Eliminação de suposições e incertezas para controladores de dutos
As operações de dutos estão em constante evolução e, por isso, devem ser avaliadas continuamente. Seja uma mudança na pressão da rede de gás ou a transição para a energia de hidrogênio, todas essas evoluções representam desafios para que os controladores de dutos garantam a segurança e a eficiência de suas operações.
- Como a infraestrutura existente do gasoduto lidará com as mudanças?
- Como manter o controle da qualidade do produto para garantir que a entrega ao cliente esteja dentro da especificação?
- O duto permitirá o aumento da demanda?
A simulação de dutos pode ser usada como uma poderosa ferramenta de apoio à decisão para responder a todas essas perguntas e muito mais, ajudando a eliminar as suposições e as áreas de incerteza para os operadores de dutos.
A simulação pode ser usada off-line para planejamento, análise de capacidade e estudos transientes detalhados ou on-line usando dados em tempo real de um sistema de controle distribuído (DCS) ou de um sistema de controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA).
Neste artigo, abordaremos os principais desafios que a simulação de pipeline ajuda a superar, incluindo:
- Compreensão da infraestrutura de dutos existente
- Cálculo de cenários hipotéticos
- Treinamento da próxima geração de operadores de dutos
- Melhorar a segurança dos dutos
- Otimização da eficiência dos dutos e garantia da qualidade do produto para os clientes
Compreensão da infraestrutura existente de gasodutos
À medida que as necessidades e demandas mudam, é importante entender o que a infraestrutura de tubulação existente pode suportar. A transição para misturas de hidrogênio, ou hidrogênio puro para energia, por exemplo, apresenta o desafio de entender quando e onde o reforço da rede pode ser necessário.
O relatório European Hydrogen Backbone1 descreve que, como parte da mudança da Europa para a energia do hidrogênio, quase 23.000 km de tubulações de H2 até 2040 consistirão em 75% de infraestrutura de gás natural reaproveitada. Isso significa que é fundamental que os operadores entendam como a mudança para o hidrogênio e as misturas de hidrogênio afetarão os dutos.
A simulação de dutos, como o Atmos Simulation (SIM) Suite, possibilita modelar todos os aspectos da sua infraestrutura de dutos em uma tela. Quando usada off-line, os operadores de dutos podem obter uma compreensão precisa do que a infraestrutura de dutos pode suportar.
Conforme mostrado na figura 1, os operadores de dutos precisam saber se essa rede teórica atenderá à demanda futura e como o hidrogênio afetará a capacidade da rede.
Figura 1: Rede de transmissão teórica
A capacidade da tubulação dessa rede é limitada por:
- Locais de fornecimento
- Topologia da rede
- Requisitos de pressão da demanda - a principal restrição é "Violetwick", no extremo da rede, para um consumidor industrial com um requisito mínimo de pressão de entrega de 3.500 kPa
Precisamos saber se essa rede pode lidar com a demanda futura prevista e como a concentração de H2 afetará a capacidade da rede. Um caso básico para 100% de gás natural é construído usando a Quantidade Máxima Diária (MDQ) atual em todas as demandas, mostrada na figura 2. Os resultados mostram uma demanda total de 345 Tj/d.
Figura 2: Um caso básico usando MDQ
Esse caso fornece um ponto de partida para a análise. A análise repete um ciclo de 24 horas, o suficiente para a rede atingir o estado estável nas novas condições. A demanda total é aumentada a cada 24 horas, dividida conforme o estado inicial.
Softwares como o Atmos SIM facilitam essa tarefa com grupos de demanda. Na Figura 3, todas as demandas foram adicionadas a um único grupo; a entrada para o cenário é um único valor geral de demanda. Quando a restrição de pressão mínima é violada, a demanda é reduzida para manter a pressão. O ponto em que isso acontece é considerado a capacidade máxima.
O impacto da mistura de hidrogênio varia de uma rede para outra. Conforme mostrado na Figura 3, fica claro que a capacidade máxima é reduzida à medida que a concentração de hidrogênio aumenta na rede teórica. As capacidades máximas calculadas são:
- 100 Gás natural 900 Tj/dia
- 10% Hidrogênio 850 Tj/Dia
- 25% Hidrogênio 750 Tj/Dia
- 50% Hidrogênio 700 Tj/Dia
Figura 3: Capacidade máxima da mistura de hidrogênio calculada pelo Atmos SIM (vermelho 0%, verde 10%, azul 25% e laranja 50%)
Uma simulação como essa pode ser facilmente usada para ajudar a determinar se a demanda futura pode ser atendida com a infraestrutura de tubulação atual ou se são necessárias mudanças na infraestrutura
Cálculo de cenários hipotéticos
A simulação de dutos oferece à equipe da sala de controle suporte à decisão, testando cenários futuros de forma rápida e segura. O uso de ferramentas como o Atmos SIM Online fornece modelagem preditiva (também conhecida como modelagem what-if) e modelagem antecipada para que cenários futuros possam ser testados.
Você pode analisar o impacto que um vazamento de tubulação ou uma falha repentina de estações ou equipamentos teria se acontecesse agora, ajudando a prever os riscos que se desenvolvem em tempo real, avaliar suas consequências e tomar medidas. Os cenários hipotéticos também ajudam a responder a perguntas sobre como o oleoduto lidaria com eventos não planejados, como interrupções de compressores, e como isso afetaria a segurança do fornecimento.
Em um mercado dinâmico, mudanças constantes no preço do gás podem significar que algumas variações na oferta e na demanda aumentariam significativamente a margem financeira de uma rede. A avaliação da viabilidade da rede pode ser feita em minutos, com precisão, se o Atmos SIM estiver funcionando on-line.
Ser capaz de planejar situações como essa significa que os operadores de dutos podem:
- Compreender como lidar com uma variedade de situações
- Ter confiança nas decisões operacionais
- Realizar análises de tempo de sobrevivência
- Ter um plano de contingência
- Obter material para treinamento em uma variedade de cenários para operadores novos e existentes
por exemplo, hospitais, usinas de energia
Todos os cenários podem ser salvos no gerenciador de cenários do Atmos SIM e executados novamente conforme necessário, sem necessidade de configuração adicional. Os alarmes são gerados se as condições operacionais futuras planejadas violarem os limites operacionais seguros.
Treinando a próxima geração de operadores de dutos
O treinamento é sempre um desafio quando se trata de dutos. Como preparar efetivamente um operador de tubulação para reconhecer condições anormais, como vazamentos, sem vivenciá-las na realidade?
A simulação também pode ajudar nesse caso, com ferramentas como o Atmos Trainer apresentando uma maneira fácil de treinar novos operadores. Imitar o comportamento da tubulação e avaliar a resposta do operador às situações que surgem significa que a simulação ajuda a ensaiar não apenas as tarefas de rotina, mas também as condições operativas anormais.
A competência do operador em como lidar com uma situação é avaliada pela forma como ele executa cada medida apropriada no prazo adequado, simulando um comportamento que vai além da física da tubulação, como sequências de desligamento de emergência (ESD) e lógica de partida da bomba. A Figura 3 mostra a pontuação no Atmos Trainer, demonstrando como o módulo de pontuação avalia o valor inserido pelo usuário em relação ao tempo da ação no procedimento. Isso ajuda a treinar novos membros da equipe e a manter os operadores existentes na prática.
Figura 4: Módulo de pontuação do Atmos Trainer
Você pode até mesmo considerar eventos históricos para aprender com os quase-acidentes. A existência de um mecanismo de treinamento como esse também satisfaz os órgãos reguladores, aumentando a confiança de que há bons procedimentos operacionais padrão (SOP) e diretrizes em vigor.
Melhoria da segurança dos dutos
A segurança é uma das maiores preocupações dos operadores de dutos. A segurança do duto não é apenas crucial para atender aos diferentes conjuntos de regulamentações dos países, também para proteger o meio ambiente e as comunidades das consequências devastadoras que os incidentes com tubulações podem causar. Portanto, a otimização da segurança não está relacionada apenas à integridade estrutural do duto, mas também às pessoas que o operam. Há um lado muito humano na segurança, em que a operação incorreta pode contribuir diretamente para os desastres.
Embora pequenos períodos que excedam as pressões operacionais máximas permitidas (MAOP) possam ser permitidos, os rigorosos limites operacionais seguros (SOL) nunca devem ser excedidos. A simulação de dutos permite definir alarmes que são acionados se o SOL for excedido para cenários futuros planejados, o que significa que os operadores de dutos podem tomar as decisões corretas antes que ocorra um desastre, uma abordagem mais preventiva à segurança dos dutos.
Os acidentes geralmente ocorrem devido a uma série de falhas. Sejam elas relacionadas à infraestrutura do duto, à forma como ele é operado ou ao processo de gerenciamento implementado. A simulação de dutos ajuda a evitar uma crise que ainda não aconteceu com cenários hipotéticos e treina os operadores de dutos para aprenderem com os erros anteriores de eventos históricos.
Otimizar a eficiência do duto e garantir a qualidade do produto para os clientes
Além da segurança, também há pressão sobre os operadores de dutos para cumprirem prazos apertados, garantindo que o produto chegue ao cliente no prazo e dentro das especificações. Como sabemos, as redes de dutos muitas vezes podem ser complexas e diversificadas, transportando uma variedade de produtos diferentes para diversos locais.
Conforme discutido anteriormente no exemplo da transição para o hidrogênio, a simulação de tubulação ajuda a determinar a capacidade máxima. Isso ajuda a entender a pressão a que o duto pode ser submetido para manter condições seguras e, ao mesmo tempo, otimizar o duto para que ele funcione da forma mais eficiente possível.
O rastreamento da composição ou da qualidade do gás é um recurso essencial que funciona on-line, facilitando não apenas a localização e o fornecimento de uma estimativa precisa do tempo de chegada do gás, mas também a avaliação da qualidade para garantir que ele seja entregue na especificação.
Uma ferramenta de apoio à decisão para operadores de dutos
Em última análise, a simulação de dutos está aqui para capacitar os operadores de dutos a tomar decisões mais inteligentes para seus dutos, ajudando a superar os principais desafios, como as incertezas em torno da infraestrutura e como ela lidará com mudanças como a mudança para a energia de hidrogênio. Ao fornecer respostas rápidas e de fácil acesso em relação ao planejamento de contingência com base nos limites da infraestrutura do duto, ele garante que as demandas dos clientes sejam atendidas mesmo que ocorram alguns eventos inesperados.
Também está se tornando uma ferramenta útil para o treinamento de operadores de dutos novos e existentes. Com um sistema de pontuação fácil de usar para avaliar as etapas de ação apropriadas para cenários operacionais normais e anormais, como mudanças na demanda e perda de suprimentos.
Referências
1 https://gasforclimate2050.eu/sdm_downloads/european-hydrogen-backbone/