Capacitar os operadores de dutos a responder a uma série de perguntas interessantes
A melhor maneira de entender um duto é realizar alguns experimentos. Anteriormente, os engenheiros faziam isso usando aparelhos especializados, modelos em escala e observação, mas agora temos simuladores de dutos. Embora ainda existam algumas plataformas experimentais em grande escala, a simulação apresenta uma maneira mais fácil de investigar inúmeros cenários operacionais, estudos de expansão e muito mais.
O software de simulação de dutos pronto para uso permite que os operadores respondam a uma série de perguntas importantes e interessantes com o clique de um botão. As equipes de engenharia podem examinar criticamente os resultados da simulação em relação aos seus próprios valores calculados.
Neste artigo, veremos como a criação de modelos em um simulador de dutos está se tornando uma ferramenta vital para reduzir a incerteza e melhorar a eficiência, abrangendo:
- Principais usos da simulação de dutos
- A diferença entre simuladores on-line e off-line
- Como a simulação de dutos se alinha com a construção de modelos ótimos
Principais usos da simulação de dutos
Um simulador é usado durante as fases de projeto e operacional da vida útil de um duto, ajudando os engenheiros a responder a perguntas importantes e a tomar decisões informadas com base nas respostas.
Durante a fase de projeto, várias abordagens possíveis podem ser exploradas para atender à intenção do projeto do duto. Esses estudos hidráulicos abrangem todos os aspectos de uma ampla gama de cenários, incluindo1:
- Fluxogramas - disposição da rede e identificação das condições operacionais
- Especificação - seleção de material de tubulação ou equipamento adequado dos fornecedores
- Filosofia de controle - definição de uma narrativa sobre a melhor forma de operar
Quando o duto estiver em estado operacional, um simulador de duto pode ser usado para ajudar as equipes na sala de controle. O simulador pode auxiliar em tarefas rotineiras e ad-hoc, como1:
- Resolução de problemas - identificar problemas e superá-los
- Previsão - antecipar interrupções e evitar as consequências
- Planejamento de operações - planejamento de modificações em fluidos e taxas de fluxo
- Estudos de expansão - avaliação dos ajustes necessários e das opções mais eficazes
- Treinamento de operadores - demonstração de sua competência aos reguladores
- Otimização - encontrar a melhor estratégia ou capacidade de redução de gargalos
Isso também pode ser extremamente útil para o planejamento de cenários futuros não previstos, por exemplo, como um duto usado anteriormente para gás natural se comportará se uma proporção de hidrogênio for misturada a ele. Há muitas tarefas de rotina para as quais a simulação de dutos se tornou indispensável em aplicações em tempo real. Algumas delas são descritas no vídeo abaixo.
Em última análise, um simulador de dutos pode dar suporte à solução de problemas em todos os estágios do ciclo de vida do duto. Desde o projeto de front-end de um novo duto, até o suporte às operações diárias e a preparação para responder a novas perguntas, como a adaptação aos desafios da transição energética.
A diferença entre simuladores on-line e off-line
Os softwares de simulação de dutos, como o Atmos Simulation (SIM) Suite, usam o mesmo modelo subjacente para simular vários tipos diferentes de cenários. Há três categorias principais de aplicativos, a saber:
- Um aplicativo off-line (com base em restrições)
- Um aplicativo on-line (com base em valores medidos)
- Um aplicativo de previsão (baseado no modelo on-line e na oferta/demanda futura)
Os cenários off-line são usados por engenheiros para realizar trabalhos de investigação. Essas simulações respondem a perguntas como:
- Como a infraestrutura existente lidará com o aumento dos fluxos para atender à demanda de energia?
- Como os eventos não planejados, como interrupções ou falhas no fornecimento, serão gerenciados sem interrupções?
- De que forma podemos rastrear e manter a qualidade dos produtos para garantir que as entregas aos clientes estejam nas especificações?
A simulação off-line também é uma excelente ferramenta para treinar funcionários novos e existentes da sala de controle. Como os simuladores hidráulicos imitam o sistema de controle de dutos, eles apresentam 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).
O Atmos Trainer, o sofisticado módulo de qualificação e pontuação do operador no Atmos SIM, consegue emular uma variedade de cenários. Por exemplo, um cliente no Reino Unido o implementou em sua rede de dutos com várias entradas e saídas. Esse foi um projeto complexo, pois o cliente exigiu que o simulador de dutos se assemelhasse muito à aparência real do SCADA no campo, para que seus operadores pudessem treinar com segurança em um ambiente off-line realista. A emulação de operações de dutos para a rede envolveu a simulação não apenas do sistema hidráulico, mas também de uma representação de controladores lógicos programáveis (PLCs) em mais de 20 estações. O conhecimento especializado garantiu que o sistema respondesse corretamente aos comandos do operador por meio das telas do SCADA e lidou com uma variedade de cenários operacionais.
Um aplicativo on-line atualiza todos os cálculos com base nos dados do medidor em tempo real. Um modelo transiente em tempo real (RTTM) combina estatísticas e física de alta fidelidade para encontrar um conjunto consistente de pressões, temperaturas e taxas de fluxo. Ele pode ser usado como instrumentos virtuais para locais onde não há medidores. Ele calcula o linepack ou o inventário para cada seção do duto. O RTTM pode fornecer rastreamento da qualidade do gás e rastreamento do medidor de inspeção de dutos (PIG) com tempo estimado de chegada e também pode realizar a detecção de vazamentos.
A previsão do comportamento futuro é um benefício importante que o software de simulação pode oferecer, aproveitando os estados on-line salvos para iniciar cenários especificados pelo usuário, conhecidos como look-aheads. Os look-aheads permitem que os operadores de dutos determinem a plausibilidade de seu plano programado, ou entendam o que acontecerá se o duto continuar a operar em seu estado atual, ou avaliem as consequências de eventos hipotéticos. Essa funcionalidade permitiu que um cliente previsse as tendências de pressão com base na demanda e na produção de gás em até 48 horas no futuro, o que ajudou a otimizar as programações operacionais. A modelagem preditiva também pode ser usada para verificar se os cenários futuros têm probabilidade de violar as condições operacionais seguras.
Como a simulação de dutos se alinha com a construção de modelos ótimos
A topologia de uma rede de dutos raramente é simples. O Atmos SIM permite que os usuários construam intuitivamente em uma tela visual arrastando e soltando, possibilitando a captura de uma boa representação. Essa abstração de alto nível permite que o usuário construa um modelo físico com o nível certo de detalhes para simular o duto - mais do que um esquema, mas menos do que um desenho de engenharia totalmente detalhado.
Figura 1: Uma abstração de alto nível como um bloco esquemático em um diagrama de fluxo de processo (PFD) ao lado de um diagrama de duto simplificado (SPD) adequado configurado no Atmos Pipe e um diagrama detalhado de tubulação e instrumentação (P&ID), todos representando a mesma estação
As simulações são tão boas quanto os modelos que as sustentam e, embora nenhum modelo seja uma versão completa da realidade, um modelo bem construído permite que um simulador de dutos obtenha resultados incrivelmente precisos, mesmo com um grau notável de simplificação e abstração1. Isso significa que estamos confiantes de que um modelo mais simples, que retém parâmetros importantes e ignora cuidadosamente o que não importa, produz resultados precisos de forma confiável e rápida. Além disso, um software de simulação versátil como o Atmos SIM oferece uma flexibilidade incrível para executar uma série de cenários usando o mesmo modelo físico compartilhado do duto, dando ao usuário uma grande liberdade para experimentar e explorar
Referências
1 ”The Atmos book of pipeline simulation”
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O capítulo dois aborda os principais componentes da simulação eficaz de dutos. Recursos como uma malha espacial adaptável são conhecidos por tornar os simuladores de dutos mais rápidos, precisos e confiáveis para os operadores.