto parado tem apenas energia potencial devida presso (altura esttica) e elevao (altura de elevao). De acordo com o Princpio da Conservao de Energia, a altura manomtrica total permanece constante em todo o oleoduto contanto que a massa especfica no sofra alteraes.

Fig. 2.6. Sensores mecnicos de presso

Medio de presso H basicamente dois tipos de sensores de

presso: Mecnico, que sente a presso e gera na

sada uma varivel mecnica, como movimento ou fora. Exemplos de sensores mecnicos: bourdon C, fole, diafragma, helicoidal.

Eltrico, que sente a presso e gera na sada uma varivel eltrica, como tenso ou variao da resistncia eltrica. Exemplos de sensores eltricos: strain gauge e cristal piezeltrico.

Os sensores mecnicos so mais simples e o medidor pode funcionar sem alimentao externa, utilizando a prpria energia do processo para sua operao.

Os sensores eltricos so mais fceis de serem condicionados e associados a sistemas de transmisso eletrnica e de telemetria.

Bourdon C O tubo Bourdon que curvo e flexvel,

ligado a um acoplamento de ponteiro num

extremo e aberto no outro. O lquido penetra no extremo aberto, fazendo com que o tubo se retifique, diminuindo a curvatura ligeiramente. V-se um efeito semelhante quando deixa a gua correr para dentro de uma mangueira de jardim enrolada no cho. O movimento do tubo desloca o ponteiro de um indicador que registra ento a presso.

Fig. 2.7. Tubo de Bourdon Bsico e suas

Diversas Variaes

Fole O fole funciona como um tubo Bourdon C

pelo fato de utilizar a presso do lquido para deslocar o ponteiro no mostrador. Ao invs de ter um tubo, no entanto, o sistema de foles consiste de uma cmara metlica ou fole com lados corrugados. Pelo fato de que as corrugaes impedem o fole de se dilatar para o lado, o fole sempre mais acurado do que o tubo Bourdon.

Fig. 2.8. Manmetro com Fole

Variveis Auxiliares

25

Strain gauge Strain gauge um sensor de presso de

natureza eltrica, pois sente a presso na entrada e produz na sada uma variao da resistncia eltrica, em funo da compresso ou trao aplicada.

A resistncia varivel do strain gauge detectada no instrumento receptor por um circuito eltrico chamado de ponte de Wheatstone. Quando a ponte de Wheatstone estiver balanceada, pode-se determinar a quarta resistncia atravs de outras trs conhecidas.

O strain gauge o sensor padro de balanas eletrnicas, balanas rodovirias e para a medio de nvel por peso.

Cristal piezeltrico O cristal piezeltrico o outro sensor

eltrico de presso. Ele sente a presso e gera na sada uma pequena tenso eltrica contnua. Ele mais caro que o strain gauge, porm mais preciso, robusto e estvel. Atualmente, a medio precisa de presso em transmissores do estado da arte feita por cristal piezeltrico.

Instrumentos de presso Na medio de petrleo e gs natural os

principais instrumentos de medio e condicionamento da presso so:

1. Transmissor 2. Indicador local 3. Indicador de painel 4. Chave

Transmissor de presso Transmissor de presso o instrumento

que detecta a presso e gera na sada um sinal padro de 4 a 20 mA cc proporcional ao valor medido.

H transmissores de presso absoluta, presso manomtrica, presso diferencial pequena sobre presso esttica elevada (dp cell) e presso diferencial elevada.

As vantagens do transmissor so: 1. Ter o sinal disponvel grande

distncia do local de medio. 2. Ter um sinal padro, padronizando o

instrumento receptor de painel. 3. Isolar a presso do processo da sala

de controle, protegendo o operador.

Fig. 2.9. Transmissor de presso diferencial e de presso manomtrica

Chave de presso Quando e onde uma pres

medição petróleo & gás natura_3a edq

Documents