The Atmos book of pipeline simulation - capítulo 11

Simuladores off-line e on-line: os gêmeos digitais

Investir em um modelo de duto físico sólido e subjacente para estudos off-line paga dividendos durante a vida útil de um duto. É possível agregar mais valor quando um modelo subjacente para estudos off-line é adaptado para ser implantado ao vivo no local, em um ambiente on-line. O simulador on-line atua como um gêmeo digital do duto e mantém as operações mais inteligentes flexíveis, seguras e lucrativas por meio do uso de recursos como:

• Software auxiliar que valida os dados brutos recebidos e exibe os resultados calculados e os alarmes
• Aprendizado automático de parâmetros para manter o modelo bem ajustado
• Medidores virtuais, calculadoras de inventário e outros recursos, como detectores de vazamento, para informar os operadores sobre o estado atual do sistema de dutos

A implantação de um simulador on-line em um ambiente real é um processo que exige resolução rápida e desempenho contínuo o tempo todo, mas um software de simulação como o Atmos SIM consegue criar modelos precisos, mantendo-os o mais simples possível.

Mas como ele monitora uma rede de dutos em tempo real?

Discutiremos aqui as seguintes considerações de um simulador on-line que permitem que ele monitore uma rede de dutos ao vivo no local:

• Tipo de fluido
• Comunicação com o usuário
• Processamento de dados
• Medição e instrumentação

Tipo de fluido

Um modelo incompressível é mais adequado para a maioria das aplicações que envolvem dutos que transportam líquidos, desde que o líquido não seja drasticamente compressível ou multifásico. O modelo incompressível mantém o controle dos lotes à medida que eles se movem pelo sistema de dutos e não tenta deduzir a taxa de fluxo, mas segue um medidor fiscal. Seu rastreador de lotes está em um estado contínuo de aprimoramento, pois sempre que um lote é detectado passando por uma estação no meio da linha ou chegando ao seu destino, são feitas correções nos parâmetros relevantes.

O modelo transiente em tempo real (RTTM) é usado em outros dutos de líquidos e em todos os dutos de gás. Os RTTMs fornecem visibilidade e percepção do que está acontecendo em toda a rede de dutos em todos os momentos, incluindo as condições físicas em locais não medidos. O RTTM avalia as medições em relação aos fluxos e pressões calculados e um estimador de estado usa correções de ajuste de aprendizado para manter a concordância do modelo com as medições válidas.

Você pode ler mais sobre modelos transientes em tempo real em nosso blog que resume o capítulo dez do "The Atmos book of pipeline simulation".

Comunicação com o usuário

Anteriormente, apenas os especialistas em simulação realizavam estudos off-line e os operadores de dutos do dia a dia dependiam de um simulador de dutos moderno, mas o software de simulação agora tem a facilidade de interagir com uma gama maior de membros da equipe de dutos, agregando valor às muitas tarefas técnicas e comerciais de um duto.

A integração de um simulador de dutos com um sistema SCADA permite uma exibição amigável de informações para todos que precisam delas. Os usuários da sala de controle e do escritório podem utilizar essas informações para combinar dados em tempo real em medidores virtuais em todo o duto com previsões e registros históricos.

Quando um simulador deduz o que está acontecendo no duto, o conjunto de software auxiliar faz a interface com o usuário final. Como uma equipe de operações é composta por várias funções diferentes, pode haver interesses diferentes quando se trata de informações e relatórios ao vivo e históricos. O sistema geralmente envolve comunicação com o simulador, afetando intervenções e correções. Um único console pode gerenciar muitos dutos, portanto, uma interface homem-máquina (HMI) pode ser usada para monitorar os dutos em tempo real da forma mais eficaz possível.

A HMI é um conjunto de telas e visualizações que mantêm o operador informado e no controle e, normalmente, é adaptada às necessidades da equipe de operação do duto, atendendo a padrões rigorosos.

Processamento de dados

O desempenho de um sistema de simulação de dutos é tão eficaz quanto a equipe de operações por trás dele. O objetivo de um simulador de dutos é fornecer informações, portanto, o ônus de usar os insights recai sobre o usuário final.

Muitas vezes, o software de simulação é robusto o suficiente para exigir o mínimo de intervenção em serviço quando é comissionado por uma equipe capacitada e apoiada por desenvolvedores. Os resultados simulados podem oferecer uma precisão impressionante quando o sistema é configurado adequadamente e recebe dados validados. Após a inicialização a frio, pode-se esperar que um conjunto de simulação saudável se alinhe à realidade e forneça suporte em tempo real eficazmente.

Sistema SCADA

É comum que os dutos usem um sistema de controle de supervisão e aquisição de dados chamado sistema SCADA. Esse sistema centralizado fica entre o simulador e os instrumentos de campo, os historiadores de dados e as telas do operador, permitindo que os usuários respondam em tempo real. Ele envolve muitas tecnologias operacionais e reúne dados de dispositivos remotos, tornando-os disponíveis em um único local centralizado.

Figura 3: Visão de uma tela SCADA de uma estação de bombeamento ao longo de um duto

Um sistema SCADA lida com dados brutos, abrangendo todas as variáveis sobre a operação contínua do duto, como:

• Condições nas estações de medição
• Posições da válvula
• Eventos de lançamento de pigs

Caso as informações recebidas sejam inconsistentes, é essencial ajudar um simulador a entender as informações conflitantes por meio da manutenção, que é uma tarefa importante para uma equipe em um projeto ou para a manutenção de um sistema comissionado.

O modo como um sistema é configurado, adaptado a um local exclusivo e monitorado durante uma operação determinará seu desempenho em tempo real. A Atmos pode fornecer suporte de manutenção para isso.

Medição e instrumentação

Medidores virtuais

Mesmo os dutos com um fluxo constante provavelmente terão certos locais nas redes de dutos onde os limites operacionais podem ser violados devido ao terreno. O Atmos SIM monitora essas áreas usando pontos de relatório que atuam como medidores virtuais, fornecendo aos operadores de dutos as mesmas informações que um medidor forneceria, mesmo que não haja um medidor físico nessa área. Para uma simulação ao vivo, os pontos de relatório fornecem a cobertura necessária de seções remotas sem medidor em uma rede de dutos e também informam as decisões de projeto durante os estudos off-line.

Medidores de pressão

Para garantir que um duto tenha a instrumentação mais adequada para monitorar em tempo real, é necessário instalar medidores de pressão co-localizados. Os medidores de pressão co-localizados geralmente estão localizados em ambos os lados de uma válvula, para o caso de uma válvula fechar, e em ambos os lados de um regulador, bomba ou compressor, de modo que, quando uma válvula está aberta ou um compressor está desligado, o par de medidores de pressão está medindo a mesma pressão um do outro.

Medidores de fluxo

Padrões rigorosos de precisão são exigidos em um duto de gás devido à transferência de custódia que ocorre ao vivo no local. A falha em atingir esse nível rigoroso de precisão, mesmo que seja de um por cento no fluxo de gás, pode representar milhões em perdas para um vendedor ou comprador, portanto, uma equação de estado é usada com uma medição de pressão e temperatura para calcular o fluxo faturado a partir do fluxo medido.

Em um duto de líquidos, a medição fiscal também é essencial, e o modelo incompressível em tempo real do Atmos SIM supera qualquer taxa de fluxo indicada por medidores de pressão. Requisitos rigorosos em dutos de gás e líquidos tornam os medidores de vazão uma adição cara a uma rede de dutos.

Preparando-se para o sucesso no simulador on-line

Vários problemas podem ocorrer no local em qualquer ambiente ao vivo, como a comparação entre medidores de vazão e medidores de pressão, a transição de um estado distante das condições reais para um estado que corresponda às condições reais e como perseverar em meio a falhas de dados. Uma quantidade substancial de trabalho é necessária para garantir que um simulador em tempo real contorne esses problemas e as redes de dutos corram menos riscos em geral quando têm um modelo on-line implementado.

References

¹ “The Atmos Book of Pipeline Simulation”

Baixe o capítulo 11 Faça o pedido do livro

Pronto para o capítulo 12?