Considerando as aplicações de look-aheads e otimizadores
Embora os dutos continuem sendo o método mais seguro de transporte de qualquer combustível, eles não estão isentos de riscos. Os Look-aheads e os otimizadores trabalham juntos para desempenhar um papel crucial na antecipação eficaz de riscos e violações em um duto e na promoção de ações para que medidas apropriadas possam ser tomadas para mitigar problemas futuros.1
Vendo o futuro com previsões (look-aheads)
Os estados atuais em uma rede de dutos são salvos regularmente no local pelo sistema e cada estado oferece uma visão das condições do duto e dos parâmetros aprendidos em toda a rede de dutos.
Quando emparelhados com um sistema ativo, os look-aheads conseguem prever o futuro de um sistema de dutos simulando uma variedade de cenários potenciais. Para isso, ele encontra o estado salvo on-line mais recente e o utiliza para simular um cenário "off-line", aumentando a partir do estado salvo on-line mais recente até o ponto inicial do cenário solicitado. Esse processo de conectar um sistema de produção ao vivo com estudos off-line permite que as análises prevejam um futuro em que um duto de gás possa ter violações de estoque, déficits de entrega ou desligamentos inesperados (consulte a Figura 1).
Figura 1: Dados de tendências da atividade recente de um duto 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.
Os três tipos de look-ahead
As empresas de dutos às vezes usam uma série de jargões para descrever os diferentes tipos de look-ahead, mas os três principais exemplos podem ser mais bem compreendidos como frozen-look-aheads, what-if look-aheads e nominations look-aheads.
Cenários de look-ahead congelados
Figura 2: Representação visual de um cenário congelado que mantém as taxas de fluxo do estado inicial para prever como a pressão, o inventário e outros parâmetros variariam se todas as taxas de fluxo continuassem normais.
Diferentemente de um cenário off-line, um cenário on-line não tem o recurso de modos de controle, o que significa que os modos são atribuídos com base na entrada do usuário. Um software de simulação como o Atmos SIM supera esse desafio com a funcionalidade avançada de look-ahead que não requer substituições do usuário. Um look-ahead congelado pode ser executado em segundo plano nas operações do duto, prevendo a capacidade de sobrevivência caso tudo no cenário permaneça igual ao estado inicial. Para manter o controle do fluxo, os look-aheads congelados às vezes permitem que as pressões e o inventário variem.
Cenários look-ahead hipotéticos
Figura 3: Um gráfico hipotético que mostra a diminuição da pressão no caso de um desarme da estação de compressão
Em comparação com uma antecipação congelada, uma antecipação do tipo " what if" considera o que aconteceria na transição das condições atuais do duto para uma nova situação, fazendo perguntas sobre qual seria o impacto em um duto se ocorresse um evento, como o disparo de um compressor ou um desligamento de emergência.
O Atmos SIM dedica uma quantidade significativa de tempo e código a esse cenário de antecipação, porque ele exige a comunicação de dados entre a solução de um cenário on-line e a solução de um cenário off-line.
As informações de um cenário hipotético podem contribuir para a segurança geral das operações de dutos e para a segurança do fornecimento, levando a recomendações dos operadores de dutos para os desligamentos serem realizados com mais cautela ou evitados completamente, por exemplo. Muitos cenários hipotéticos diferentes podem ser simulados para prever o futuro, de modo que o melhor plano possa ser apresentado aos operadores de dutos. A Figura 3 mostra o que pode acontecer com a pressão de entrega se uma das estações de compressores desarmar: a pressão continua a cair, mas continua acima do nível de alerta de baixa pressão após 12 horas. Se forem tomadas medidas antes que o nível de alarme seja atingido, o duto poderá continuar a fornecer gás ao cliente.
Cenários look-ahead de nomeações
Para garantir que os requisitos de oferta e demanda sejam atendidos, 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, muitas vezes variando as próximas taxas de fluxo ao longo do tempo. As restrições podem ser anuladas se houver um pedido sensível ao tempo.
Em termos de garantir que os resultados sejam entregues no futuro, um cenário de antecipação de nomeações ajuda a evitar excessos, melhorando o planejamento da produção.
Figura 4: Em comparação com um cenário de previsão congelada (Figura 2), uma previsão de nomeações oferece mais visibilidade das operações futuras e tem uma certeza maior (a tendência superior no fundo cinza é a nomeação e a tendência inferior é a pressão correspondente)
Cenários look-ahead ad-hoc
Embora os três principais tipos de previsão sejam usados com frequência, vale a pena observar que o usuário consegue criar qualquer cenário de previsão para atender aos requisitos do plano de operações do duto. Um software de simulação como o Atmos SIM pode ser aproveitado para prever o futuro de um duto.
Enquanto uma simulação de antecipação analisa uma variedade de cenários possíveis, o objetivo de um otimizador é identificar a melhor opção dentre uma série de alternativas possíveis.
Busca de metas com otimização
Os otimizadores funcionam de forma mais eficaz quando são adaptados para cada requisito do duto. Por exemplo, um projetista de dutos pode querer ver os custos operacionais de um duto em condições típicas e os limites de capacidade, enquanto um operador de dutos pode usar um otimizador para planejar suas operações futuras. A precisão é vital para que um otimizador funcione eficazmente nas operações diárias de dutos, o que é discutido em mais detalhes em nosso blog no capítulo três do "The Atmos book of pipeline simulation".
Quando um otimizador se baseia em um modelo de duto preciso, ele pode atingir os objetivos da maneira mais eficiente possível. Ele pode beneficiar as operações de toda uma rede de dutos recomendando parâmetros como, por exemplo, quais compressores devem funcionar ou as configurações do ponto de ajuste de pressão de uma válvula de controle.
As técnicas de um otimizador
No que diz respeito às opções disponíveis na otimização, um "otimizador" pode variar de um lançador de cenários mais simples a um solucionador geral que pode minimizar os custos operacionais ao considerar outras dependências.
Uma aplicação para um otimizador é em um cenário que pode ter vários resultados. Nesse contexto, um otimizador pode lançar uma infinidade de cenários e chegar à melhor solução por tentativa e erro, automatizando um procedimento de enxágue e repetição que os operadores de dutos normalmente executariam manualmente.
No caso de um duto de líquidos, a capacidade pode ser otimizada por meio de um procedimento básico, como a iteração de Newton-Raphson, que calcula as aproximações mais próximas da pressão operacional mais baixa permitida (LAOP) e da pressão operacional máxima permitida (MAOP) de um duto.
Figura 5: A mudança de pressão (azul-petróleo) em um duto de líquido que encontra a pressão operacional mais baixa permitida (LAOP, amarelo) e a pressão operacional máxima permitida (MAOP, vermelho). Vale a pena observar que ocorre um gargalo onde a pressão atinge a MAOP até o ponto a jusante que atinge a LAOP
Essa técnica de otimização permite que os operadores de dutos identifiquem oportunidades onde a taxa de fluxo pode ser aumentada ou diminuída.
O problema da otimização em um cenário simples é que ela é limitada por sua incapacidade de responder a perguntas mais complexas relacionadas a dutos, mas o uso da inteligência artificial é promissor para superar isso.
Por meio de sua capacidade de lidar com volumes grandes de dados do local e resultados de simulações, sua capacidade de melhoria contínua e sua capacidade de fazer previsões sem qualquer envolvimento humano, a inteligência artificial tem potencial no futuro para usar conjuntos de dados de dutos em grande escala.
Prever e se preparar para o futuro com look-ahead e otimizadores
O software de simulação de dutos, como o Atmos SIM, pode facilitar o uso de look-aheads para prever condições operacionais futuras, enquanto os otimizadores estão sendo cada vez mais usados para identificar áreas de melhoria, automatizar tarefas e liberar o tempo dos operadores de dutos para que se concentrem em outras prioridades.
Referências
1 “The Atmos Book of Pipeline Simulation”
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O Capítulo 13 aborda como os regimes de fluxo multifásico podem ser modelados por um simulador de dutos, desde que a precisão seja uma prioridade.