Do off-line ao on-line: respondendo a uma série de perguntas com a simulação de pipeline
Com o software de simulação de dutos sendo cada vez mais usado durante as fases de projeto e operação da vida útil de um duto, não é surpresa que um pacote de simulação possa ajudar os engenheiros a responder a perguntas importantes e tomar decisões informadas.
A versatilidade do Atmos Simulation (SIM) Suite significa que o mesmo modelo de tubulação subjacente pode simular diferentes cenários em três categorias de aplicativos: off-line, on-line e lookaheads, Trainer. Para redes de dutos que enfrentam uma série de desafios, a instalação de uma suíte de simulação pode aliviar as preocupações dos operadores de dutos. Neste artigo, o CEO e fundador da Atmos International (Atmos), Jun Zhang, discute como o Atmos SIM pode superar uma série de desafios específicos dos dutos de gás e líquidos que operam na América Latina, incluindo:
- Acompanhamento e manutenção da qualidade do produto para garantir que as entregas aos clientes estejam dentro das especificações
- Apoio à transição energética
- Treinamento de operadores
- Otimização da capacidade do duto
- Gerenciar eventos não planejados, como interrupções ou falhas no fornecimento
1. Acompanhamento e manutenção da qualidade do produto para garantir que as entregas aos clientes estejam dentro das especificações
Na América Latina, é comum que as operadoras lidem com operações de dutos multiprodutos, com muitos tipos de produtos indo para diferentes locais com diferentes proprietários. Por exemplo, as operações de mineração e de polpa formam uma parte significativa da economia latino-americana, com a expectativa de que a região desempenhe um papel importante na crescente demanda por lítio.1
Nessa região, um mineroduto transporta uma mistura de materiais suspensos em água ou óleo, como areia, argila, carvão e minerais, que podem incluir concentrado de cobre, concentrado de ferro, concentrado de zinco e muito mais.2 Garantir que o produto não seja contaminado e seja transportado para o local correto é vital para os operadores que trabalham na sala de controle.
O software de rastreamento de lotes permite que os operadores de dutos façam o rastreamento de produtos em um duto de vários produtos, monitorem o progresso dos produtos, operem um duto eficiente e econômico e rastreiem a qualidade do produto. O Atmos Batch é um exemplo dessa solução em ação (veja a Figura 1).
O Atmos Batch é um módulo dentro do Atmos SIM e usa uma interface homem-máquina (HMI) para fornecer o volume de lotes atualizado e a localização precisa dos produtos no pipeline em tempo real (veja a Figura 2). Isso pode ajudar os operadores de dutos da América Latina a conhecer a localização principal e final de cada lote e seu tempo estimado de chegada (ETA).
Figura 1: Atmos Batch mostrando o progresso da gasolina de 95 octanas, gasolina de 93 octanas, combustível jet-a1 e diesel de alta velocidade
Figura 2: Interface de usuário do Atmos Batch com vários dutos
2. Apoio à transição energética
Juntamente com o Caribe, a América Latina é responsável por 8% das emissões globais de gases de efeito estufa,3 portanto, a transição para uma energia mais limpa contribuirá para a redução de emissões e para a meta cero emissões. O software de simulação de dutos pode apoiar essa transição em um nível mais profundo.
A introdução de uma economia de hidrogênio foi um tema comum nas discussões da COP27, portanto, as empresas de dutos da América Latina precisam se preparar para o transporte de hidrogênio e misturas de hidrogênio por meio de seus dutos.4
Embora o hidrogênio tenha vários usos como um combustível mais limpo, há uma série de problemas que os operadores precisarão enfrentar quando ele for introduzido nos dutos:
- A composição molecular do hidrogênio é menor do que as moléculas de gás natural, portanto, é mais fácil para o hidrogênio vazar
- As moléculas de hidrogênio podem ser absorvidas pelas rachaduras da tubulação, causando a fragilização do hidrogênio
- O hidrogênio pode se tornar um gás de efeito estufa indireto se ocorrer um vazamento, afetando a composição da atmosfera e impactando negativamente a qualidade do ar
- Falta de conhecimento sobre hidrogênio e transporte de mistura de hidrogênio, pois é uma área que ainda não está totalmente estabelecida
A simulação de dutos pode ajudar as empresas de dutos da América Latina a se prepararem para a introdução do hidrogênio em sua infraestrutura de dutos existente. O Atmos SIM permite que as operadoras modelem todos os aspectos da rede de dutos para que tenham uma melhor compreensão de como a rede lidará com diferentes concentrações de hidrogênio (Figura 3).
Figura 3: Uma rede de transmissão de gás demonstrando capacidade restrita em locais de abastecimento quando uma grande quantidade de hidrogênio é injetada
Além disso, o Atmos SIM on-line pode detectar e localizar vazamentos de forma confiável, o que é especialmente importante, pois a fragilização do hidrogênio é um fator a ser considerado na transição energética. O Atmos SIM Leak Detection pode calcular continuamente o equilíbrio do volume em uma tubulação, que é analisado estatisticamente pelo teste de razão de probabilidade sequencial para determinar a razão entre a probabilidade de vazamento e a probabilidade de não vazamento.
Apoiar a transição energética para o hidrogênio é um desafio que também pode ser superado em paralelo com o desafio do treinamento do operador.
3. Treinamento de ooperadores
Muitas empresas de dutos são obrigadas pelos regulamentos a demonstrar que seus operadores de dutos são adequadamente treinados para reconhecer e reagir a condições operacionais anormais, com muitos reguladores exigindo um registro dos treinamentos ministrados aos operadores de dutos e um plano de melhoria contínua.
O hidrogênio já foi discutido como um desafio que poderia afetar as empresas de dutos da América Latina devido à atual falta de conhecimento sobre como ele afetará a rede de dutos, mas há vários outros desafios existentes que podem afetar as operações de dutos.
A geografia física da América Latina é altamente variável e inclui montanhas e planaltos, bacias hidrográficas e planícies costeiras.5 Com isso, surge uma gama de possíveis riscos geológicos que podem afetar a integridade da tubulação. Por exemplo, os dutos que passam perto de montanhas e planaltos podem ser expostos a deslizamentos de terra, lahares e erupções vulcânicas, enquanto um duto que passa por bacias hidrográficas apresenta risco de erosão do leito do rio e erosão subterrânea do duto.6
É fundamental que as empresas de dutos da América Latina não apenas implementem os treinamentos necessários para seus operadores, mas que também ofereçam o treinamento de forma a expor os operadores a condições operacionais anormais específicas da região em que o duto opera, como uma situação de vazamento ou roubo ou um risco geológico como os listados acima.
O Atmos Trainer é um módulo de qualificação e pontuação do operador no Atmos SIM que cria cenários off-line como uma ferramenta para treinar operadores de dutos novos e existentes. Como os simuladores hidráulicos podem imitar o sistema de controle de dutos, ele apresenta uma visão virtual do duto durante condições operacionais normais e anormais, ajudando os operadores de dutos a entender as informações exibidas no sistema de controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA) (Figura 4).
Figura 4: Arquitetura do sistema Atmos Trainer
Para as empresas de dutos da América Latina que enfrentam uma série de novos desafios, desde a transição para uma energia mais limpa até a ameaça contínua de riscos geológicos, vazamentos e roubos, o Atmos Trainer facilita o aprimoramento contínuo dos operadores em um ambiente de sala de controle semelhante, para que eles possam se preparar para todas as eventualidades.
4. Otimização da capacidade do duto
Gás
O programa de reforma do Novo Mercado de Gás no Brasil tem como objetivo aumentar a flexibilidade física do sistema de gás, agilizar o fornecimento de gás, promover a concorrência e facilitar a integração de uma parcela maior de energias renováveis intermitentes no sistema de energia brasileiro.7 A implementação desse programa exige um bom entendimento da capacidade da rede existente e respostas rápidas às solicitações do mercado aberto. Um software de simulação preciso tornará muito mais fácil para as operadoras de gasodutos gerenciarem sua capacidade e alocações.
Como o gás é altamente compressível, em uma rede de transmissão com vários pontos de fornecimento e entrega, é impossível até mesmo para o operador de gasoduto mais experiente saber qual é o melhor curso de ação quando ocorre um evento inesperado, como a partida de uma usina de energia. Isso se torna ainda pior quando vários eventos ocorrem simultaneamente. Um otimizador de gás que possa ajudar os operadores a tomar as medidas mais eficientes e ecologicamente corretas seria muito benéfico.
O Atmos Intelligent Optimizer (AIO) trabalha em conjunto com o software de simulação de gasodutos para ajudar a atender de forma confiável aos requisitos de contrato de gás dos clientes de gasodutos. Ele reduz os custos para os operadores de gasodutos, informando-os sobre o melhor curso de ação quando se trata de eventos operacionais planejados e não planejados em redes de transporte de gás. Ele ajuda a otimizar a capacidade do gasoduto e permite que mais clientes utilizem as redes de gás.
Mineração e polpas abrasivas
A mineração na América Latina tem sido historicamente responsável por 13% a 19% dos investimentos estrangeiros diretos recebidos,1 mas isso contrasta com os problemas sociais e ambientais causados pelo setor.
Desde o processamento, a separação e a extração de minerais até a movimentação de minérios por longas distâncias em dutos de polpa, a água é crucial para as operações contínuas das empresas de mineração da América Latina, e uma quantidade substancial é usada para sustentar as operações de mineração e polpa.8 Por exemplo, a quantidade de água usada pelo setor de mineração chileno poderia suprir 75% da população com suas necessidades de água.9
Além disso, a água necessária para uso na mineração latino-americana deve ser dessalinizada, o que requer um processo complicado de remoção de sais minerais da água, geralmente por meio de osmose reversa.7 O uso de água na América Latina ocorre juntamente com a escassez generalizada de água em áreas residenciais, de modo que as empresas de mineração enfrentam um dilema ético quando se trata de sua gestão de água.
Figura 5: Exemplo de uma operação de um mineroduto que usa água dessalinizada extraída do mar por meio de osmose reversa
É possível que as empresas de mineração otimizem seu gerenciamento de água sem comprometer a qualidade ou a quantidade da água de que necessitam.
Estudo de caso 1: programação de bombeamento otimizada da Water Conversion Corporation
A Water Conversion Corporation (WCC) usou o módulo Optimizer do Atmos SIM em sua extensa rede de tubulações que envolvia várias ramificações, várias estações de bombeamento e parques de tanques que transportavam água dessalinizada da costa marítima e através de uma cadeia de montanhas para o deserto árido.
A implantação do Optimizer do Atmos SIM permitiu que a WCC recomendasse suas programações de bombeamento em uma rede de dutos em que algumas seções de tubulações são bombeadas, enquanto outras fluem por gravidade.10
5. Gerenciar eventos não planejados, como interrupções ou falhas no fornecimento
Como mencionado acima, há vários desafios a serem considerados em uma rede de dutos operando na América Latina, como os riscos geográficos causados pela geografia física da região e o potencial de mudança das nomeações.
Figura 6: Dados de tendências da atividade recente de um oleoduto ativo (fundo claro), juntamente com a previsão de um cenário futuro. A área circulada indica uma possível violação da pressão mínima que pode ser evitada com a tomada de medidas antecipadas
Usando um modelo on-line e previsões futuras de oferta/demanda, um aplicativo de antecipação pode traçar um panorama de como será o futuro. Uma simulação de lookahead pode assumir várias formas, incluindo:
Frozen look-ahead
Um frozen-lookahead pode ser executado em segundo plano nas operações do pipeline, prevendo a capacidade de sobrevivência caso tudo no cenário permaneça igual ao estado inicial.
What-if look-ahead
Uma previsão do tipo "e se" considera o que aconteceria na transição das condições atuais da tubulação para uma nova situação, fazendo perguntas sobre qual seria o impacto em um oleoduto se ocorresse um evento, como o disparo de um compressor ou um desligamento de emergência.
Nomeações look-ahead
Um cenário de antecipação de nomeações fornece previsão das condições do duto em um nível rotineiro em resposta às nomeações dos remetentes. É um método exato, geralmente com taxas de fluxo futuras variáveis ao longo do tempo.11
As observações desempenham um papel crucial na antecipação eficaz de riscos e violações em um oleoduto e na promoção de ações para que medidas apropriadas possam ser tomadas para mitigar problemas futuros.Na Atmos, continuamos a ver as empresas de dutos da América Latina expressando interesse nesse recurso do Atmos SIM (Online).
Estudo de caso 2: Nova Transportadora do Sudeste (NTS)
A rede da Nova Transportadora do Sudeste (NTS) é composta por mais de 2.000 km de dutos e tem a maior capacidade entre todos os dutos do Brasil, com uma capacidade contratual de transporte de 158,2 milhões de m3 de gás por dia.
A NTS transporta gás natural por meio de um sistema de dutos que atravessa a região mais industrializada do Brasil e tem conexões com os estados do Rio de Janeiro, Minas Gerais e São Paulo.
Trabalhando com a Atmos, a NTS optou recentemente pelo Atmos SIM Suite completo para seu módulo de look-ahead, bem como sua modelagem on-line e off-line, conectividade SCADA, rastreamento da composição do gás e muito mais.12
O futuro da simulação de pipeline na América Latina
O Atmos SIM está em operação em mais de 20 países, incluindo muitos países da América Latina, e oferece suporte a aproximadamente 45.000 km de tubulações em todo o mundo.
Como a NTS é nosso mais recente cliente de software de simulação de dutos, o papel que o Atmos SIM desempenha na superação dos desafios dos dutos latino-americanos evidentemente continua sendo crucial e continuará sendo no futuro.
(Artigo publicado pela primeira vez em português do Brasil para EPBR).