Como a simulação de dutos oferece suporte à garantia de fluxo em todo o ciclo de vida da tubulação

Garantia de fluxo: Vital para uma cadeia de suprimentos eficiente

Enquanto os operadores de dutos e as empresas de engenharia continuam buscando maneiras de não apenas manter a segurança e a conformidade, mas também otimizar as operações, a garantia de fluxo continua a ser um tópico vital. Criada pela Petrobras na década de 1990, a garantia de fluxo significa simplesmente "garantia de fluxo"¹. Ela envolve toda a cadeia de suprimentos do setor de hidrocarbonetos, da fonte ao usuário final.

Aqui, analisamos os principais desafios da garantia de fluxo e como a tecnologia, como a simulação de dutos, nos ajuda a entender o impacto nas operações por meio da modelagem dos resultados.

• Superando os desafios de garantia de fluxo e otimização das operações
• Como ajuda a tecnologia de simulação de dutos
• Modelagem dos riscos e otimização
• O que é análise de sobretensão?

Superação dos desafios de garantia de fluxo e otimização das operações

As interrupções no fluxo de fluido e gás não são apenas onerosas para os operadores de dutos, mas também representam preocupações de segurança. Existem alguns desafios importantes associados à garantia de fluxo com os quais um simulador de dutos pode ajudar, bem como áreas em que ele pode ajudar a otimizar suas operações.

1. Previsão de tendências futuras para otimizar o cronograma operacional
2. Análise de eventos não planejados (como interrupções de compressores) e como eles podem ser gerenciados
3. Treinamento de pessoal novo e existente da sala de controle
4. Desenvolvimento de procedimentos de inicialização e desligamento
5. Otimização da transição para a energia verde

A consideração da transição energética é uma área importante para a maioria. Os operadores de dutos precisam entender como a transição para o hidrogênio, por exemplo, afetará a capacidade dos dutos. Espera-se que muitos gasodutos de gás natural sejam reaproveitados para misturas de hidrogênio, portanto, é fundamental entender como essa infraestrutura lidará com isso. A simulação de dutos capaz de modelar com precisão diferentes misturas de hidrogênio podem ser usada como uma poderosa ferramenta de apoio à decisão, eliminando áreas de adivinhação e incerteza.

Como ajuda a tecnologia de simulação de dutos

A função de um engenheiro de garantia de fluxo em um projeto é fornecer previsões, estratégias de prevenção e métodos de correção para fatores que possam comprometer a segurança do fornecimento⁷. Esses tipos de engenheiros estão envolvidos em todo o ciclo de vida do projeto, desde o conceito até o projeto e a engenharia de front-end (FEED), o comissionamento e o suporte às operações.

Os engenheiros de garantia de fluxo geralmente usam um simulador de dutos para realizar uma análise detalhada da tubulação em todos os estágios do projeto. Isso pode ser feito off-line para condições transitórias e de estado estável. Como os simuladores hidráulicos imitam os sistemas de tubulação, eles apresentam uma visão virtual da tubulação em condições operacionais normais e anormais.

Durante a fase de projeto, uma simulação de duto pode ser usada por engenheiros de garantia de fluxo para explorar várias abordagens para atender à intenção do projeto. Estudos como esse podem abranger uma ampla gama de cenários, incluindo⁵:

1. Fluxogramas - Estabelecer o layout da rede e encontrar as condições operacionais
2. Especificação do projeto - Seleção do material ou equipamento de duto adequado dos fornecedores
3. Filosofia de controle - Definição de uma narrativa sobre a melhor forma de operar

Quando a tubulação está em operação, um simulador pode ser usado para ajudar com fatores que são uma das principais preocupações dos engenheiros de garantia de fluxo, como interpretar a hidráulica do fluxo, as características do fluxo e os comportamentos térmicos, além de ajudar a equipe da sala de controle da tubulação com tarefas rotineiras e ad-hoc. Isso significa que a simulação de tubulação ajuda na garantia de fluxo, oferecendo⁵:

• Solução de problemas - Identificação de problemas e solução dos mesmos
• Análise preditiva - antecipar interrupções e evitá-las
• Planejamento de operações - especialmente modificações em fluidos e fluxos
• Estudos de expansão - Avaliar os ajustes envolvidos em uma proposta
• Treinamento de operadores - Demonstrar sua competência aos órgãos reguladores
• Otimização - Encontrar a melhor estratégia ou capacidade de redução de gargalos

Modelagem dos riscos

Há vários cenários em que a simulação de dutos pode ser usada para modelar os riscos de garantia de fluxo. No que diz respeito à transição energética, por exemplo, um simulador pode ser usado para modelar como a infraestrutura de dutos lidará com misturas de hidrogênio no sistema.

Uma ferramenta como o Atmos Simulation (SIM) Suite pode ser usada para responder a perguntas importantes sobre restrições de capacidade, como lidar com eventos não planejados, como interrupções de compressores ou falhas de fornecimento.

Usando a função de antecipação do Atmos SIM, o modelo é executado mais rapidamente do que em tempo real para informar o que acontecerá no futuro e avisar os operadores de tubulações sobre quaisquer violações operacionais ou contratuais que possam ocorrer no futuro, a menos que o plano operacional atual seja modificado.

Otimização das operações

Além de gerenciar os riscos associados, a simulação de dutos também pode ser usada para otimização. Atualmente, muitos clientes da Atmos estão usando a função look-ahead para otimizar as operações da seguinte forma:

Previsão das pressões futuras dos gasodutos com base na demanda, produção e operação do compressor em até 48 horas no futuro.  Isso permite a pré-validação da capacidade de fornecimento de indicações e fornece ao controlador detalhes sobre quando e onde poderá haver problemas operacionais, de modo que ações preventivas possam ser tomadas com bastante antecedência. Além disso, ele pode identificar a opção mais econômica para atender a todas as indicações.

O que é análise de sobretensão?

Os transientes rápidos são uma área especializada do gerenciamento de dutos de líquidos, pois envolvem mudanças que ocorrem em escalas de tempo muito curtas⁵. A análise de surtos funciona para simular transientes rápidos, como surtos de pressão. Análises como essa podem ser muito exigentes e demoradas devido aos milhares de quilômetros de duto que precisam ser analisados. Algumas autoridades exigem que os operadores de tubulações tenham estudos atualizados de análise de surtos, como o Departamento de Transportes dos EUA (DOT), por exemplo.

Os benefícios de realizar a análise de surtos usando o Atmos SIM incluem:

1. Prevenção de vazamentos com identificação dos locais onde a operação pode causar uma ruptura
2. Economia de tempo por meio do processo automatizado
3. Dados precisos coletados e apresentados em uma visualização gráfica

Ferramentas como o Atmos Surge Analysis, um módulo incluído no Atmos SIM, trabalham para tornar o processo de realização de uma análise de surtos mais rápido e fácil, simplificando e automatizando o processo de envio de um relatório detalhado às autoridades competentes. Ele programa a execução de uma série de cenários, como o fechamento de válvulas e o acionamento de bombas, com os dados de cada um deles analisados quanto aos critérios de aprovação e falha. Esses dados são então inseridos em um relatório, onde são exibidos graficamente em tendências. O relatório localiza os pontos de pressão máxima e os tempos de acionamento da bomba.

A realização regular da análise de sobretensão pode ajudar a evitar incidentes na tubulação, garantindo assim que a tubulação seja segura para fornecer o fluxo necessário.

Garantia de fluxo com simulação de dutos

Como um termo abrangente, a garantia de fluxo abrange toda a cadeia de suprimentos do setor de hidrocarbonetos, da fonte ao usuário final. A simulação de dutos está se tornando parte integrante do tratamento de alguns dos principais desafios de garantia de fluxo.

Embora existam algumas áreas fora de seu controle, a simulação de dutos pode ser usada para responder a perguntas importantes sobre a infraestrutura, cenários hipotéticos e percepções mais profundas, como a análise de surtos. Ela pode ser usada em todo o ciclo de vida da tubulação, desde o FEED até o comissionamento e durante a operação. A capacidade de realizar essas simulações é de grande importância para que os operadores de dutos compreendam a integridade da infraestrutura, respondam a perguntas e otimizem suas operações.

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Referências

¹https://www.oilandgasiq.com/oil-and-gas-production-and-operations/news/what-is-flow-assurance

²https://www.usgs.gov/faqs/what-are-gas-hydrates

³https://www.witpress.com/Secure/elibrary/papers/MPF11/MPF11022FU1.pdf

⁴https://www.eu-midas.net/science/gas-hydrates

⁵”The Atmos book of pipeline simulation”

⁶http://impact.nace.org/economic-impact.aspx

⁷https://www.crondall-energy.com/post/blog-what-does-a-flow-assurance-engineer-do