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CONTROLE DE EMISSÕES FUGITIVAS DE COMPOSTOS ORGÂNICOS VOLÁTEIS EM COMPONENTES DE LINHAS

DE PROCESSO

Área temática: Gestão Ambiental & Sustentabilidade

Adriana Carvalho

[email protected]

Sergio França

[email protected]

Resumo: O impacto na qualidade do ar causada pela emissão de poluentes atmosféricos tem sido um problema

ambiental crescente, especialmente nos centros urbanos e nas áreas industriais. O ozônio é um poluente secundário

formado por reações fotoquímicas e tem como principais precursores os compostos orgânicos voláteis (COVs) e os

óxidos de nitrogênio. As refinarias de petróleo são uma grande fonte de emissões fugitivas de hidrocarbonetos, entre

eles os COVs. A redução de COVs tem se mostrado a forma mais efetiva de controle próximo às fontes de emissão. A

metodologia Leak Detection and Repair - LDAR, desenvolvida pelo órgão ambiental dos Estados Unidos, foi adotada

por refinarias de uma empresa de energia brasileira para a redução de emissões de COVs em componentes de linhas

de processo. Esta metodologia é baseada na medição de componentes de tubulação para identificação de vazamentos e

posterior reparo do componente. Por ser intensiva em mão-de-obra e ter custo elevado, o uso de uma metodologia

alternativa, conhecida como Smart LDAR, pode proporcionar uma melhor relação custo-efetividade para o controle de

emissões fugitivas de COVs.

Palavras-chaves: emissões fugitivas, compostos orgânicos voláteis, LDAR, Smart LDAR

ISSN 1984-9354

XI CONGRESSO NACIONAL DE EXCELÊNCIA EM GESTÃO 13 e 14 de agosto de 2015

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INTRODUÇÃO

O impacto na qualidade do ar causada pela emissão de poluentes atmosféricos tem sido um

problema crescente, especialmente nos centros urbanos e nas áreas industriais. Segundo Alvim (2013),

a poluição atmosférica é a alteração da composição química natural da atmosfera, resultante tanto de

fenômenos naturais quanto de atividades antrópicas.

As consequências decorrentes dessas alterações da composição da atmosfera conduziram a

problemas de efeito global como, por exemplo, a intensificação do efeito estufa e alterações que vêm

sendo observadas no clima do planeta. Problemas mais localizados também podem ser observados,

como a formação do smog fotoquímico, com ocorrências em muitas das maiores metrópoles do mundo

e que tem como principal componente o ozônio, que provoca danos especialmente à saúde humana, às

plantas e aos materiais (ALBUQUERQUE, 2007).

Braga et al. (2005) destaca a troposfera (0 a 15 km de altitude) e a estratosfera (15 a 50 km de

altitude) como as duas camadas da atmosfera de maior interesse do ponto de vista ambiental. É na

troposfera que ocorre a maioria dos fenômenos relacionados com a poluição do ar, enquanto o

interesse pela estratosfera é devido à camada de ozônio que protege a Terra das radiações ultravioleta

provenientes do sol.

Alvim (2013) ressalta que a atmosfera terrestre pode ser considerada um grande reator químico,

que contém, além de oxigênio, que é um composto altamente reativo, diversos compostos em pequena

concentração, os quais podem atuar como reagentes e/ou catalisadores, tendo a luz solar como fonte de

energia. Exemplo de transformações químicas importantes que ocorrem na atmosfera são as reações

fotoquímicas que formam o smog fotoquímico, tendo como seu principal constituinte o ozônio.

O ozônio, quando presente na camada troposférica da atmosfera, é prejudicial devido às suas

características oxidantes. Por ser um poluente secundário, seu controle deve ser focado na

minimização da emissão dos seus principais precursores: os óxidos nitrosos (NOx) e os compostos

orgânicos voláteis (COVs), que reagem na presença de luz (BAIRD, 2002).

Quanto aos COVs, Castro, Araújo e Silva (2013) afirmam que, além de participarem de inúmeras

reações na atmosfera formando poluentes secundários, os COVs são altamente reativos e possuem

elevado caráter tóxico.

No Brasil a Resolução CONAMA 03 de 1990 estabelece padrões de qualidade do ar para alguns

poluentes, dentre eles o ozônio, porém não existe no país regulamentação que estabeleça padrões de

qualidade do ar para COVs.


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Segundo Ueda (2010) os setores de transportes e de geração de energia são os principais

responsáveis pela emissão de poluentes atmosféricos em regiões urbanizadas. Dentre os geradores de

energia, as refinarias de petróleo são grandes fontes de emissões de COVs, cujas principais origens são

emissões fugitivas em acessórios de tubulações (válvulas, flanges, selos de bombas, conexões, etc) e

emissões evaporativas em tanques de armazenamento, estações de carregamento de combustíveis e

fontes abertas (bacias de acúmulo de água oleosa, separadores água e óleo, etc).

O foco deste artigo são as emissões fugitivas de COVs oriundas dos componentes de linhas de

processo de refinarias de petróleo.

Não há metodologia ou regulamentação ambiental no Brasil que estabeleça direcionadores para o

controle de emissões fugitivas nos componentes de tubulação em indústrias químicas e petroquímicas,

porém há exigência de controle de COVs estabelecida pelos órgãos ambientais nas licenças ambientais

da maioria das refinarias de petróleo do país.

Nos Estados Unidos o controle de emissões fugitivas de COVs em componentes de tubulações de

indústrias químicas e petroquímicas é uma preocupação desde a década de 70. Em 1977 foi feita uma

revisão na lei ambiental americana, Clean Air Act, publicada em 1970, incluindo poderes ao órgão

ambiental americano, Environmental Protection Agency (EPA), para amplo controle quanto a questões

de poluição do ar causadas por indústrias. As indústrias instaladas ou com intuito de se instalar em

áreas que não estivessem em conformidade com os limites federais de qualidade do ar para os

poluentes regulados, como o ozônio, deveriam ter obrigatoriamente tecnologias de controle para

redução de emissões, entre elas as emissões fugitivas de COVs. Começava a ser delineada uma

metodologia que permitisse controlar e reduzir emissões de COVs em acessórios de tubulações,

baseada na detecção e no reparo de vazamentos (WALLACE 1979).

A metodologia atualmente exigida pela EPA para controle das emissões fugitivas é conhecida

como Leak Detection and Repair – LDAR, que consiste no monitoramento dos componentes de

tubulação para a localização de vazamentos de COVs, reparo dos componentes com vazamento e novo

monitoramento destes componentes. Uma variação do LDAR é a metodologia Smart LDAR, que

utiliza uma câmera de detecção de gases, mas que ainda é utilizada apenas como um complemento ao

LDAR convencional.


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OBJETIVO

Objetivo geral: analisar os principais aspectos das metodologias Leak Detection and Repair

(LDAR) e Smart LDAR para o controle de emissões fugitivas de COVs em componentes de linhas de

processo de refinarias de petróleo.

Objetivos específicos:

- Apresentar a importância do controle de emissões fugitivas de COVs;

- Apresentar um panorama de como refinarias de petróleo de uma empresa de energia estão

realizando o controle de emissões fugitivas de COVs;

METODOLOGIA

Para atingir os objetivos propostos a pesquisa foi estruturada com as seguintes etapas:

a) Pesquisa bibliográfica, tendo como fontes de consulta, artigos científicos localizados em bases

de dados como Scopus, Scielo e Science Direct, banco de dissertações de universidades, além de livros

didáticos, documentos de órgãos reguladores e de representantes das indústrias de óleo e gás e internet

em geral.

b) Pesquisa documental de relatórios e registros internos da empresa analisada.

c) Seleção do material com contribuições significativas para a pesquisa. Para a organização das

fontes de consulta e das informações referentes à pesquisa bibliográfica foi utilizada a ferramenta

mapa mental. Os mapas mentais são diagramas para organização das informações desenvolvidos pelo

psicólogo Tony Buzzan na década de 70 e que possibilitam registrar o pensamento de uma forma mais

criativa, flexível e não linear. Consistem de uma estrutura de múltiplas conexões, permitindo superar

as dificuldades de organização das informações e alguns bloqueios de escrita linear (BUZAN, 2005).

d) Estudo de caso em duas refinarias de petróleo de uma empresa de energia.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Refino de petróleo

O petróleo é uma mistura complexa de milhares de compostos sendo a maioria deles

hidrocarbonetos da série dos alcanos, que vão desde o metano até moléculas contendo quase uma

centena de carbonos. O petróleo também contém grandes quantidades de cicloalcanos, principalmente

os de cinco e seis carbonos por anel. O benzeno e seus derivados simples como o tolueno, etilbenzeno

e xilenos fazem parte dos hidrocarbonetos aromáticos presentes na composição do petróleo (BAIRD,

2002).


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Para que o petróleo tenha seu potencial energético plenamente aproveitado, bem como sua

utilização como fonte de matérias-primas, é necessário que seja realizado seu desmembramento em

cortes ou frações. O refino do petróleo consiste na série de beneficiamentos pelos quais passa o

mineral bruto, para a obtenção de derivados, que são produtos de grande interesse comercial. Esses

beneficiamentos englobam etapas físicas, e químicas de separação, que originam as grandes frações de

destilação. Estas frações são então processadas através de outra série de etapas de separação e

conversão que fornecem os derivados finais do petróleo (NEIVA,1993).

Uma refinaria de petróleo é um complexo sistema de operações múltiplas, cujas tipologias

dependem das propriedades do petróleo que será refinado e dos produtos desejados (BRASIL,

ARAÚJO e SOUSA, 2011). As interligações entre os diversos equipamentos de uma refinaria são

feitos por quilômetros de tubulações, por onde escoam, além do petróleo, derivados e demais fluidos

necessários para viabilizar o seu processamento. Estas tubulações têm uma série de componentes de

junção e de controle, como válvulas, flanges ou conexões, bombas, conexões de amostragem, drenos,

final de linha aberta entre outros e que são pontos potenciais para a ocorrência de vazamentos de

hidrocarbonetos, especialmente COVs.

Emissões fugitivas de COV em refinarias de petróleo

A definição de compostos orgânicos considerados voláteis é ainda motivo de discussões por parte

da comunidade científica de um modo geral e muitas conceituações estão atualmente em uso (SOUSA,

2002).

Para o presente artigo é aplicável a definição de COVs como compostos que participam em

reações fotoquímicas na atmosfera, estabelecida pela EPA, e também a definição da European Sealing

Association (ESA), que conceitua COVs como uma substância que tem pressão de vapor maior que 0,3

kPa a 20°C (EPA, 2009 e ESA, 2009). Estas definições são a base para o estabelecimento das

exigências de aplicação da metodologia LDAR nos EUA.

Os COVs são emitidos de uma variedade de fontes que podem ser originárias de atividades

humanas (fontes antropogênicas) e de fontes naturais (fontes biogênicas). Dentre as atividades

antrópicas que provocam emissões de COVs destacam-se a exaustão de veículos, o uso de solventes,

emissões fugitivas de descargas em processos industriais, refino de petróleo, armazenagem e

distribuição de petróleo e gás natural, aterros de resíduos, agricultura, entre outras. Em relação às

fontes naturais, as emissões são oriundas de plantas, árvores, animais, incêndios naturais em florestas,

além de processos anaeróbios em áreas alagadas (DERWENT, 1995).


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Segundo Ueda (2009) refinarias de petróleo são grandes fontes de COVs provenientes de tanques

de armazenamento de petróleo e derivados, estações de tratamento de efluentes hídricos (bacias de

acúmulo de água oleosa, separadores água e óleo etc), atividades de carregamento de combustíveis e

emissões fugitivas em componentes de tubulações (válvulas, flanges, selos de bombas, conexões, etc).

A EPA (2015) define emissões fugitivas como aquelas que não passam por dispositivos projetados

para direcionar as emissões tais como, chaminés, dutos, vents e outros dispositivos equivalentes.

Siqueira (2007) apresenta como exemplos de fontes de emissões fugitvas as pilhas de estocagem, as

torres de resfriamento e os componentes de tubulações em processos industriais. De acordo com

Conservation of Clean Air and Water in Europe (CONCAWE), as fontes pontuais de emissões difusas

são comumente referenciadas como fontes de emissões fugitivas, sendo estas resultantes da perda

gradual de estanqueidade de partes de equipamentos projetados para contenção de fluidos.

(CONCAWE, 2008).

Embora as emissões fugitivas em componentes de tubulação sejam individualmente pequenas, em

conjunto são grandes e precisam ser controladas. A EPA estimou que aproximadamente 70.300

toneladas por ano de COVs têm sido emitidas de vazamentos em equipamentos de refinarias de

petróleo e indústrias químicas (EPA, 2007).

De acordo ESA (2009), os principais fatores que influenciam a fuga de hidrocarbonetos são: o

projeto do equipamento, idade e qualidade do equipamento, padrão de instalação, pressão de vapor do

fluido de processo, temperatura e pressão do processo, número e tipos de componentes, rotina de

inspeção e manutenção e taxa de produção.

As emissões fugitivas provenientes de componentes de linhas de processo, como válvulas,

bombas, selos de compressores, flanges, dispositivos de alívio e linhas abertas são a maior fonte de

COVs emitidos para a atmosfera em uma refinaria de petróleo e uma das formas de minimizar estas

emissões é através da implantação de um programa de controle de vazamentos (CONCAWE, 1999).

A importância do controle de COVs: Ozônio e smog fotoquímico

O ozônio (O3) é um gás incolor e inodoro nas concentrações ambientais e que está presente em

toda a atmosfera (BAIRD, 2002). Oliveira (1993), afirma que o ozônio também constitui um dos gases

de efeito estufa, estimando-se a sua contribuição para o aquecimento global em cerca de 5-10%.

Na estratosfera, o ozônio forma uma camada que constitui um “escudo solar natural da Terra”,

uma vez que filtra os raios ultravioletas (UV) nocivos provenientes do sol antes que esses possam

atingir a superfície do nosso planeta, causando danos aos seres humanos e a outras formas de vida Já

na troposfera o ozônio é tóxico. Os altos níveis de ozônio troposférico têm atingido muitas áreas


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urbanas no mundo, originando episódios de poluição do ar decorrente das reações entre os poluentes

induzidas pela luz. Este fenômeno é conhecido como smog fotoquímico, que pode ser caracterizado

como “uma camada de ozônio no lugar errado” e que foi observado pela primeira vez em Los Angeles,

em 1940. O processo de formação do smog envolve centenas de reações diferentes, sendo os principais

reagentes os óxido de nitrogênio (NOx) e os compostos orgânicos voláteis (COV). A formação do

smog fotoquímico também conta com uma parcela importante da radiação solar, que aumenta as

concentrações de radicais livres que participam das reações. Como produtos finais são gerados ozônio,

ácido nítrico e compostos orgânicos parcialmente oxidados e nitrados. A manifestação mais evidente

do smog é uma neblina de tonalidade amarelo-amarronzada que se deve à presença no ar de pequenas

gotas de água contendo produtos derivados das reações químicas (BAIRD, 2002).

Além de prejudicial à saúde humana e de animais, danos em materiais e efeitos adversos na

atmosfera, o ozônio é considerado o maior poluente fitotóxico atmosférico existente, que inibe a

fotossíntese e consequentemente provoca redução na colheita e no crescimento de árvores

(SCHIRMER 2004).

Reações fotoquímicas de formação do ozônio

As principais etapas envolvidas na formação do O3 troposférico a partir de seus precursores

envolve uma série de reações fotoquímicas. O dióxido de nitrogênio (NO2) sofre fotólise ao absorver a

energia da luz solar dissociando-se em NO e oxigênio atômico (O), que se recombina com o oxigênio

molecular (O2) para produzir o O3. Por sua vez, o NO formado reage com o O3 restaurando o NO2.

Estas reações em conjunto não produzem alteração no ozônio. A chave para o entendimento da

química orgânica na atmosfera é o radical OH•, que reage com muitos hidrocarbonetos (RH)

produzindo radicais peróxidos (RO2•). Os radicais RO2• reagem rapidamente com NO, formando NO2

e outros radicais livres. Um radical livre formado, por exemplo, pela reação entre o OH• com um

hidrocarboneto irá participar em várias etapas de propagação antes de ser extinto. Esse processo

envolvendo radicais livres contendo oxigênio proporciona o caminho para a oxidação do NO a NO2

não envolvendo O3 e consequentemente permitindo o seu acúmulo (SEINFELD, 1986).

Outros oxidantes fotoquímicos são formados, como o peróxi acetil nitrato (PAN), a partir da

reação do NO2 com radicais livres de COVs; aldeídos e ácido nítrico, a partir da reação do NO2 com

OH•; e que, juntamente com o ozônio, formam o smog fotoquímico (SILLMAN, 1999).

Ações para o controle do ozônio

Verifica-se no mundo inteiro uma preocupação em criar meios de controle de formação dos

componentes constituintes do smog, especialmente o ozônio. Por conta disso, políticas de


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gerenciamento ambiental propondo a redução das emissões dos poluentes primários (COV e NOx) já

vêm sendo implementadas há algumas décadas (BRAGA et at., 2002).

Conhecidas as etapas de formação do ozônio, era de se esperar que a redução das emissões de

NOx e de COVs levaria à diminuição da concentração de ozônio na troposfera, porém esta é uma

tarefa complexa. Segundo Senna (2006), na prática confirma-se que grandes esforços e gastos na

redução destas emissões não são acompanhados de uma redução considerável da concentração de

ozônio, o que é corroborado por Seinfeld (1986) que afirma que ações para redução do ozônio na

década de 80 nos Estados Unidos demonstraram não repercutir em diminuições significativas da

concentração deste poluente.

Segundo Sillman (1999), a formação do ozônio é um processo fortemente não linear em relação ao

NOx e aos COVs. Sob determinadas condições, o processo de formação do ozônio é controlado quase

que inteiramente pelo NOx e é altamente independente dos COVs (regime sensível ao NOx), enquanto

para outras condições a produção de ozônio aumenta com o aumento dos COVs e não aumenta (e

algumas vezes até diminui) com o aumento do NOx (regime sensível a COVs). Quando o NOx é

baixo, a taxa de formação de ozônio aumenta com o aumento do NOx num processo quase linear. À

medida que o NOx aumenta mais, a taxa de formação de ozônio fica mais lenta até eventualmente

atingir um valor mínimo. Em altas concentrações de NOx a taxa de formação do ozônio decresce com

o aumento do NOx.

Portanto, para melhorar a qualidade do ar com relação às concentrações de ozônio deve ser

observada a relação entre as concentrações de NOX e COV para avaliar qual dos poluentes deve ser

submetido à maior redução.

Segundo Lora (2002), a redução da concentração de COVs tem se mostrado mais eficiente e mais

barata que a diminuição das emissões de NOx, o que estimula pesquisas mais específicas sobre tais

compostos. Oliveira (1993) acrescenta que muitos estudos, predominantemente de origem americana,

demonstram a eficácia de redução dos hidrocarbonetos no controle da formação de ozônio troposférico

e que, por esta razão, as estratégias de redução de ozônio têm se baseado no controle das emissões

desse poluente.

Embora o impacto dos precursores na química de formação do ozônio seja frequentemente

expressa em termos da relação COV/NOx, o verdadeiro impacto dos COVs está mais relacionado a

reatividade de diferentes espécies de COVs em relação ao radical OH• do que sua quantidade total

(SILLMAN, 1999).


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Segundo Souza (2002), a reatividade fotoquímica de hidrocarbonetos no processo de formação de

poluentes secundários é importante para desenvolvimento de estratégias de controle. Cada espécie de

COV apresenta efeito diferenciado na produção de poluentes secundários e, portanto, é fundamental

conhecer as espécies mais reativas para que sua liberação seja minimizada.

Conforme já mencionado, refinarias de petróleo são grandes fontes de compostos orgânicos

voláteis. No estudo realizado por Ueda (2010), que monitorou os compostos orgânicos voláteis na

Região Metropolitana de Campinas, foi constatado que o local de monitoramento próximo à refinaria

de petróleo existente apresentou as maiores concentrações de todos os locais amostrados e pluma

muito pouco envelhecida por apresentar influência direta de fontes de emissão. Segundo Sillman

(1999), uma pluma pouco envelhecida é caracterizada pela alta concentração de COVs que, devido a

sua alta reatividade, favorece a ocorrência de inúmeras reações fotoquímicas. À medida que a pluma

vai se afastando das fontes de emissão, carreada pelo vento, os COVs vão sendo consumidos nas

reações, a pluma torna-se envelhecida e a tendência é que passe a predominar o regime sensível a

NOx. Em resumo, uma pluma não envelhecida, ou seja, próxima às fontes de emissão, tem regime

sensível a COVs e, portanto, para a redução do ozônio, a redução deste poluente pode apresentar

resultados promissores.

Métodos de detecção de emissões fugitivas de COV em componentes de linhas de

processo Para o gerenciamento de emissões atmosféricas é primordial que haja medição. As técnicas de

controle de emissões fugitivas provenientes de vazamentos de equipamentos podem ser divididas em

duas categorias: práticas de equipamento e práticas de trabalho. As práticas de equipamento envolvem

a utilização de equipamentos que proporcionam a redução ou a eliminação das emissões. As práticas

de trabalho são os planos e procedimentos adotados para reduzir ou estimar as emissões, sendo as

técnicas de controle de utilização mais comuns para vazamento em componentes de linhas de

processo. (EPA, 1994).

Metodologia LDAR – Leak Detection and Repair

A metodologia ou programa LDAR é definida como a principal prática de trabalho adotada para

identificar vazamentos em equipamentos, através do monitoramento, de forma a permitir a redução de

emissões pelo reparo dos equipamentos. Nos EUA, o controle de COVs pelo LDAR em refinarias de

petróleo é uma demanda legal, definida em 25 legislações federais diferentes que exigem a

implantação de um programa formal. Além disso, mais 28 legislações federais definem algum


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monitoramento dos componentes, mas sem exigir um programa LDAR formal. Somam-se a estas,

diversas legislações estaduais (EPA, 2007).

As legislações especificam quais tipos de componentes devem sem medidos, a frequência de

monitoramento e o tempo para que os reparos sejam feitos. O Método 21, desenvolvido pela EPA

(1996), é a base para o monitoramento de vazamentos de COVs. Este método apresenta as

especificações e os critérios de desempenho de analisadores portáteis para a medição dos

componentes. O analisador padrão para conduzir estudos de emissões fugitivas em indústrias de

petróleo é o TVA (Toxic Vapor Analyser). Trata-se de um instrumento do tipo FID (Flame Ionization

Detection) cujo princípio de medição é a ionização da amostra com posterior medição do número de

íons produzidos. Em um FID padrão, o vapor orgânico é ionizado em uma chama de hidrogênio e

atraído em direção a um coletor carregado negativamente. A corrente gerada é proporcional à

concentração de hidrocarbonetos presentes (API, 1998).

Segundo EPA (1994), a metodologia LDAR deve ser aplicada em componentes “em serviço de

COVs”, ou seja, em componentes que contenham ou entrem em contato com um fluido de processo

com, no mínimo, 10% em massa de COVs. São definidas também diferentes exigências de acordo com

a tipologia do componente e a característica do fluido: líquido pesado, líquido leve e gás/vapor.

Embora haja diferenças nas diversas legislações, a metodologia LDAR é dividida em cinco etapas

principais. O quadro 1 resume as principais etapas para a implantação do LDAR.

Etapas Principais características/ações da etapa

Identificação dos

componentes

Levantamento de fluxogramas de processo e de engenharia para identificação das

linhas de processo que estejam operando em serviço de COV. Os componentes

destas linhas devem ser mapeados e identificados individualmente.

Definição de

limite de

vazamento

Limite de vazamento é definido como a concentração acima da qual o

componente deverá sofrer intervenção para sanar as emissões fugitivas de COVs.

O limite de vazamento varia com os diferentes tipos de componentes, com o tipo

de fluido e com a frequência de monitoramento.


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Etapas Principais características/ações da etapa

Monitoramento de

componentes

Para a maioria das legislações nos EUA o monitoramento das emissões fugitivas

deve ser feito de acordo com as definições do Método 21, utilizando um

analisador portátil. As frequências de monitoramento variam de acordo com a

legislação aplicável e o tipo de componente e são tipicamente semanais, mensais,

quadrimestrais e anuais. É usado um analisador do tipo TVA, cuja sonda deve ser

percorrida ao redor da interface do componente a uma distância de 1 cm para

detectar concentrações acima do limite de vazamento. O TVA mede

hidrocarbonetos totais e não somente COVs.

Reparo dos

componentes

O componente cuja concentração medida tenha ficado acima do limite de

vazamento deve receber a primeira intervenção em 5 dias e ter o reparo

finalizado no máximo em 15 dias. Alguns tipos de reparos são simples, mas há

casos em que só pode ser realizado com a parada do processo e, neste caso, o

componente deve ser inserido em lista de reparo posterior.

Gerenciamento

das informações

Para o sucesso do programa o gerenciamento de todas as informações é um ponto

fundamental. Um sistema informatizado é necessário para a condução das

atividades. Neste sistema devem ser cadastrados todos os pontos que serão

medidos, com identificação com código próprio, identificação da unidade de

processo, linha de processo, características do fluido, tipo de componente,

informações que permitam localizar o ponto na planta. Os pontos incessíveis

também devem ser cadastrados e identificados. O sistema deverá receber ainda a

concentração dos pontos medidos, gerar a lista de necessidade de reparos e

identificar pontos em manutenção e os pontos com manutenção concluída. Quadro 1 – Etapas principais da metodologia LDAR.

Fonte: adaptado de EPA (2007)

Metodologia Smart LDAR

A metodologia Smart LDAR é uma prática de trabalho alternativa ao LDAR que utiliza uma

câmera de infravermelho para detectar a pluma de hidrocarbonetos, porém sem realizar nenhuma

quantificação (EPA, 2006).

Segundo Tegstam e Danjoux (2007), a tecnologia de detecção de gases através de imagem ótica é

baseada na propriedade que os átomos e moléculas têm de absorver a luz de forma seletiva. A grande

maioria dos hidrocarbonetos presentes em uma refinaria de petróleo absorve luz na região

infravermelha (IR) do espectro. Por isso, a câmera de detecção possui filtros ajustados para detectar

apenas os gases que absorvem luz em uma estreita faixa de comprimento de onda na região

infravermelha.

Existem dois tipos de tecnologia de imagem ótica para detecção dos vazamentos: ativa e passiva.

Na tecnologia ativa a câmera emite um feixe de luz de laser de um determinado comprimento de onda

que é absorvido pelo gás que deverá ser detectado. O gás se torna visível ao operador quando a luz


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sofre retro difusão pela superfície de fundo e é atenuada pelo gás, aparecendo como uma nuvem escura

no visor da câmera. Na tecnologia passiva não é emitido nenhum feixe de luz pela câmera. A imagem

é produzida pela reflexão da luz solar na região do infravermelho, com a pluma de gás absorvendo a

luz infravermelha e aparecendo como uma nuvem escura. Adicionalmente, a diferença relativa entre a

radiação (temperatura + emissividade) entre a nuvem de gás e o fundo atrás dela cria uma imagem de

contraste do gás (ROBINSON, 2007).

ESTUDO DE CASO: CONTROLE DE EMISSÕES FUGITIVAS DE COVs EM

REFINARIAS DE UMA EMPRESA DE ENERGIA

O Estudo de Caso foi desenvolvido com dados de duas refinarias de petróleo, designadas A e B,

de uma empresa integrada de energia que atua nos setores de exploração e produção, refino,

comercialização, transporte, petroquímica, distribuição de derivados, gás natural, energia elétrica, gás-

química e biocombustíveis. É a maior empresa do Brasil, líder do setor petrolífero no país, e uma das

maiores da América Latina em termos de receitas.

Controle de emissões fugitivas de COVs nas refinarias da empresa

Para o desenvolvimento do Estudo de Caso foram utilizados dados do “Relatório de

acompanhamento do contrato da implantação do programa de controle de emissões fugitivas (2010)”

nas refinarias da empresa pesquisada e outros registros internos. Os dados classificados como

confidenciais e não autorizados pela empresa não foram apresentados.

Em 2008 a empresa decidiu utilizar a metodologia LDAR para o controle de emissões fugitivas

em componentes de linhas de processo (pontos de emissões fugitivas) de todas as refinarias. Optou-se

inicialmente por uniformizar os procedimentos para o controle, priorizando pontos com maior

probabilidade de ocorrência de emissão de COVs. As definições da EPA para o LDAR e a experiência

de três refinarias que já estavam com o programa em andamento foram utilizadas como base para o

trabalho. Por ser um trabalho novo e ainda pouco conhecido, optou-se por adotar algumas premissas na

sua implantação, conforme apresentado no quadro 2.

Item Premissa

Tipos de

serviços

Somente linhas em serviço de líquido leve e de gás. Não foram incluídas

linhas em serviço de líquido pesado em função da menor volatilidade.

Tipos de

componentes

Válvulas de controle e de alívio, selos de bombas, flanges, uniões

rosqueadas e linhas abertas. Não foram considerados selos de compressores.

Tipos de linhas

de processo

Somente linhas de processo maiores que 3/4 de polegada. Pontos

inacessíveis não seriam medidos, porém seriam identificados e cadastrados.


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Item Premissa

N° de pontos

monitorados

A ser definido por cada refinaria considerando uma representatividade de

pelo menos 70% do total de pontos elegíveis para medição.

Limites de

vazamento

10.000 ppmv para todos os componentes, exceto para linhas com benzeno

em sua composição (1.000 ppmv).

Frequência de

monitoramento Anual

Prazo máximo

para reparo 30 dias

Quadro 2 – Premissas para implantação do programa de controle de emissões fugitivas nas refinarias de uma empresa de

energia.

Fonte: Relatório de acompanhamento do contrato da implantação do programa de controle de emissões fugitivas (2010)

Uma empresa especializada foi contratada para a implantação do programa LDAR. De uma forma

geral, cada refinaria fez o levantamento do quantitativo de componentes de tubulação (pontos) que

deveriam ser considerados no programa e definiu as linhas de processo onde o programa LDAR seria

aplicado. A empresa contratada fez a identificação dos pontos a partir de fluxogramas de processo e de

engenharia e de visitas em campo, onde foram tiradas fotos para a identificação de cada componente.

Um sistema informatizado foi utilizado para o gerenciamento do programa. Nele foram cadastrados

todos os pontos medidos e pontos inacessíveis, devidamente identificados por códigos. Após cada

rodada de medição dos pontos em campo, em conformidade com o Método 21, os dados de

concentração foram exportados do TVA para o sistema informatizado, que por sua vez gerava uma

lista de necessidades de reparos, ou seja, uma lista de pontos cuja concentração medida era maior que

o limite de vazamento estabelecido. Após o reparo dos pontos com vazamento, a empresa realizava

novo monitoramento para verificar a eficácia do reparo. O sistema informatizado também permitia o

cálculo das taxas de emissões através das equações de correlação entre concentração medida e massa

de hidrocarbonetos, por tipologia de componentes.

A tabela 1 apresenta os resultados do programa LDAR das duas refinarias avaliadas em uma

campanha anual de monitoramento.

Tabela 1 – Resultado anual do programa LDAR em duas refinarias da empresa de energia pesquisada

Refinaria

Número de

pontos

monitorados

Número de

pontos para

reparo

Percentual de pontos

com vazamento

Percentual de redução das

emissões fugitivas

A 30.039 365 1,2% 61,3%

B 14.036 136 0,97% 39,1%

Fonte: Relatório de acompanhamento do contrato da implantação do programa de controle de emissões fugitivas (2010)


14

Atualmente as refinarias estão dando continuidade aos seus programas de controle, porém em

diferentes ritmos.

Análise dos principais aspectos das metodologias LDAR e Smart LDAR

De acordo com a EPA (2007), a adoção de um programa LDAR traz uma série de benefícios como

redução da perda de produtos; redução de COVs, que são precursores na formação de ozônio

troposférico; maior segurança da planta; redução da exposição dos trabalhadores e comunidades

vizinhas; redução do risco de sanções por parte dos órgãos reguladores. Segundo ESA (2009), um

programa LDAR pode reduzir as emissões fugitivas de 40 a 60%, em média, dependendo da

frequência em que os monitoramentos são realizados, as condições de processo e o fluido em

operação.

Observa-se que a refinaria A teve um percentual de redução um pouco acima da faixa média

esperada de 40-60% enquanto a refinaria B teve um percentual um pouco abaixo. Vários fatores

podem contribuir para esta diferença: menor número de pontos monitorados e com vazamento na

refinaria B; tempo para reparo dos pontos; tipologia dos componentes medidos; idade e qualidade dos

componentes; condições de processo e quantidade de pontos medidos em linhas de processo onde se

aplica menor limite de vazamento.

Com a uniformização dos procedimentos foi possível identificar alguns pontos de melhoria, como

a necessidade da indicação de um único gestor para o programa, integração com outras gerências e a

compatibilização com os planos de manutenção.

Embora apresente uma série de vantagens, a implantação de um programa LDAR é uma tarefa

complexa que envolve mão-de-obra intensiva uma vez que os componentes têm que ser medidos um a

um. Além disso, tem elevado custo, considerando-se que as refinarias possuem milhares de

componentes com potencial de vazamento de COVs (SIEGELL, 2006).

Segundo Robinson et al. (2007) o custo anual de um programa LDAR em uma refinaria típica com

pelo menos 200.000 componentes pode exceder 1 milhão de dólares.

O uso da metodologia Smart LDAR pode ser avaliado como uma alternativa com melhor relação

custo-efetividade para otimizar o programa nessas refinarias. Um estudo realizado pelo American

Petroleum Institute (API), com o patrocínio da EPA e do Departamento de Energia Americano,

avaliou os dados de monitoramento de emissões fugitivas de sete refinarias. O estudo analisou 11.5

milhões de válvulas monitoradas pelo programa LDAR em 5 anos e meio (de 1991 a 1996). O

principal objetivo do estudo foi determinar se um programa LDAR com melhor custo-efetividade

poderia ser desenvolvido. Os resultados mostraram que 92% das emissões fugitivas de COVs que são


15

passíveis de serem reduzidas são provenientes de somente 0,13% dos componentes de linhas de

processo (API, 1997).

Segundo Taback et al. (2000), os resultados do estudo do API indicaram que as plantas industriais

poderiam conseguir maiores reduções em custos e emissões se um melhor método de detecção de

vazamentos fosse adotado. Este método deveria localizar os grandes vazamentos sem a necessidade de

monitoramento de todos os componentes individualmente.

Em 2000 o API e a EPA iniciaram a discussão para a busca de uma prática de trabalho alternativa

e a que se mostrou promissora foi a tecnologia baseada em imagem ótica de gases. Várias avaliações

vinham sendo feitas para demonstrar a habilidade da tecnologia de imagem ótica de gás para detectar

uma faixa de COV típica das condições de operação de plantas industriais, porém o uso da tecnologia

ainda não era permitido. Somente em 2006 a EPA propôs uma emenda em sua legislação (Code of

Federal Regulations – 40 CFR Part 60) para incluir uma metodologia baseada no uso de imagem ótica

de gás, o Smart LDAR, como uma prática alternativa de trabalho, porém o monitoramento seguindo o

Método 21 ainda deveria ser realizado anualmente.

As vantagens apontadas por Tegstam e Danjoux (2007) para o uso de imagem ótica para detecção

das emissões fugitivas em relação ao LDAR convencional são a redução de mão-de-obra intensiva de

monitoramento de todos os pontos da planta, a localização rápida de grandes vazamentos e

consequentemente a possibilidade de saná-los em menor prazo, monitoramento de uma mesma

quantidade de pontos em um tempo muito menor e a redução da exposição de trabalhadores uma vez

que ficam menos tempo na área industrial. Taback et al. (2000) afirmam que uma vez que a tecnologia

de detecção de gás por imagem permite maiores eficiências no monitoramento de um grande número

de componentes, esta pode localizar grandes vazamentos mais frequentemente com custos mais

razoáveis. Além disso, uma maior frequência de reparos de grandes vazamentos irá resultar em uma

menor perda de produto do que um programa com menor frequência de reparos que inclua vazamentos

de menor magnitude. O quadro 3 resume a análise dos principais aspectos das metodologias LDAR e

Smart LDAR quanto à mão-de-obra, redução de emissões e custos.

Aspectos Metodologia

LDAR Smart LDAR

Mão

de

obra

Muita intensiva. Exige monitoramento

de cada componente e para isso

necessita de maior número de técnicos

em campo e mais tempo para execução.

Menor frequência de monitoramento.

Menos intensiva. Um menor número

de técnicos pode monitorar um maior

número de pontos em menor tempo.

Permite maior frequência de

monitoramento.


16

Aspectos Metodologia

LDAR Smart LDAR

Emissões

A redução das emissões ocorre de

forma mais lenta, pois é mais demorado

para localizar os vazamentos. Pontos

inacessíveis não são monitorados.

Permite a quantificação das emissões de

hidrocarbonetos pelo uso de equações

de correlação entre concentração

medida e taxas de emissões. É uma

técnica autorizada pela EPA para o

controle de COVs.

A redução das emissões ocorre de

forma mais rápida, pois os vazamentos

são localizados mais rapidamente para

o reparo. Localiza vazamentos em

pontos inacessíveis. Não permite a

quantificação das emissões de

hidrocarbonetos. É uma técnica aceita

pela EPA como um complemento ao

LDAR convencional.

Custos

Custos operacionais elevados devido à

necessidade de monitoramento de todos

os pontos da planta pelo Método 21.

Permite redução de custos pela redução

da perda de produtos.

Significativa redução de custos

operacionais uma vez que permite

mão-de-obra menos intensiva por não

exigir o monitoramento de todos os

pontos pelo Método 21. Permite maior

redução de custos pela redução da

perda de produtos, pois localiza

grandes vazamentos mais

rapidamente. Quadro 3 – Análise dos principais aspectos das metodologias LDAR e Smart LDAR

Fonte: elaboração própria

Está em andamento uma nova proposta de alteração na legislação dos EUA, 40 CFR Part 60, para

o uso da tecnologia de imagem ótica sem a necessidade de realizar o monitoramento anual pelo

Método 21. A proposta está em fase de comentários e a regra final tem previsão de ser apresentada em

maio de 2015 (EPA, 2014).

CONCLUSÃO

O impacto na qualidade do ar pelo ozônio é uma realidade, especialmente nos centros urbanos e

industriais do país. O controle do ozônio é primordial e deve ser feito através da redução dos seus

precursores. A redução de COVs tem se mostrado a forma mais efetiva de controle próxima às fontes

de emissão, como por exemplo, as refinarias de petróleo.

No Brasil o tema controle de emissões fugitivas em componentes de linhas de processo ainda é

pouco desenvolvido, principalmente sob o ponto de vista ambiental. Isso pode ser verificado pela

ausência de artigos nacionais abordando o tema de forma direta. Muitos artigos são encontrados sobre

o impacto na qualidade do ar causado pelo ozônio e sobre a importância do controle dos poluentes

precursores na sua formação, mas raramente abordam esses tipos de fontes. Também não há legislação

ambiental específica que estabeleça alguma metodologia de controle das emissões fugitivas destas

fontes, porém ao consultar as licenças ambientais de operação das refinarias de uma empresa de


17

energia, objeto de estudo deste artigo, verifica-se que são estabelecidas exigências para o controle

destas fontes.

As refinarias da empresa pesquisada adotaram um programa de controle de emissões fugitivas

baseado no modelo desenvolvido nos EUA (LDAR), considerando algumas premissas para sua

implantação. Optou-se por uniformizar os procedimentos em todas as refinarias que ainda não tinham

um programa de redução.

De uma forma geral, o programa de controle mostrou ser uma ferramenta eficaz para a redução de

emissões fugitivas, porém bastante intensiva em mão-de-obra e com custo elevado. Observa-se que os

custos envolvidos na implantação de um programa LDAR e a intensidade de mão de obra exigida

podem levar a não priorização deste serviço frente às outras demandas das plantas industriais. Ë

necessário, portanto, buscar outra metodologia com melhor relação custo-efetividade.

A metodologia Smart LDAR, que utiliza uma câmera de infravermelho para detectar a imagem

ótica da pluma de hidrocarbonetos, embora não permita a quantificação das emissões como ocorre no

LDAR convencional, exige mão-de-obra menos intensiva e permite a localização mais rápida de

vazamentos sem a necessidade de medir todos os pontos previstos na planta.

Recomenda-se o aprofundamento do tema, incluindo a aplicação da metodologia Smart LDAR em

refinarias da empresa pesquisada de forma a avaliar se ela proporcionará ganho na relação custo-

efetividade quando comparada ao modelo LDAR tradicional.

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