REDUÇÃO DE CUSTOS OPERACIONAIS ATRAVÉS DE DIAGNÓSTICOS AVANÇADOS EM VÁLVULAS DE CONTROLE E

SISTEMAS DE GERENCIAMENTO DE ATIVOS

Heitor Hiroshi Chaya heitor.chaya@br.yokogawa.com

Yokogawa América do Sul

Michel Pongelupi Braghetto braghetto@petrobras.com.br

Petróleo Brasileiro S/A - PETROBRAS

Abstract O objetivo deste trabalho é mostrar um caso real em refinaria onde o uso adequado de

gerenciamento de ativos juntamente com os diagnósticos avançados de válvulas de controle pode reduzir os custos operacionais, aumentar a segurança das pessoas e preservar o meio ambiente.

Resumo

Para que uma válvula de controle atenda os requisitos desejados em refinarias de petróleo é necessário que a manutenção veja o desempenho dela através da sala de controle ou sala de manutenção. Nesses locais as informações de diagnósticos são interpretadas em gereciamento de ativos (usando drivers FDT/DTM e EDDL) para nos permitir reduzir custos operacionais, aumentar a segurança das pessoas, preservar o meio ambiente e também justificar o retorno do investimento. 1. INTRODUÇÃO

Todo e qualquer investimento, seja em novo negócio, ampliação, até mesmo em ações, o objetivo é saber o retorno do investimento (ROI) e em quanto tempo esse investimento será recuperado. Em automação industrial não é diferente, a aquisição de um sistema de controle, instrumentação de campo, válvulas de controle e gerenciamento de ativos são alguns exemplos de investimentos que o investidor faz a sua empresa visando um retorno, e muitas vezes o cálculo deste retorno não é fácil de mensurar, até porque, como seria possível mensurar o retorno de um investimento em um software que visa diminuir idas desnecessárias ao campo? Em solas de sapato? É uma brincadeira, mas esse desafio de poder mensurar o diagnóstico de válvulas de controle através de gerenciamento de ativos em um processo de refinaria que nos motivou a escrever este trabalho. Muito se tem falado gerenciamento de ativos, diagnósticos, manutenção preditiva e pró-ativa, mas para se obter o real benefício é preciso mudar os processos de trabalho, treinamento e motivação dos colaboradores. Abordaremos informações de redução de variabilidade de processo e melhora da operação, definição de gerenciamento de ativos, descrição de drivers de comunicação de mercado, FDT/DTM e EDDL, a importância de gerenciamento de ativos em refinarias, o caso de sucesso em um processo de hidrogênio (HDT- Hidrotratamento) que foi utilizado o software de gerenciamento de ativos com diagnósticos de vávulas, a válvula em questão é responsável pela proteção de pressão alta do gás do HDT (H2 com alta concentração de H2S), sendo que a mesma deve desviar para a tocha esse gás em eventual elevação de pressão da unidade de HDT. Desse modo, deve permanecer fechada durante operação normal da unidade. Ainda, o mau funcionamento dessa válvula causa grande impacto ambiental, financeiro e operacional como a queima de gás contaminado com H2S, perda de gás em decorrência da passagem indevida pela válvula – que deverá ser reposto pela unidade de geração de H2 (UGH) - e risco de TRIP do HDT devido a despressurização da unidade. Este caso nos propiciou a mensurar a perda (custo) do vazamento de hidrogênio e quantificar o retorno que o software de gerenciamento de ativos juntamente com diagnóstico de válvulas proporciona. 2. CONTEÚDO

As estratégias de controle avançado e controle fiscalizador têm sido consideradas etapas importantes na obtenção da otimização do processo. Todavia, se a otimização observa apenas o Software e o equipamento da sala de controle, e não se preocupa com o desempenho do hardware de campo, os verdadeiros benefícios destes investimentos não serão obtidos.

Para uma melhor compreensão deste argumento, considere que, pouco pode ser obtido através do desenvolvimento de uma sofisticada arquitetura da sala de controle, que é capaz de operar com 0.5% de precisão, somente implementando aquela estratégia do controle no chão de fábrica com um elemento final de controle que pode ser capaz de apenas 5% de precisão.

A seleção de uma válvula capaz de cumprir o nível exigido é conseqüentemente, imperativa. Porém, uma vez selecionada uma válvula capaz de cumprir o nível desejado, a chave para a manutenção deste desempenho é a observação do desempenho da válvula da sala de controle.

A válvula de controle moderna possui a vantagem dos transmissores e controladores digitais atuais. Estas recentes incorporações ao mundo das válvulas oferecem diversas novas capacidades de manutenção e operação.

O controlador digital, por exemplo, dispõe de duas vias de comunicação digital que tornam disponível a informação da válvula em tempo real, tanto na planta como na sala de controle. Estes dados “a cada segundo” demonstram a redução da variabilidade do processo e aumento da operação da planta, por meio da:

• Ajuda aos operadores em manter o controle dos processos dentro das especificações. • Otimização dos programas de manutenção através do fornecimento de diagnósticos

avançados da válvula, os quais permitem uma visão remota da vida útil da válvula (incluindo o desempenho do engaxetamento).

• Permitindo a calibração remota e automática do instrumento para manter os trabalhadores fora das áreas de risco.

• Minimização do tempo de partida do processo através da identificação remota do Tag. • Permitindo a melhoria na conformidade com os padrões ambientais e documentação exigida. • Proteção da integridade operacional do processo com dispositivo de alarme e alertas. • Fornecimento de um exame do banco de dados do log para manutenção do padrão de

qualidade ISO.

O resultado disso é a economia de tempo, segurança dos empregados e elevados níveis de desempenho. A presença do controlador digital foi significativa, de forma que o seu uso, continua crescendo em todas as indústrias de processo. A comunicação digital permite a realização de um exame minucioso a partir de um terminal. É oferecida uma variedade de serviços de interpretação do diagnóstico para monitoração dos produtos online. Graças ao número crescente de kits de montagem que estão sendo oferecidas, as vantagens do controle digital da válvula podem ser aplicada amplamente dentro da planta, independente da idade ou marca da válvula de controle. Os diagnósticos, principalmente em válvulas de controle são fundamentais para os dias atuais. E o uso de instrumentos inteligentes de válvulas, como posicionadores digitais de válvulas, software de gerenciamento de ativos é uma maneira de baixo custo para determinar a condição do conjunto: válvula de controle.

Gerenciamento de ativos pode ser definido em manter equipamentos funcionando devidamente de maneira a maximizar o desempenho e o ciclo de vida de uma planta em um mínimo custo. Três importantes aspectos de um sistema de gerenciamento de ativos podem ser descritos como:

• Instrumentos de campo inteligentes: obter informações sobre o status operacional como também do processo.

• Protocolo de comunicação: um protocolo de comunicação aberto que seja capaz de transmitir informação dos instrumentos de campo a áreas determinadas.

• Software on-line: software dedicado a fornecer ferramentas necessárias para analisar e mostrar as informações vindas dos instrumentos de campo para ajudar o pessoal de operação e manutenção.

O software de gerenciamento de ativos é baseado em PC para fornecer diagnósticos do

equipamento e monitoração do processo. Integração do software de gerenciamento de ativos e os instrumentos de campo inteligentes ajuda a reduzir variações do processo e melhora a disponibilidade e eficiência de plantas de processo industrial. Além de fornecer, ferramentas de calibração e

comissionamento, diagnósticos de válvulas, diagnósticos de transmissores, audit trail, ordens de serviço, listas de spare parts e integração com sistemas corporativos.

2.1 A tecnologia de gerenciamento de ativos

A manutenção preditiva ajuda a evitar paradas não planejadas e a utilização de um software de gerenciamento de ativos, por sua vez, ajuda a complementar os benefícios dessa manutenção. Através desse software é possível diagnosticar preditivamente os instrumentos de campo em tempo-real de forma a aumentar a disponibilidade e o desempenho da planta como um todo.

A seguir faremos uma breve introdução sobre a tecnologia utilizada pelos gerenciadores de ativos, EDDL e FDT/DTM. Ainda, mostraremos as possibilidades da utilização dos softwares de gerenciamento de ativos no auxilio à manutenção preditiva.

Primeiramente, discutir-se-á sobre as duas principais tecnologias disponíveis no mercado para o gerenciamento dos ativos. O objetivo de ambas é a integração dos dispositivos de campo com os sistemas de controle e de gerenciamento de ativos através de drivers, que no caso são as DDs e as DTMs. Para compreender como essas tecnologias são relacionadas apresentaremos a seguir uma rápida descrição de cada uma delas.

O FDT (Field Device Tool) é a ferramenta, ou software, que concentra e compatibiliza as várias redes e tecnologias disponíveis em um sistema de gerenciamento de ativos. O software FDT se comunica com o dispositivo de campo adicionando drivers para cada tipo de dispositivos, os DTM (Device Type Managers). O DTM contém todas as informações sobre os recursos dos dispositivos e como as mesmas devem ser visualizadas, garantindo assim uma padronização de como será a visualização do DTM independente de qual seja o software FDT. O DD (Device Description) e, o mais recente, EDDL (Enhanced Device Description Language) são uma tecnologia similar ao DTM, contendo todas as informações sobre os recursos dos dispositivos, porém apesar de grandes avanços, a visualização dessas informações ainda depende do software em que a EDDL está instalada. Com a utilização de gerenciamento de ativos é possível ter o acesso a funções de diagnóstico e configurações avançadas que são muito importante para a correta parametrização e otimização do processo, além de alterar, armazenar, comparar e transferir as configurações dos instrumentos. Tarefas como alterar os valores de range, damping e o display de LCD podem ser feitos de forma rápida e fácil, tudo sem a necessidade de ir ao campo. Devido ao crescente aumento da tecnologia dos dispositivos de campo, estes possuem grande quantidade de análises e diagnósticos automáticos. Porém, não os tendo ligados em rede e sendo constantemente analisados pelo gerenciamento de ativos, todos esses diagnósticos ficam confinados no instrumento, não informando à manutenção possíveis falhas do instrumento.

Assim, é possível monitorar vários instrumentos no campo sem a necessidade de ir até o instrumento verificar a sua integridade e status, pois o sistema de gerenciamento de ativos disponibiliza essas informações ao usuário. Com esse preceito a manutenção deixa de ser corretiva (espera ocorrer o problema) ou preventiva (verificação periódica do estado do equipamento) e se torna pró-ativa (o sistema avisa autonomamente a existência de um problema), auxiliando na manutenção dos instrumentos antes que operadores detectem o problema nos mesmos.

2.2 A importância do gerenciamento de ativos em refinarias de petróleo Em uma refinaria de petróleo a segurança das pessoas e do meio ambiente são tão importantes quanto a integridade e confiabilidade dos equipamentos e processos. Espera-se que as ferramentas e tecnologias utilizadas por uma unidade atendam todos os requisitos técnicos necessários, sejam eles confiabilidade, integridade, eficiência ou durabilidade. Não seria diferente com as pessoas e o meio ambiente. Esses são os maiores ativos de uma refinaria e devem ser, indubitavelmente, preservados e resguardados. Pelos motivos citados acima, são crescentes e imensuráveis o interesse e o investimento em novos métodos e tecnologias que atendam a todos esses requisitos. As ferramentas de diagnósticos avançados em válvulas de controle e sistemas de gerenciamento de ativos vêm ao encontro dessa necessidade. Como já comentado anteriormente, essa tecnologia possibilita uma manutenção pró-ativa, coleta de diversas informações sobre os equipamentos e sistemas, criação de um histórico e banco de dados. Com todas essas possibilidades, os ganhos para a refinaria são muitos. As informações e diagnósticos são muito mais rápidos e precisos, o planejamento das intervenções muito mais eficientes, o tempo das manutenções

e de indisponibilidade dos equipamentos e sistema extremamente menores, a redução da exposição do trabalhador aos riscos inerentes de uma unidade de processamento de petróleo ou seus derivados, redução acentuada do índice de retrabalho e a minimização de erros humanos. Como todo processo de atualização tecnológica, o objetivo da modernização precisar estar devidamente certificado pelos órgãos competentes e ter sido previamente testados em condições, no mínimo, com mesma severidade do local definitivo de sua implantação. Uma vez esses requisitos já atendidos, as refinarias de petróleo passaram a adotar essas ferramentas de diagnósticos avançados e de gerenciamento de ativos já há alguns anos. O resultado é claro: redução de custos operacionais e incremento do nível de segurança dos empregados e do meio ambiente.

Podemos citar, também, o fortalecimento da relação entre manutenção e operação. Aquele preconceito inicial da operação quanto a confiabilidade das informações dessas ferramentas e o desconhecimento das mesmas hoje não existe mais. Com os benefícios providos por essa tecnologia a esses próprios funcionários e os resultados cada vez mais positivos trazidos aos sistemas de produção, a cultura de sistemas de gerenciamento de ativos passou a integrar não somente os técnicos executantes, mas também os seus clientes internos.

Finalmente, citamos a importância da tecnologia de diagnósticos avançados e sistemas de gerenciamento de ativos para os grupos responsáveis pelo planejamento das chamadas “paradas”. Esta palavra designa o processo onde uma unidade de processamento de derivados de petróleo interrompe suas atividades de produção para reforma, correções necessárias, modernizações e ampliações. Visto que esse tempo de interrupção deve ser o menor possível – para entender o motivo, basta saber que a cada hora da unidade parada além daquela programada representa elevadas perdas – o planejamento deve ser o mais eficaz possível. Esse é outro cenário onde o gerenciamento de ativos vêm se destacando devido aos diversos recursos que ela provem.

2.3 Caso de Sucesso

A Refinaria de Paulínia sabe da importância de planta digital e utiliza posicionadores inteligentes, software de gerenciamento de ativos e sistema de controle digital. Desde 2004 um dos sub-processos de produção de hidrogênio é controlado por uma válvula de controle inteligente. Como esperado, devido ao tempo de utilização foi detectado passagem de hidrogênio quando totalmente fechada, e com isso eliminando gás ácido para a tocha, ou seja, gerando desperdício.

Trata-se de uma válvula de controle inteligente tipo globo 3”, a qual é responsável pela proteção de pressão alta do gás do HDT U-283 (H2 com alta concentração de H2S), sendo que a mesma deve desviar para a tocha esse gás em eventual elevação de pressão da unidade de hidrotratamento. Desse modo, deve permanecer fechada durante operação normal da unidade. Ainda, o mau funcionamento dessa válvula causa grande impacto ambiental, financeiro e operacional como a queima de gás contaminado com H2S, perda de gás em decorrência da passagem indevida pela válvula – que deverá ser reposto pela unidade de geração de H2 (UGH) - e risco de TRIP do HDT devido a despressurização da unidade.

Inicialmente verificou-se que a válvula apresentava passagem de gás (H2 com alto teor de H2S) para a tocha. Com o uso dos softwares de diagnósticos de instrumentos de campo foi executada uma análise da assinatura da válvula conforme figura 1.

-0.5 0 0.5 1.0 1.5-5

5

15

25

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1st2nd

Best Fit

X: 1.58Y: 27.68

Clo

sed

Figura 1. Assinatura da válvula ao ser solicitada a manutenção.

Observou-se que o curso da válvula estava entre 0,23 e 0,98 polegadas, enquanto o curso de

projeto e esperado da válvula seria de 0 a 1,125 polegadas. Com esse diagnóstico fica claro que a válvula não estava excursionando por todo o curso projetado, como mostrado na Figura 2. Após análise do comportamento gráfico, a solução foi substituir os elementos internos da válvula e calibrá-la remotamente através do software de gerenciamento de ativos.

-0.5 0 0.5 1.0 1.5-5

0

5

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30

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1st2ndBest Fit1st PV-28026B 12 Mar 2007 15:02:002nd PV-28026B 12 Mar 2007 15:02:00

X: 1.57

Y: 25.16

PV-28026B 12 Mar 2007 15:22:45

Clo

sed

Figura 2. Comparação curso verificado vs projetado.

Agora a válvula completa o seu curso total. Todavia, a passagem de gás pela PV-28026B ainda existe. Qual o próximo passo? Através das ferramentas de diagnóstico comparamos os gráficos de assinatura, aquele após a troca dos internos e o de “nascimento” da válvula. O resultado obtido é ilustrado na figura 3.

Figura 3. Comparação assinatura de fábrica e após calibração

Pressão vs Tempo.

Observou-se que o Bench Set (atuação da mola) de “nascimento” era de 6 a 15 PSI. A assinatura atual da válvula indicava um Bench Set de 4 a 15 PSI, ou seja, deixou-se de aplicar um força de fechamento de 62 Kgf. Dessa forma, a força gerada pela pressão do processo era então suficiente para vencer aquela aplicada pela mola. Finalmente, após o ajuste do Bench Set obteve-se o comportamento ilustrado na figura 4.

-0.5 0 0.5 1.0 1.5-5

0

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20

25

30

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si)

1st2ndBest Fit

X: 1.50Y: 25.20

Clo

sed

Figura 4. Assinatura da válvula concluída a manutenção.

2.4 Quantificação dos Benefícios A passagem que a válvula estava apresentando, representava uma perda de hidrogênio de 43.200 Nm³ por dia que significa aproximadamente US$ 6.500,00 por dia ou US$ 2 milhões por ano. Ainda, foi eliminada a queima indevida de gás contaminado com H2S, evitando o impacto indesejado ao meio-ambiente.

3. CONCLUSÃO

A obtenção de benefícios operacionais em plantas digitais deve-se a implementação de alta tecnologia em sistemas de controles, instrumentos inteligentes e principalmente em válvulas de controles utilizando o recurso de diagnóstico avançado e gerenciamento de ativos, obtendo assim o mínimo custo/desperdício e retrabalho, o aumento do lucro, maiores níveis de segurança e preservação do meio ambiente.

Referências Bibliográficas Chaya, Heitor; Braghetto, Michel; Souza, Claudinei, Redução de Custos Operacionais Através de Diagnósticos Avançados em Válvulas de Controle e Sistema de Gerenciamento de Ativos, Revista Controle & Instrumentação, São Paulo, janeiro 2008, ano 10 – Nº 133, págs. 80 e 81 Braghetto, Michel; Siqueira, Tonny, Benefícios conseguidos com o uso de softwares de gerenciamento de ativos na REPLAN, 1° Congresso de Instrumentação, Controle e Automação da Petrobras, São Paulo, maio 2008 Site oficial da tecnologia FDT/DTM, http://www.fdt-jig.org Site da Hart Communication Foundation, http:/ /www.hartcomm2.org

Site oficial da linguagem EDDL, http:/ /www.eddl.org/

Dados dos Autores Heitor Hiroshi Chaya Yokogawa América do Sul Av. Ceci, 1500, Tamboré Barueri - São Paulo Telefone: (11) 3513-1412 Fax: (15) 3513-1425 Email: heitor.chaya@br.yokogawa.com Michel Pongelupi Braghetto REPLAN Rodovia SP 332, km 132 Paulinia - SP Telefone: (19) 2116-6744 Fax: (19) 2116-6821 E-mail: braghetto@petrobras.com.br