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Dissertações de Mestrado Defendidas: 2009

Síntese de Controle e Análise de Cenários em Plantas Offshore de Óleo e Gás

Autor(a): Juliana Casaccia Vaz
Orientador(es): Ofélia de Queiroz Fernandes Araújo, José Luiz de Medeiros
Laboratório: H2CIN

Resumo

As plantas de processamento primário de petróleo offshore são projetadas para separar e tratar as diferentes fases do petróleo produzido, para envio às refinarias.

No contexto offshore, os equipamentos são projetados para mínima carga e máxima economia de espaço, resultando em unidades compactas, com mínimo inventário. Em decorrência, estas plantas apresentam grande sensibilidade a oscilações de produção, comuns em função das características de escoamento em risers de produção, podendo apresentar intermitências e amplitudes severas (golfadas), quadro este agravado com a maturação dos campos produtores.

Observa-se, adicionalmente, tendência para projetos de plantas de processamento exibindo maior complexidade, associadas à exploração de petróleo em águas ultra-profundas, óleos pesados e/ou exibindo alto grau de contaminantes. No caso brasileiro, as descobertas de petróleo leve do pré-sal indicam a necessidade de processamento de grandes quantidades de gás, rico em CO2.

Neste cenário, a síntese de estratégias de controle que amorteçam oscilações para evitar a propagação de perturbações ao longo da unidade é de destacada relevância. Adicionalmente, devido ao confinamento da tripulação e à natureza combustível dos produtos (gás e óleo), aspectos de segurança assumem vulto, principalmente na operação sob fortes transientes, demandando estudos de simulação para validação de procedimentos de operação e controle da planta. O uso de modelos como ferramenta de análise permite estudos de apoio ao HAZOP (Hazards in Operation), pré-sintonia de controladores, treinamento de operadores, verificação do desempenho da planta frente a perturbações, verificação da lógica de controle de plantas em operação, simulação de cenários de emergência, teste de alterações de projeto e estudos de aumento de capacidade, entre outros.

O presente trabalho aborda o emprego de simulação dinâmica na síntese e análise de plantas offshore com foco em três estudos de caso:

  1. um sistema de gás combustível (com duas fontes de entrada, válvulas de controle e bloqueio, controladores, trocadores e um vaso),
  2. um sistema de óleo (com três separadores bifásicos, dois tratadores eletrostáticos, um tanque, válvulas de controle e bloqueio, controladores, bombas e correntes de reciclo) e
  3. dois sistemas de tratamento de óleo (separador trifásico, separador bifásico, tratador eletrostático, bombas, aquecedores, válvulas de bloqueio e controle e reciclos).

Para os casos (1) e (2), modelados com sucesso, registrou-se o comportamento de todas as variáveis controladas, procedendo-se a uma análise de interação baseada na matriz de ganhos relativos, para emparelhamento das variáveis controladas e manipuladas.