PLANEJAMENTO DE GASODUTOS - roncada.synthasite.comroncada.synthasite.com/resources/PLANEJAMENTO DE...

Abastecimento – Logística

PLANEJAMENTO DE GASODUTOS

CONSIDERAÇÕES OPERACIONAIS

Abril 2007

Pedro Roncada Borges Consultor de Negócio

AB-LO

Publicação autorizada pela Petrobras - Gerência Executiva de Abastecimento-Logística - Documento AB-LO 08/2009, 29/09/2009

PLANEJAMENTO DE GASODUTOS CONSIDERAÇÕES OPERACIONAIS

ÍNDICE

1. OBJETIVO 1

2. MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE GASODUTOS 1

3. DEFINIÇÕES 1

4. RELAÇÕES BÁSICAS

2

5. FATOR DE UTILIZAÇÃO MÁXIMO

11

6. CONCLUSÕES 14

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 14

ANEXO I 15

ANEXO II 17

ANEXO III 18


1

PLANEJAMENTO DE GASODUTOS CONSIDERAÇÕES OPERACIONAIS

1. OBJETIVO Este documento tem por objetivo fundamentar a conveniência, sob o ponto de vista operacional, da adoção de um fator de utilização máximo para fins de planejamento de novos gasodutos ou ampliações de gasodutos existentes, a exemplo do procedimento tradicional de planejamento de oleodutos em que se usa um fator de utilização máximo de 0,85. 2. MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO DE GASODUTOS O Anexo I mostra os fatos básicos e as dificuldades enfrentadas para o dimensionamento de gasodutos. O Anexo II mostra os diversos métodos para o dimensionamento de gasodutos, aqui resumidos:

a) Pelo pico de demanda, em regime permanente;

b) Pela demanda média, acrescida de um fator de experiência, em regime permanente;

c) Pelo perfil de demanda, em regime transiente.

Notar que no gasoduto Bolívia/Brasil o segundo método foi usado na fase de planejamento e projeto conceitual e o terceiro foi usado na fase de projeto básico e detalhamento. Neste estudo que visa fundamentar a adoção de um fator de utilização máximo para fins de planejamento de novos gasodutos, o que corresponde a um acréscimo de um fator de experiência, será focado apenas o segundo deles. 3. DEFINIÇÕES Para melhor compreensão dos conceitos que serão apresentados seguem-se as definições de alguns termos básicos utilizados neste documento: Demanda Média (DM): valor médio anual do consumo diário do mercado atendido pelo gasoduto; Demanda Máxima Horária (DMH): maior valor observado ou previsto para o consumo do mercado atendido pelo gasoduto, no período de uma hora; Capacidade Máxima de Transporte (CMT): vazão diária do gasoduto, em regime permanente, considerando-se na origem a pressão máxima de operação e no destino a pressão mínima de entrega do gás; Fator de Utilização (FU): relação entre a demanda média do mercado e a capacidade máxima de transporte do gasoduto. Mede a utilização da capacidade instalada; Fator de Carga (FC): relação entre a demanda média e a demanda máxima horária, que mede a flutuação de demanda do mercado atendido pelo gasoduto. É uma característica individual de cada mercado;


2

Tempo de Sobrevivência (TS): tempo para que se atinja a pressão mínima em qualquer ponto de entrega de gás, contado a partir do momento da ocorrência de uma perturbação transiente no fluxo, seja por diminuição do suprimento ou por aumento de demanda. É função das condições no momento da ocorrência, sendo máximo quando a pressão na origem for a pressão máxima de operação do gasoduto; Empacotamento (E): quantidade de gás contida no gasoduto em uma dada condição de operação. É função do perfil de pressões ao longo do gasoduto; 4. RELAÇÕES BÁSICAS Em condições normais de operação, o suprimento de gás para os gasodutos normalmente sofre pequenas variações no tempo. Por outro lado, a demanda pode apresentar grandes variações no tempo, dependendo do mercado atendido. Essas variações podem ser horárias, diárias (principalmente em fins de semana) e sazonais (variações climáticas ou maior consumo quando do beneficiamento de produtos agrícolas em época de safra). Também, variações na situação geral da economia normalmente podem influenciar o nível de atividade industrial provocando alteração do perfil de demanda (criação ou eliminação de terceiro turno à noite). Cada mercado apresenta um perfil característico de demanda, dependendo do número de consumidores atendidos, do tipo de utilização do gás (residencial, comercial ou industrial) e do regime contínuo ou intermitente de consumo (picos em horas de cozimento de refeições, partida de grandes equipamentos nas primeiras horas de um dia útil, desligamento de equipamentos durante a noite). Notar que não se pode aplicar o conceito de diversidade (não simultaneidade dos picos individuais) quando se conta com um pequeno número de consumidores. Variações importantes na demanda podem ser provocadas por grandes consumidores em paradas programadas de plantas petroquímicas ou de fertilizantes, onde o gás é insumo no processo produtivo e também consumido como energético, ou por operação intermitente de usinas termoelétricas de reserva no sistema elétrico, onde o gás é usado como fonte de energia. Quando o mercado é predominantemente industrial, o sistema de transporte tem que ter capacidade de atender as variações de demanda sem que a pressão nos pontos de entrega caia a níveis abaixo dos garantidos nos contratos de transporte ou de compra e venda de gás natural. Isto é particularmente importante em sistemas que só disponham de um pólo de suprimento e não disponham de armazenagem junto aos centros de consumo, contanto apenas com a capacidade do gasoduto armazenar gás pela elevação do perfil de pressões, que é o caso considerado na análise a seguir admitindo-se suprimento constante e demanda variável. Admita-se um gasoduto operando em regime permanente, com vazão igual à demanda média do mercado. No tempo zero, quando o empacotamento é EI,


3

passa a atender continuamente um consumo igual à demanda máxima horária, sem que o suprimento de gás seja alterado. Como a retirada é maior que a entrada de gás no gasoduto, o nível de pressões sofre um abaixamento ao longo do tempo até atingir, no tempo de sobrevivência, quando o empacotamento é EF, a pressão mínima de entrega de gás no destino. As figuras a seguir permitem visualizar o acima descrito:

Notar que a pressão no ponto de entrega sofre inicialmente uma queda abrupta pela variação brusca da demanda. A despressurização do gás acumulado começa então a aumentar paulatinamente a vazão, do final para o início do

DMH

Pressão Mínima

Dem

anda

DM

t=0 t=TS

Pre

ssão

de

entre

ga

Tempo

Pressão Máxima de Operação

Pressão Mínima de Entrega

Condição Final (EF)

Condição Inicial (EI) t=0

t=TS

Pre

ssão

Comprimento


4

gasoduto, e a variação da pressão de entrega com o tempo vai diminuindo gradativamente. Para o mercado: FC = DM / DMH Para o gasoduto: FU = DM / CMT Portanto: DM = FU.CMT e DMH = FU.CMT / FC A variação percentual da demanda em relação à demanda média DM, que ocorre no tempo zero, é dada por:

1FC1

DMDMDM/FC

DMDM-DMH%DM −=

−==

A variação percentual da demanda em relação à capacidade máxima de transporte CMT, que ocorre no tempo zero, é dada por:

1FCFU

CMTCMTFU.CMT/FC

CMTCMT-DMH%CMT −=

−==

Notar que sempre que o fator de utilização for maior que o fator de carga a nova vazão DMH é maior que a capacidade máxima de transporte. A quantidade de gás retirada do gasoduto é a diferença dos empacotamentos EI e EF e também corresponde à variação de consumo multiplicada pelo tempo de sobrevivência, ou seja, EI – EF = (DMH – DM) TS.

Portanto: 1).FU.CMT(1/FC

EFEITS−−

=

Dessa equação pode-se inferir qualitativamente que:

a) Para fator de carga igual a 1, ou seja, demanda máxima horária igual à demanda média, o tempo de sobrevivência é infinito, o que é lógico, pois o gasoduto continua a operar no regime permanente;

b) Para um gasoduto operando na capacidade máxima de transporte o

tempo de sobrevivência é nulo por já se estar operando na pressão mínima de entrega e, portanto com empacotamento inicial igual ao final.

c) Para um mesmo fator de carga, quanto maior o fator de utilização

menor o tempo de sobrevivência; d) Para um mesmo fator de utilização, quanto menor o fator de carga

menor o tempo de sobrevivência; e) Quanto maior o empacotamento na condição inicial, ou seja, quanto

maior a pressão na origem do gasoduto, maior o tempo de sobrevivência.

f) Um aumento da pressão mínima de entrega, após a entrada em

operação do gasoduto, resultará num maior empacotamento na condição final e, portanto em um menor tempo de sobrevivência do que o do projeto original.


5

A determinação do tempo de sobrevivência não é tão simples como aparenta a expressão acima deduzida, pela dificuldade de se definir o empacotamento final por não se conhecer o perfil de pressões e vazões ao longo do gasoduto na condição final. Estes dependem das características individuais de cada gasoduto (diâmetro, comprimento, perfil geométrico e rugosidade interna) e do gás que está sendo transportado (densidade e viscosidade), sendo necessário o uso de um simulador de gasodutos operando em regime transiente. Neste estudo foram utilizados três diferentes simuladores, considerando-se os gasodutos divididos em apenas 10 secções de mesmo comprimento para agilizar o cálculo, que utilizam diferentes métodos explícitos para a solução numérica dos sistemas de equações diferenciais parciais não lineares que descrevem o regime transiente em gasodutos operando em fluxo isotérmico: • V Nó: utiliza o método dos volumes dos nós, apresentado na referência [1],

adaptado pelo autor para considerar a variação do fator de compressibilidade com a pressão, ao longo do gasoduto e do tempo;

• DF: utiliza o método de diferenças finitas, apresentado na referência [2],

adaptado pelo autor para considerar a variação do fator de compressibilidade com a pressão, ao longo do gasoduto e do tempo;

• CAR: utiliza o método das características, apresentado na referência [3],

adaptado pelo autor para considerar a variação do fator de atrito e do fator de compressibilidade ao longo do gasoduto.

Para exemplificar de forma quantitativa o que foi exposto acima, para os seguintes dutos horizontais hipotéticos foi simulado o regime transiente, utilizando-se o primeiro método, permitindo calcular os tempos de sobrevivência para diversos fatores de carga e de utilização:

Diâmetro, in Comprimento, km CMT, m3/dia 10 100 1.000.889 10 200 704.042 20 100 6.084.377 20 200 4.286.857

Em todos os gasodutos foram considerados: gás natural com densidade específica em relação ao ar de 0,65; duto com rugosidade relativa de 0,0018”, temperatura de operação de 25°C; pressão máxima de operação de 50 kgf/cm2 man; e uma pressão mínima de entrega de 20 kgf/cm2 man. O regime permanente inicial foi calculado com a pressão na origem igual à pressão máxima de operação e, portanto os tempos de sobrevivência calculados são os máximos para cada situação estudada. Foram considerados os fatores de utilização de 0,85, 0,90, 0,95 e 0,99 e os fatores de carga de 0,50 a 0,995, para cada caso estudado. As figuras a seguir mostram as relações entre DMH e DM e entre DMH e CMT:


6

Relação entre DMH e DM

1,0

1,1

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

1,7

1,8

1,9

2,0

0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1

Fator de Carga

DM

H /

DM

Relação entre DMH e CMT

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,95 1

Fator de Carga

Fator de Utilização

DM

H /

CM

T

0,85 0,9 0,95 0,99 Notar que sempre que o fator de utilização for maior que o fator de carga a nova vazão DMH é maior que a capacidade máxima de transporte. Pode-se verificar pelas figuras a seguir, que mostram os tempos de sobrevivência calculados para cada caso estudado, que as quatro primeiras inferências qualitativas feitas a partir da equação deduzida para o tempo de sobrevivência são válidas.


7

Tempo de Sobrevivência

0,01

0,1

1

10

100

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Fator de Carga


Tem

po, h

0,85 0,9 0,95 0,99

Diâmetro Interno: 20" - Comprimento: 200 km


0,01

0,1

1

10

100

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Fator de Carga


Tem

po, h

0,85 0,9 0,95 0,99



8


0,001

0,01

0,1

1

10

100

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Fator de Carga


Tem

po, h

0,85 0,9 0,95 0,99



0,01

0,1

1

10

100

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Fator de Carga


Tem

po, h

0,85 0,9 0,95 0,99


Para testar a quinta inferência qualitativa, para o gasoduto de 20” – 100 km foi fixado o fator de utilização em 0,9 e variou-se a pressão na origem. A figura a seguir mostra o resultado que confirma aquela inferência:


9

Tempo de SobrevivênciaFator de Utilização = 0,9

0,01

0,1

1

10

100

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Fator de Carga

Pressão Inicial, kgf/cm2 man

Tem

po, h

50 49 48


Para testar a última inferência qualitativa, para o gasoduto de 20” – 100 km foi fixado o fator de utilização em 0,9 e variou-se a pressão mínima de entrega. A figura a seguir mostra o resultado que confirma aquela inferência:


0,01

0,1

1

10

100

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Fator de Carga

Pressão Mínima de Entrega, kgf/cm2 man

Tem

po, h

20 25


Das figuras acima, adicionalmente, pode-se concluir que:

a) É possível atender, por determinados períodos de tempo, demandas maiores que a capacidade máxima de transporte, quando o fator de carga é menor que o fator de utilização. Esses períodos decrescem com o aumento do fator de utilização;


10

b) Para linhas de mesmo diâmetro com comprimentos diferentes, que operem à mesma pressão média e com os mesmos fatores de carga e de utilização máximo, quanto maior o comprimento maior o tempo de sobrevivência;

c) Para linhas de mesmo comprimento com diâmetros diferentes, que

operem à mesma pressão média e com os mesmos fatores de carga e de utilização máximo, quanto maior o diâmetro menor o tempo de sobrevivência;

A primeira das conclusões acima aparentemente está errada, pois se está atendendo uma demanda maior que a capacidade que o gasoduto pode transportar. Entretanto, isto é possível porque somente a extremidade do gasoduto próxima ao destino está transportando vazões maiores, sendo o acréscimo de gás demandado suprido pela expansão do gás empacotado no gasoduto. Para facilitar a visão sobre as duas ultimas conclusões, a figura a seguir mostra os tempos de sobrevivência para os quatro dutos estudados, fixando-se o fator de utilização em 0,9:


0,01

0,1

1

10

100

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Fator de Carga

Diâmetro X Comprimento

Tem

po, h

10" - 100 km 10" - 200 km 20" - 100 km 20" - 200 km

As duas últimas conclusões aparentemente não são intuitivas, pois ocorrem maiores perdas de pressão em gasodutos mais longos ou de menor diâmetro e, consequentemente, a pressão mínima de entrega deveria ser atingida mais rapidamente. Entretanto, a intuição é válida somente quando se trabalha com variações absolutas de vazão, o que não é o caso deste estudo em que se lida com variações relativas de vazão, como mostrado a seguir:


11

Para dois gasodutos, que operem com o mesmo gás natural e os mesmos fatores de carga e de utilização, tem-se:

1

111 1).FU.CMT(1/FC

EFEITS

−−

= e 2

222 1).FU.CMT(1/FC

EFEITS

−−

=

Portanto: 2

1

11

22

1

2

CMTCMT

EFEIEFEI

TSTS

⋅−−

=

Para dois gasodutos, que operem com o mesmo gás natural e nas mesmas pressões e temperaturas médias, tem-se:

0,51

2,51

1 L D

α CMT e

0,52

2,52

2 L D

α CMT

Para dois gasodutos, que operem com o mesmo gás natural e nas mesmas pressões e temperaturas médias na condição inicial, e admitindo-se as mesmas pressões e temperaturas médias na condição final, tem-se: Empacotamento inicial: 1

211 LD β EI e 2

222 LD β EI

Empacotamento final: 1211 LD γ EF e 2

222 LD γ EF

Diferença de empacotamentos: 12111 LD ψ EF -EI e 2

2222 LD ψ EF -EI

Substituindo-se as expressões da capacidade máxima de transporte e da diferença dos empacotamentos na relação dos tempos de sobrevivência dos dois gasodutos é obtida a expressão que justifica as duas últimas conclusões:

1,5

1

20,5

2

1

1

2

LL

DD

TSTS

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ϕ

5. FATOR DE UTILIZAÇÃO MÁXIMO Evidentemente, um sistema de transmissão estará operando de modo ótimo se apresentar altos fatores de carga e de utilização. Na maioria dos casos, tem-se que atender mercados com demandas que podem sofrer grandes variações, o que implica em baixos fatores de carga e, consequentemente em limitações na utilização máxima do gasoduto, dependendo do tempo de duração dos picos de demanda. O perfil de demanda é uma característica do mercado a ser atendido e, normalmente, não se pode alterá-lo. O que é tradicionalmente usado para melhorar o fator de carga do gasoduto é instalar junto ao ponto de consumo algum tipo de armazenamento de gás, para diminuir a magnitude das variações da vazão transportada. Nos períodos de pico de consumo parte da demanda do mercado é suprida com o gás armazenado. Nos períodos de menor consumo gás é acumulado no armazenamento. Estas instalações têm geralmente um alto custo de investimento e de operação. Havendo condições, também se procura desenvolver consumidores-pulmão que consomem o gás nos períodos de baixo consumo e deixam de fazê-lo nos períodos de pico. Estes consumidores normalmente recebem um desconto no preço do gás. Em países onde a


12

indústria do gás natural está convenientemente regulada os contratos de transporte ou de compra e venda de gás natural costumam prever penalidades para o usuário que apresentar baixos fatores de carga, ou seja, grandes variações na quantidade transportada ou consumida, em base diária, mensal e anual. No entanto, a grande maioria dos sistemas de transmissão de gás conta apenas com a capacidade de empacotamento de gás nos dutos pelo aumento do perfil de pressões, capacidade esta que só existirá na fase final de operação se for prevista na fase de planejamento, com a aplicação de um fator máximo de utilização no seu dimensionamento. A SNAM PROGETTI, firma projetista pertencente ao grupo Ente Nazionale Idrocarburi – ENI, desenvolveu um projeto básico para o gasoduto Bolívia/Brasil na década de 80. Neste projeto básico foi adotado um fator máximo de utilização de 0,95 para o dimensionamento do gasoduto. Assumindo este fator máximo de utilização de 0,95 e um fator de carga de 0,75, típico para mercados predominantemente industriais, foram calculados os tempos de sobrevivência, pelos três métodos de simulação do regime transiente acima citados, e a demanda máxima média passível de ser atendida para os quatro gasodutos hipotéticos estudados. A tabela a seguir mostra os resultados:

Tempo de Sobrevivência, h in - km Demanda Média

Máxima, m3/dia V Nó DF CAR 10 – 100 950.845 0,22 0,17 0,18 10 - 200 668.840 0,63 0,49 0,50 20 – 100 5.780.158 0,15 0,12 0,12 20 - 200 4.072.514 0,42 0,33 0,32

Deve-se notar que estes tempos de sobrevivência referem-se a vazões de pico cerca de 27% maiores que a capacidade máxima de transporte e cerca de 33% maiores que a demanda média dos gasodutos. O Anexo III mostra que a ENI adota o critério de dimensionar suas linhas principais de transmissão de gás usando a demanda média diária prevista acrescida de cerca de 10%, o que corresponde a um fator máximo de utilização de cerca de 0,909. Assumindo um fator máximo de utilização de 0,9 e o mesmo fator de carga de 0,75, típico para mercados predominantemente industriais, foram calculados os tempos de sobrevivência, pelos três métodos de simulação do regime transiente acima citados, e a demanda máxima média passível de ser atendida para os gasodutos estudados. A tabela a seguir mostra os resultados:

Tempo de Sobrevivência, h in - km Demanda Média

Máxima, m3/dia V Nó DF CAR 10 – 100 900.800 0,81 0,76 0,74 10 - 200 633.638 2,29 2,14 2,07 20 – 100 5.475.939 0,53 0,5 0,49 20 - 200 3.858.171 1,51 1,41 1,33


13

Deve-se notar que estes tempos de sobrevivência referem-se a vazões de pico cerca de 20% maiores que a capacidade máxima de transporte e cerca de 33% maiores que a demanda média dos gasodutos. Verifica-se que a aplicação do segundo critério praticamente quadruplicou os tempos de sobrevivência reduzindo a demanda média máxima em apenas 5,3%. Sob o ponto de vista operacional este segundo critério aparenta ser mais razoável. Deve-se destacar que o sistema da ENI na Itália conta com redes altamente interligadas, com diversos pontos de armazenamento de gás em reservatórios depletados, bem como armazenamento de gás sob a forma de GNL. Possivelmente, a responsabilidade da ENI em suprir e transportar gás para todo o mercado italiano faz com que projete para si de forma mais segura do que quando projeta para outros. Nas figuras a seguir pode-se visualizar a evolução do empacotamento e da pressão no ponto de entrega em função do tempo para o duto de 10” – 200km, segundo os três métodos de cálculo do transiente.

Empacotamento em Função do TempoFU = 0,9 e FC = 0,75

420

425

430

435

440

445

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Tempo, s

Empa

cota

men

to, m

il m

3 @

20°

C e

1

atm

V Nó DF CAR


Pressão Final em Função do Tempo

FU = 0,9 e FC = 0,75

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Tempo, s

Pres

são

Fina

l, kg

f/cm

2 m

an.

V Nó DF CAR



14

Pode-se verificar o comportamento linear da variação do empacotamento com o tempo como era esperado em virtude da diferença constante entre demanda e suprimento. Também, se pode verificar que o comportamento da variação da pressão final é o descrito inicialmente. 6. CONCLUSÕES Pelo acima exposto, de modo a se ter tempos de sobrevivência adequados, sob o ponto de vista operacional, pode-se concluir que:

a) É conveniente que seja adotado de forma sistemática no planejamento de novos gasodutos, ou ampliação dos existentes, um fator de utilização máximo de 0,9 em sistemas que tenham somente um ponto de suprimento e não disponham de armazenamento de gás, ou seja:

0,9 DM

FU DM CMT

max

=≥

b) É conveniente que, na contratação de novos consumidores para os

sistemas existentes desse tipo, a demanda média seja limitada a um valor equivalente a 90% da capacidade máxima de transporte do sistema;

c) Deve-se operar o gasoduto na maior pressão possível no ponto de

suprimento de gás;

d) Deve-se garantir a menor pressão possível nos pontos de entrega;

e) Deve-se evitar o aumento da pressão mínima de entrega acima do valor considerado no projeto original em dutos já em operação, para permitir a entrada de novos consumidores que assim o solicitem. Deve-se apenas garantir a pressão prevista no ponto de entrega com o duto operando na capacidade máxima de transporte, em regime permanente;

f) É desejável que os contratos de transporte e de compra e venda de gás

natural prevejam penalidades para baixos fatores de carga, em base diária, mensal e anual, ou que ofereçam incentivos, via menor preço do serviço ou do gás, para os usuários ou compradores com altos fatores de carga.

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1 Kumar, S., “Gas Production Engineering”, pp 573 a 576, Gulf Publishing Co., 1987

2 Santos, L.A, Tedeschi, C. M. C. e Dona J.A., “Analisis de Flujo Transitorio en la Conduccion de Gas Natural por Cañerias”, 1er Congreso Nacional de Hidrocarburos – Petroleo y Gas, Buenos Aires, Argentina, 1982

3 Wylie, E.B., Streeter, V.L. e Suo L.,“Fluid Transients in Systems”, pp 363 a 373, PrenticeHall, New Jersey, 1993.


15

ANEXO I DIMENSIONAMENTO DE GASODUTOS

Excertos de: Kumar S., Gas Production Engineering, pp 580 a 581, Gulf Publishing Co., 1987 Normalmente, calcula-se o diâmetro econômico de um gasoduto para uma dada capacidade nominal. Mas, com o diâmetro econômico escolhido, pode-se ter uma operação mais econômica diferente da capacidade nominal. Este é um ponto interessante a notar sobre gasodutos: a vazão ótima de operação pode não ser a mesma para a qual o diâmetro econômico foi escolhido. É relativamente fácil estimar o diâmetro e a vazão ótimos de um gasoduto singelo. Entretanto, isto é muito complexo para um sistema de transmissão de gás que inclua vários poços, produtores e armazenadores, e uma vasta rede de gasodutos de diferentes diâmetros, comprimentos e vazões. Dimensionar fisicamente um sistema deste tipo para atender às necessidades já é tarefa difícil. A consideração de fatores econômicos torna essa tarefa ainda mais complexa. Quando tratamos de recursos naturais esgotáveis, tais como o gás natural, logo se verifica que especificar as vazões de transporte para o dimensionamento do sistema é uma tarefa difícil. Alguns fatores importantes para o dimensionamento de sistemas de transmissão de gás são:

• Suprimento disponível de gás: reservas e produção atuais, crescimento da disponibilidade devido ao desenvolvimento de campos e/ou novas descobertas;

• Crescimento da demanda: a influência econômica da variação dos

fatores de utilização tem que ser avaliada;

• Disponibilidade de capital

• Problemas técnicos ou exeqüibilidade de construção das linhas de transmissão, tais como dificuldades em aumentar a capacidade instalando uma linha em paralelo com as existentes.

As projeções de suprimento disponível e de demanda têm que levar em conta um vasto número de fatores que as influenciam. A previsão de disponibilidade tem que modelar os reservatórios para estimar a produção a partir das reservas conhecidas. Ela depende de informações geológicas para predizer o crescimento dessas reservas. Depende também do planejamento de desenvolvimento dos campos de produção, isto é, depende da alocação dos recursos humanos e materiais disponíveis entre os diversos projetos possíveis.


16

A previsão de demanda é ainda mais complexa, pois lida com o crescimento global da economia, ou mesmo local em casos específicos, consumo esperado de energia, padrões de consumo, participação do gás na matriz energética do país ou região, preço do gás e seu efeito na produção de gás, na penetração de gás no mercado e na sua utilização, etc. As previsões de disponibilidade e de demanda raramente são acuradas e tem-se que se basear no bom senso e, às vezes, na intuição. A disponibilidade de capital pode ser um limitante, principalmente para os projetos ambiciosos e muito grandes, aos quais é se levado para aproveitar o efeito de escala. Quanto maior o porte do projeto de um gasoduto menor o custo unitário da energia transportada. Problemas técnicos podem ser tão restritivos em alguns casos, resultando em alternativas que, embora sejam tecnicamente exeqüíveis, estão muitas vezes afastadas do dimensionamento ótimo. As duas principais características de um sistema de transmissão de gás que está operando de modo ótimo são: alto fator de carga e alto fator de utilização, assim definidos:

máxima horária vazãomédia vazãocarga de fator =

nominal capacidademédia demandautilização de fator =

Um alto fator de utilização será obtido se a demanda (e o suprimento) está próxima da capacidade nominal. O fator de carga pode ser aumentado pelo uso de armazenamento subterrâneo do gás ou pelo uso de algum tipo de reserva de gás, como, por exemplo, armazenamento de gás em alta pressão, para garantir um excesso de oferta durante a demanda de pico, ou, ainda, usando o próprio gasoduto como armazenamento pelo aumento do perfil de pressões. Um suprimento ininterrupto de gás para fazer frente a uma demanda variável é garantido considerando-se dois fatores: disponibilidade, definida como a fração do tempo total em que é alcançado um suprimento ininterrupto; e fator de reserva, que leva em conta as reservas de gás disponíveis, tais como linhas paralelas adicionais, armazenamento subterrâneo, empacotamento do gasoduto ou outros sistemas de suprimento em reserva. Quanto mais alta a disponibilidade menor é o fator de reserva requerido.


17

ANEXO II DIMENSIONAMENTO DE GASODUTOS

Excertos de: Richwine, T.E. e Schroeder, D.W., The Impact of System Capacitance on Gas Pipeline Facility, Society of Petroleum Engineers Gas Technology Symposium, Dallas, 1988 No projeto de facilidades para transmissão de gás natural, uma das considerações principais é assegurar uma capacidade adequada ao sistema. Isto significa potência de compressão e diâmetro dos gasodutos suficientes para garantir o sistema possa suprir em cada ponto de entrega a quantidade necessária em uma pressão adequada. Historicamente, isso tem sido realizado através do uso de metodologia de regime permanente, na qual as vazões são assumidas constantes com o tempo. Na realidade, entretanto, na maioria dos sistemas de transmissão as demandas de gás variam significativamente durante um período de 24 horas. Portanto, um componente essencial no projeto do sistema é a seleção de quais vazões utilizar no dimensionamento. Um primeiro método é usar a demanda máxima horária como base para o dimensionamento. Em princípio, isso resultará em um dimensionamento seguro, pois essa vazão representa a vazão máxima que será atendida e a metodologia de regime permanente assegura que essa vazão possa ser mantida indefinidamente. Mesmo nesse caso, é assumido que o gasoduto tem suficiente capacidade para atender vazões que possam exceder a média do pico horário máximo de demanda, em períodos de menos de uma hora. Um segundo método é usar a demanda média diária, inflacionando-a por um fator de experiência, para acomodar as vazões horárias. No caso desse fator de experiência ser menor que a relação entre a demanda máxima horária e a demanda média resultará em um menor investimento porque a vazão de projeto é menor. No entanto, esse dimensionamento é fortemente dependente da adequação desse fator. Evidentemente, esse fator deve ser baseado na comparação entre a demanda média diária, demanda máxima horária e a capacitância do sistema, que é a habilidade do gasoduto de armazenar gás internamente e fornecê-lo posteriormente. Um terceiro método é estimar as vazões em função do tempo e usar metodologia de regime transiente. Este método produzirá um dimensionamento adequado, mas esforços significantemente maiores são necessários para coligir e validar as informações necessárias. A metodologia de regime transiente com o uso do gás armazenado no sistema somente será vantajosa quando o sistema tiver suficiente capacitância.


18

ANEXO III DIMENSIONAMENTO DE GASODUTOS

Excertos de: Gás Natural - Perspectivas Econômicas e Tecnológicas, Seminário ENI/ARPEL, Volume III – Planificação Energética, pg. 85- Montevidéu – 1987. No dimensionamento da capacidade máxima de transporte do projeto deverá ser levada em conta a máxima previsão do programa de vendas, previamente elaborado. Em particular, para o sistema principal levar-se-á em conta um valor intermediário entre a demanda média diária e a demanda máxima horária, confiando na não simultaneidade dos picos de demanda dos diversos usuários atendidos e na contribuição da extração do gás em alta pressão no gasoduto para fazer frente aos picos de breve duração, de ordem horária. Em geral, a capacidade máxima de transporte é dimensionada cerca de 10% acima da demanda média diária, em primeira instância, tendo em conta o exposto acima.


PLANEJAMENTO DE GASODUTOS - roncada.synthasite.comroncada.synthasite.com/resources/PLANEJAMENTO DE...

Documents

Transcript of PLANEJAMENTO DE GASODUTOS - roncada.synthasite.comroncada.synthasite.com/resources/PLANEJAMENTO DE...