UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CURSO DE ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO

Projetos de Controle e Automação Aplicados à Indústria Petroquímica

Monografia submetida à Universidade Federal de Santa Catarina como requisito para a aprovação da disciplina:

DAS 5511 Projeto de Fim de Curso

Philipi Salvato Koerich da Silva

Florianópolis, Março de 2007

Projetos de Controle e Automac ao Aplicados aIndustria Petroquımica

Philipi Salvato Koerich da Silva

Esta monografia foi julgada no contexto da disciplina

DAS 5511: Projeto de Fim de Curso

e aprovada na sua forma final pelo

Curso de Engenharia de Controle e Automac ao Industrial

Banca Examinadora:

Giancarlo Smith da Silva

Orientador Empresa

Agustinho Plucenio

Orientador do Curso

Prof. Augusto Humberto Bruciapaglia

Responsavel pela disciplina

Prof. Julio Elias Normey Rico, Avaliador

Guilherme Antonio Mafra, Debatedor

Adriano Winter Bess, Debatedor

Agradecimentos

Em primeiro lugar, agradeço a Deus pelas possibilidades que me foram

oferecidas, pelos desafios que superei e pelas metas que pude atingir.

A minha família, que apesar da distância que nos separou durante estes

últimos meses, sempre me ofereceu suporte e apoio incondicionais, mesmo nos

momentos de desânimo.

Ao Giancarlo Smith da Silva e ao Carlos Alexandre Piccioni, pelos

valorosos ensinamentos que compartilharam comigo durante o período de estágio.

A todos da Chemtech Salvador, pela amizade e pelos momentos de

descontração.

Ao professor e orientador Daniel Juan Pagano e ao doutorando Agustinho

Plucenio, por tudo o que me ensinaram ao longo do curso e da minha participação

no programa PRH-34.

Aos colegas e amigos que conheci durante a minha vida acadêmica.

Ao corpo docente do Departamento de Automação e Sistemas, pelo ensino

de qualidade e pela grande contribuição para a minha vida profissional.

Agradeço ainda o apoio financeiro da Agência Nacional do Petróleo, Gás

Natural e Biocombustiveis-ANP e da Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP)

por meio do Programa de Recursos Humanos da ANP para o Setor do Petróleo e

Gás PRH-34 ANP/MCT.

Sumario

Lista de Figuras vii

1 Introduc ao 1

1.1 Chemtech - A Siemens Company . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1.1 A Historia da Empresa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1.2 As Areas de Atuacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.1.2.1 Simulacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1.2.2 Otimizacao e Controle Avancado . . . . . . . . . . . . . 3

1.1.2.3 Planejamento e Programacao da Producao . . . . . . . 3

1.1.2.4 ERP / MES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1.2.5 LIMS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1.2.6 Sintonia de Malhas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.1.2.7 Sistemas de Informacao - PIMS . . . . . . . . . . . . . 5

1.1.2.8 Automacao Indusrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.1.2.9 Engenharia Basica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1.2.10 Desenvolvimento de Software . . . . . . . . . . . . . . 6

1.1.3 Os Principais Clientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1.4 O Escritorio de Salvador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.2 A Sistematica de Investimentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.3 Organizacao deste Relatorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2 Documentac ao e Sintonia de Malhas de uma Unidade de Poliolefinas 13

2.1 Descricao das Malhas a Serem Controladas . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1.1 As Malhas de Alimentacao de Catalisador . . . . . . . . . . . . . 15

iv

2.1.2 As Malhas de Alimentacao de Agente Anti-estatico . . . . . . . . 17

2.1.3 As Malhas de Alimentacao de Compostos Organometalicos . . . 18

2.1.4 A Malha de Alimentacao de Tri-etil Alumınio . . . . . . . . . . . . 19

2.2 A Implementacao das Malhas de Controle . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.2.1 Controle de Alimentacao de Catalisador . . . . . . . . . . . . . . 21

2.2.2 Controle de Alimentacao de Agente Anti-estatico . . . . . . . . . 22

2.2.3 Controle de Alimentacao de Compostos Organometalicos . . . . 24

2.2.4 Controle de Alimentacao de Tri-etil Alumınio . . . . . . . . . . . 25

2.3 Algumas Observacoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3 Repotencializac ao da Instrumentac ao de um Compressor de Butadieno 28

3.1 Descricao das Atividades de Automacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4 Instalac ao de Valvulas de Isolamento de Grandes Invent arios 32

4.1 Descricao das Atividades de Automacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

5 Analise de Resultados do APC de uma Unidade de Arom aticos 37

5.1 Descricao do Processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

5.1.1 Processo de Extracao de Isopreno . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

5.1.2 Processo de Fracionamento de Aromaticos . . . . . . . . . . . . 39

5.1.3 Processo de Fracionamento de Nafta . . . . . . . . . . . . . . . 40

5.1.4 Processo de Reforma Catalıtica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

5.2 Os Objetivos do APC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

5.2.1 O APC do Processo de Extracao de Isopreno . . . . . . . . . . . 43

5.2.2 O APC do Processo de Fracionamento de Aromaticos . . . . . . 43

5.2.3 O APC do Processo de Fracionamento de Nafta . . . . . . . . . 43

5.2.4 O APC do Processo de Reforma Catalıtica . . . . . . . . . . . . 43

5.3 A Metodologia de Analise Utilizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

v

5.4 Os Calculos Realizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

5.4.1 Os Calculos para o Processo de Extracao de Isopreno . . . . . . 45

5.4.2 Os Calculos para o Processo de Fracionamento de Aromaticos . 45

5.4.3 Os Calculos para o Processo de Fracionamento de Nafta . . . . 46

5.4.4 Os Calculos para o Processo de Reforma Catalıtica . . . . . . . 47

5.5 Os Resultados Observados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

6 Conclus oes e Perspectivas 49

Bibliografia 51

Anexo A: Cronogramas das Atividades Desenvolvidas 52

vi

Lista de Figuras

1.1 Areas de atuacao da Chemtech. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2 Localizacao das empresas existentes no polo de Camacari. . . . . . . . 9

1.3 Metodologia de projeto adotada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.1 Representacoes esquematicas da estrutura do PEAD. . . . . . . . . . . 14

2.2 Selecao do modo de operacao dos reatores. . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.3 As malhas de alimentacao de catalisador. . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.4 Esquema de funcionamento de uma bomba do tipo diafragma. . . . . . 17

2.5 As malhas de alimentacao de agente anti-estatico. . . . . . . . . . . . . 18

2.6 As malhas de alimentacao de compostos organometalicos. . . . . . . . 19

2.7 As malhas de alimentacao de tril-etil alumınio. . . . . . . . . . . . . . . 20

2.8 Controle das malhas de alimentacao de catalisador. . . . . . . . . . . . 22

2.9 Controle das malhas de alimentacao de agente anti-estatico. . . . . . . 23

2.10 Controle de alimentacao utilizando uma linha. . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.11 Controle das malhas de alimentacao de compostos organometalicos. . 25

2.12 Controle das malhas de alimentacao de tri-etil alumınio. . . . . . . . . . 26

3.1 Representacao esquematica do compressor. . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.2 Logica 2oo3 para acionamento dos alarmes de nıvel. . . . . . . . . . . 31

3.3 Tela grafica de monitoramento do compressor. . . . . . . . . . . . . . . 31

4.1 Representacao esquematica da instalacao das valvulas. . . . . . . . . . 34

4.2 Logica de sinalizacao da condicao das valvulas. . . . . . . . . . . . . . 35

4.3 Esquema de representacao dos estados das valvulas. . . . . . . . . . . 36

4.4 Exemplo de tela de monitoramento do estado das valvulas. . . . . . . . 36

5.1 Representacao do processo de extracao de isopreno. . . . . . . . . . . 38

5.2 Representacao do processo de fracionamento de aromaticos. . . . . . 40

vii

5.3 Representacao do processo de fracionamento de nafta. . . . . . . . . . 40

5.4 Representacao do processo de reforma catalıtica. . . . . . . . . . . . . 42

A.1 Cronograma do Projeto do Capıtulo 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

A.2 Cronograma do Projeto do Capıtulo 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

A.3 Cronograma do Projeto do Capıtulo 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

A.4 Cronograma do Projeto do Capıtulo 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

viii

Capıtulo 1: Introduc ao

Este trabalho relata as atividades desenvolvidas pelo academico Philipi Salvato

Koerich da Silva durante o perıodo de estagio realizado na empresa Chemtech. Du-

rante este perıodo, o academico participou dos projetos de automacao dos clientes

da Chemtech do setor petroquımico, localizados no polo petroquımico de Camacari.

As atividades descritas neste relatorio iniciaram-se em Setembro/2006 e extenderam-

se ate Abril/2007. Os itens subsequentes deste capıtulo apresentam uma visao geral

da empresa, relatando sua historia, suas areas de atuacao e seus principais clientes.

Tambem e apresentada uma pequena descricao sobre o escritorio de Salvador, onde

o academico desenvolveu as atividades descritas neste relatorio. Em seguida, e des-

crita a metodologia desenvolvida nos projetos em que o academico participou. Por

fim, e apresentada a estrutura dos demais capıtulos deste relatorio.

1.1: Chemtech - A Siemens Company

1.1.1: A Hist oria da Empresa

A Chemtech e uma empresa 100% brasileira, fundada em outubro de 1989

por tres engenheiros quımicos formados pelo Instituto Militar de Engenharia. E uma

empresa que presta servicos de engenharia, seja por consultoria, projetos tecnicos

especializados ou desenvolvimento de software, e tambem fornece solucoes de en-

genharia e de tecnologia da informacao para as industrias de processo (oleo e gas,

petroquımica e quımica, metais e mineracao, papel e celulose e alimentos e bebidas).

Atualmente, ela conta com um efetivo superior a trezentos funcionarios, espalhados

por seus sete escritorios.

O primeiro cliente da Chemtech foi a Projetil, pequena empresa brasileira que,

na epoca, comercializava um equipamento para enchimento de granadas para a Rus-

sia. Em seguida, apareceu o primeiro projeto com a Petrobras: o desenvolvimento

do PETROX. Este projeto foi inovador pois tratava-se do desenvolvimento de um si-

mulador de processos estaticos sequencial modular que possui os principais recursos

presentes nos simuladores comerciais disponıveis no mercado internacional. O de-

senvolvimento do PETROX continua ate hoje, praticamente acompanhando toda a

trajetoria da Chemtech.

1

Em 1993, iniciou-se o projeto PETRONAV, projeto este que conscistia em sis-

tema de tempo real para posicionamento dinamico e navegacao para plataformas. Em

1999, a Chemtech comprou a EGS - Engineering Sciences, empresa esta que era, na

ocasiao, uma dos concorrentes da Chemtech. Com a aquisicao da EGS, ampliou-se o

desenvolvimento da empresa nas areas de MES - Manufacturing Execution Systems1

e PIMS - Process Information Management System2. Desta forma iniciou-se o projeto

de MES da CSN - Companhia Siderurgica Nacional.

Em 2001, foi inaugurada a filial da empresa em Sao Paulo, onde foi aberto um

escritorio. Tambem neste ano, 67% da Chemtech foram comprados pela Siemens,

passando a fazer parte do grupo que representa o segmento IS & IP - Industrial Solu-

tions and Services & Industrial Plants no Brasil. Em 2005, foram abertos os escritorios

de Salvador e de Belo Horizonte. Em 2006, foram abertos os escritorios de Manaus,

Houston (EUA) e Porto Alegre. Tambem neste ano, a Chemtech foi eleita a 3a melhor

empresa do Brasil para se trabalhar, segundo o instituto GPTW - Great Place to Work.

1.1.2: As Areas de Atuac ao

A figura 1.1 apresenta as areas de atuacao da Chemtech. Os itens subsequen-

tes apresentam uma breve descricao de cada uma destas areas e as oportunidades

encontradas em cada uma delas.

Figura 1.1: Areas de atuacao da Chemtech.

1Para mais informacoes, vide o item 1.1.2.4.2Para mais informacoes, vide o item 1.1.2.7.

2

1.1.2.1: Simulacao

A Chemtech atua em tres linhas de simulacao: simulacao de processos, fluido-

dinamica (CFD - Computational Fluid Dynamics) e de transientes hidraulicos. Tambem

realiza simulacoes durante a engenharia basica ate o controle avancado e a otimiza-

cao.

• Simulacao de processos - e bastante utilizada no projeto de novas unidades e

na otimizacao das unidades existentes;

• Simulacao fluidodinamica (CFD) - permite prever o comportamento de qualquer

fluido, indiferente ao tipo de ambiente. Suas aplicacoes sao cada vez mais im-

portantes para os diversos segmentos industriais, atendendo desde projetos de

avioes supersonicos e carros de Formula 1 ate o comportamento de manchas

de oleo no oceano.

• Simulacao de transientes hidraulicos - consiste na determinacao do comporta-

mento de variaveis como pressao, vazao e temperatura ao longo do tempo em

cada ponto do duto ou da rede de dutos.

1.1.2.2: Otimizacao e Controle Avancado

O controle avancado de processos ou APC - Advanced Process Control propor-

ciona benefıcios significativos e imediatos no desempenho industrial. Para se alcancar

tais resultados, utiliza-se o conhecimento do comportamento dinamico nos diferentes

processos existentes em uma fabrica. Ja a otimizacao e uma etapa posterior ao con-

trole avancado e utiliza uma tecnologia extremamente sofisticada na elaboracao de

estrategias para o melhor aproveitamento das oportunidades e possibilidades da em-

presa.

1.1.2.3: Planejamento e Programacao da Producao

O APS - Advanced Production Planning and Scheduling System tem como prin-

cipal objetivo fornecer um otimo procedimento de operacao a unidade. Para isso, o

sistema de planejamento e programacao da producao utiliza as informacoes forneci-

3

das por sistemas ERP - Enterprise Resource Planning3 e MES, propiciando a empresa

alcancar seus objetivos de modo muito mais eficaz.

1.1.2.4: ERP / MES

O MES - Manufacturing Execution Systems e o sistema responsavel pelo geren-

ciamento do processo de producao. Em muitos casos, por traduzir as definicoes de

negocio em atividades da producao, acaba sendo a camada que integra os sistemas

de gestao corporativa ERP aos diversos sistemas de producao (APS, PIMS, LIMS -

Laboratory Information Management System, SFC - Shop Floor Control4 etc). O MES

garante um gerenciamento muito mais eficiente por possibilitar a tomada de decisoes

com base em informacoes uteis, atuais e confiaveis da realidade de diversos setores

da empresa. Ele oferece ainda:

- Consolidacao do planejamento e do mapeamento para a execucao de todas as

etapas da producao;

- Conexao do processamento de pedidos com os controles de sistemas da produ-

cao;

- Otimizacao dos processos de producao;

- Democratizacao da informacao.

1.1.2.5: LIMS

O LIMS - Laboratory Information Management System e uma ferramenta essen-

cial para a reducao de custos e para o aumento da eficiencia e da produtividade nas

atividades laboratoriais. Ele e indispensavel para garantir a qualidade final dos pro-

dutos, cada vez mais exigida pelos consumidores. O LIMS ofericido pela Chemtech

e utilizado por diversas empresas americanas e brasileiras. Esta solucao e custo-

mizavel, de acordo com as necessidades do cliente, sendo altamente flexıvel e capaz

3Enterprise Resource Planning - sao sistemas de informacoes transacionais, cuja funcao e armazenar,processar e organizar as informacoes geradas nos processos organizacionais, agregando e estabelecendo relacoesde informacao entre todas as areas de uma companhia.

4Shop Floor Control - atividade de encaminhamento, programacao e envio de trabaho a ser realizado nochao de fabrica, com prioridade para cada tarefa, regisro de todo o material em processamento e transmissaode dados e informacoes sobre as condicoes das ordens de trabalho em comparacao com o plano de gestao daproducao.

4

de suportar varios sites laboratoriais integrados atraves de uma Intranet e acessıvel

atraves da Internet com seguranca.

1.1.2.6: Sintonia de Malhas

A determinacao manual dos parametros de um controlador PID - Proportional,

Integral and Derivative e uma tarefa ardua e dispendiosa devido a forte interacao exis-

tente entre estes parametros. Por isso, muitas malhas nao sao sintonizadas para um

desempenho otimo, prejudicando a eficiencia dos processos que controlam. A sintonia

das malhas de controle e uma etapa essencial na implantacao do controle avancado.

Alem da sintonia, a Chemtech verifica toda a estrategia adotada para as malhas PID

analisadas, auditando todos os elementos de controle, medicao e atuacao.

Para otimizar os procedimentos de sintonia, essenciais para o correto funciona-

mento de controles regulatorios e avancados, a Chemtech utiliza a ferramenta Intune5,

desenvolvida pela empresa americana ControlSoft, Inc.

1.1.2.7: Sistemas de Informacao - PIMS

Um sistema de informacao de processos ou PIMS - Process Information Ma-

nagement System realiza o armazenamento temporal das variaveis dos processos

produtivos. Dessa forma, permite a integracao entre o nıvel de supervisao e controle

e os demais sistemas da industria. O PIMS de uma planta e a base para os diversos

sistemas industriais, que podem ser classificados em tres categorias:

- Sistemas MES, que incluem a execucao de ordens de producao, contabilidade de

producao, gerenciamento de operacao, sistemas de manutencao, rastreabilidade

de bateladas, reconciliacao de dados, entre outros;

- Sistemas de otimizacao de processo, como controle avancado APC;

- Sistemas corporativos, como o ERP.

1.1.2.8: Automacao Indusrial

Os sistemas de automacao garantem a reprodutibilidade do processo e permi-

tem o rastreamento de informacoes crıticas de producao. Uma tendencia bastante

5Para mais informacoes, visite o endereco www.controlsoftinc.com.

5

atual e a implantacao de sistemas de gerenciamento de bateladas. Outros projetos de

Automacao Industrial desenvolvidos pela Chemtech sao:

- Plano Diretor de Automacao Industrial - PDAI: orienta e organiza o processo de

automacao em etapas (curto, medio e longo prazo), respeitando as necessida-

des especıficas do cliente e seu cronograma de investimentos;

- Projeto Conceitual : padroniza e consolida todas as operacoes da unidade, pre-

parando a mesma para o processo de automacao;

- Migracao de Sistemas de Controle: verifica, no mercado, alternativas e especi-

ficacoes para a compra de um novo sistema de controle, analisando e compa-

rando propostas e dados para a alteracao da configuracao ja existente;

- Projetos de Engenharia: apontam a instrumentacao necessaria para automacao

e consolidacao do P&ID - Process and Instrumentation Diagram6 da unidade,

bem como identificam o projeto eletrico para ligacao dos instrumentos de campo

ao sistema de supervisao, o projeto da arquitetura de automacao e especificacao

do hardware e do software a serem utilizados;

- Configuracao de sistemas de supervisao, sistemas hıbridos, DCS - Distributed

Control Systems, PLC - Programable Logic Controllers, controladores digitais e

redes de instrumentacao inteligente;

- Cursos customizados, orientados para as ferramentas e aplicacoes do cliente.

1.1.2.9: Engenharia Basica

Na fase inicial de implantacao de uma industria ou de um novo processo, todas

as oportunidades de reducao de custo instalado, de consumo de energia e de impacto

ambiental devem ser exploradas a fim de garantir a melhor execucao do projeto e o

maior retorno possıvel de todos os investimentos.

1.1.2.10: Desenvolvimento de Software

A Chemtech utiliza como base para o desenvolvimento de sistemas o processo

conhecido como Unified Process. Dentro deste contexto, a empresa utililza o RUP6Process and Instrumentation Diagram - este diagrama apresenta os detalhes da interconexao existente

entre os equipamentos industriais e a instrumentacao utilizada no controle do processo. Os sımbolos utilizadosneste diagrama sao padronizados pela ISA - Instrument Society of America.

6

- Rational Unified Process e segue seu desenvolvimento trabalhando em pequenos

ciclos do projeto, considerados como sendo mini-projetos, que correspondem a uma

iteracao e resultam em um incremento no software. As iteracoes referem-se a passos

e os incrementos, a evolucoes do produto.

A Chemtech utiliza os processos descritos pelo PMI - Project Management Ins-

titute7 em conjunto com o processo de desenvolvimento de software e a norma ISO

9001:200016, buscando atender a necessidade dos clientes e dos usuarios. Entre

as principais ferramentas de desenvolvimento de software utilizadas pela Chemtech

destacam-se o .NET da Microsoft e o Java da Sun.

1.1.3: Os Principais Clientes

A Chemtech possui clientes em diversos segmentos industriais. A lista abaixo

apresenta os principais clientes da empresa, classificando-os por segmento de atua-

cao.

• Petroleo e Gas:

- Petrobras;

- Shell ;

- Saudi Aramco;

- ExxonMobil.

• Papel e Celulose:

- Votorantim;

- Suzano;

- Schweitzer-Mauduit.

• Metais e Mineracao:

- Companhia Vale do Rio Doce;

- Companhia Siderurgica Nacional ;

- Gerdau;

- Samarco.7Project Management Institute - trata-se da maior entidade mundial, sem fins lucrativos, voltada ao

Gerenciamento de Projetos. Para mais informacoes, visite o endereco www.pmi.org.

7

• Petroquımica e Quımica:

- Braskem;

- Monsanto;

- Ipiranga;

- BASF ;

- White Martins.

• Produtos para Comsumidores

- Globo.com;

- Nestle;

- AmBev ;

- Bayer ;

- Souza Cruz.

• Agua e Energia Eletrica

- Sabesp - Companhia de Saneamento Basico do Estado de Sao Paulo.

1.1.4: O Escrit orio de Salvador

Como mencionado no item 1.1.1, o escritorio da Chemtech em Salvador foi

inaugurado em maio de 2005. Atualmente, este escritorio conta com mais de trinta

funcionarios, entre Gerentes de Projeto, Engenheiros e Estagiarios. O objetivo do

escritorio em Salvador e atender a demanda de projetos de engenharia existentes na

regiao Nordeste, em especial na regiao do polo industrial de Camacari. A figura 1.2

apresenta a localizacao das varias empresas instaladas no polo de Camacari8.

Entre os principais clientes do escritorio, podem ser mencionados:

• Braskem;

• Deten;

• Siemens;

• Petrobras.

8Fonte: www.coficpolo.com.br.

8

Figura 1.2: Localizacao das empresas existentes no polo de Camacari.

Com relacao as areas de atuacao e desenvolvimento de projetos do escritorio,

podem ser destacados:

• Projetos de Automacao Industrial

• PMO - Project Management Office9

• PIMS - Process Information Management System

Recentemente, o escritorio recebeu certificacao ISO 9000 pelo BVQI - Bureau

Veritas Quality International10, comprovando a qualidade com que os projetos sao

desenvolvidos no escritorio.9Project Management Office: e o departamento ou um grupo dentro de uma empresa que define e mantem

os padroes de processos, geralmente relacionados ao gerenciamento de projetos, dentro da organizacao. Paramais informacoes, recomenda-se a fonte A Guide to the Project Management Body of Knowledge (PMBOKGuide) - 2000 Edition elaborada pelo Project Management Institute.

10Bureau Veritas Quality International - e uma subsidiaria inglesa do Grupo Bureau Veritas e e lıder noBrasil na area de certificacao de sistemas de gestao da qualidade, seguranca e meio ambiente. Para maisinformacoes, visite o endereco www.bvqi.com.br.

9

1.2: A Sistem atica de Investimentos

Nesta secao, a sistematica de investimentos em projetos adotada por um dos

clientes do escritorio de Salvador e apresentada. Todos os projetos em que o acade-

mico participou seguiram esta sistematica de investimentos. A figura 1.3 ilustra cada

uma das fases de desenvolvimento dos projetos previstas pela sistematica adotada.

Figura 1.3: Metodologia de projeto adotada.

Todo o projeto inicia-se a com uma Ideia. A partir desta ideia, realiza-se um es-

tudo de viabilidade do empreendimento, que neste caso traduz-se em uma Avaliacao

do Investimento. Este estudo pode englobar uma avaliacao da tecnologia presente

hoje no processo e da tecnologia mais recente no mercado e, uma definicao das ne-

cessidades e dos requisitos do empreendimento, tendo em vista o Plano Estrategico

do cliente. E tambem nesta fase que se escolhe o tipo de gestao do projeto. Admite-

se nesta fase do projeto um EVTE - Estudo de Viabilidade Tecnica e Economica com

uma variacao entre −50% a 100% de erro no valor total do investimento. A Avaliacao

de Investimento termina com a reuniao DR-0 - Design Review 0, onde se determina

pela continuidade ou nao do empreendimento.

A sequencia da Avaliacao de Investimento e a fase do Projeto Conceitual. Nesta

fase e realizada a Analise de Risco do empreendimento, classificando os eventos de

risco quanto a probabilidade de ocorrencia e quanto prioridade de resolucao. Tambem

sao definidos o escopo das atividades do projeto e os cronogramas das atividades.

O EVTE e revisado e agora admite-se um erro entre −20% a 50% no valor total do

investimento. Esta fase e encerrada com a reuniao DR-1 - Design Review 1, onde o

10

Projeto Conceitual e consolidado.

Com o encerramento do Projeto Conceitual, inicia-se a fase do Projeto do Basi-

co de Engenharia. Nesta fase, sao definidos os criterios de projeto a serem adotados

e inicia-se o desenvolvimento da solucao adotada, de maneira a fornecer uma visao

global do empreendimento e identificar todos os seus elementos construtivos com

clareza. Uma Avaliacao dos Riscos do Projeto e realizada . Tambem ocorre uma

revisao do EVTE, admitindo-se um erro entre −10% a 20% do valor total do projeto.

O encerramento do Projeto Conceitual ocorre com a reuniao DR-2 - Design Review

2, onde sao avaliados o orcamento do empreendimento, a consolidacao da Analise

de Riscos e do escopo do projeto e se as recomendacoes da reuniao DR-1 - Design

Review 1 foram atendidas.

Terminada a fase do Projeto Basico, comeca o Projeto de Detalhamento, onde

e realizado o detalhamento da solucao do projeto. O fim do Projeto de Detalhamento

e marcado pela ocorrencia da DR-3 - Design Review 3, onde sao revisados os cro-

nogramas de execucao do projeto e se as recomendacoes da Analise de Riscos e da

DR-2 - Design Review 2 estao sendo seguidas. Com isto, inicia-se a fase de Monta-

gem e Construcao do projeto. Nesta fase ocorre a construcao, o comissionamento e

os testes antes da partida do processo. Ao fim das atividades de execucao do projeto,

realiza-se a DR-4 - Design Review 4 onde a montagem prevista pelo projeto e avaliada,

liberando a partida do processo e iniciando a fase de Operacao do empreendimento.

Durante a fase de Operacao, e realizada a DR-5 - Design Review 5, com a

avaliacao do empreendimento. E tambem nesta fase que sao realizados os Calculos

de Retorno de Investimentos e os servicos de suporte e manutencao do sistema.

1.3: Organizac ao deste Relat orio

Este relatorio foi organizado de forma que cada capıtulo contenha os detalhes

de um projeto em especıfico. Desta forma, o capıtulo 2 apresenta as informacoes

sobre o projeto de Documentacao e Sintonia de Malhas de uma Unidade de Poliole-

finas. O capıtulo 3 trata do projeto de Repotencializacao da Instrumentacao de um

Compressor de Butadieno. O capıtulo 4 apresenta as atividades desenvolvidas no

projeto de Instalacao de Valvulas de Isolamento de Grandes Inventarios. O capıtulo 5

relata as atividades do projeto de Analise de Resultados do APC de uma Unidade de

Aromaticos. Por fim, o capıtulo 6 apresenta as conclusoes e perspectivas de todos os

11

projetos desenvolvidos.

O motivo para adotar esta divisao do conteudo do relatorio deve-se ao tamanho

dos projetos que, em sua maioria, sao de pequeno porte, e a quantidade destes pro-

jetos. Portanto, para uma melhor organizacao do conteudo do relatorio, adotou-se a

descricao de cada projeto em um capıtulo proprio, evitando-se assim a dispersao das

informacoes de um projeto ao longo do documento.

12

Capıtulo 2: Documentac ao e Sintonia de Malhas deuma Unidade de Poliolefinas

Este capıtulo apresenta as atividades desenvolvidas no projeto de sintonia de

malhas realizado em uma unidade de producao poliolefinas1. Considerando a sis-

tematica de investimentos, apresentada no item 1.2, este projeto se enquadra na fase

de operacao. No caso deste projeto, as malhas a serem sintonizadas pertencem a

area de producao de PEAD - Polietileno de Alta Densidade. O PEAD e um polımero

derivado do eteno utilizado em diferentes segmentos da industria de transformacao de

plasticos, abrangendo os processamentos de moldagem por sopro, extrusao e molda-

gem por injecao.

Pelo processo de injecao, o PEAD e utilizado para a confeccao de baldes e

bacias, bandejas para pintura, banheiras infantis, brinquedos, entre outros.

Nos processos de moldagem por sopro, destaca-se a utilizacao na confeccao de

bombonas, tanques e tambores de 60 a 250 litros, onde sao exigidas principalmente

resistencia a queda, ao empilhamento e a produtos quımicos, frascos e bombonas de

1 a 60 litros, onde sao embalados produtos que requeiram alta resistencia ao fissura-

mento sob tensao. Tambem e utilizado na confeccao de embalagens para detergentes,

cosmeticos e defensivos agrıcolas.

Por extrusao, e aplicado em isolamento de fios telefonicos, sacos para conge-

lados, revestimento de tubulacoes metalicas, polidutos, tubos para redes de sanea-

mento e de distribuicao de gas, emissarios de efluentes sanitarios e quımicos, dutos

para mineracao e dragagem, barbantes de costura, redes para embalagem de frutas,

fitas decorativas, sacos para lixo e sacolas de supermercados. A figura 2.1 ilustra as

representacoes esquematicas da estrutura do PEAD.

Nesta unidade de poliolefinas, a area de polimerizacao para a producao de

PEAD possui dois CSTR - Continuous Stirred Tank Reactors. Estes reatores podem

operar em duas formas:

1. Operacao modo Serie - neste modo de operacao, a producao de polımeros e

realizada com a operacao de um reator em serie com o outro, de modo que

1Olefinas sao derivados de petroleo, com cadeias de carbono abertas e dupla ligacao entre carbonos. Aspoliolefinas sao compostos polimericos cujo monomero e uma olefina (eteno, propeno etc.). O polietileno e opolipropileno sao exemplos de poliolefinas.

13

Figura 2.1: Representacoes esquematicas da estrutura do PEAD.

parte do produto de um dos reatores esta servindo de reagente no outro reator.

2. Operacao modo Paralelo - neste modo de operacao, os reatores operam em

paralelo um com o outro, produzindo os polımeros de maneira independente.

A selecao do modo de operacao dos reatores e realizada atraves do aciona-

mento de uma chave no DCS que controla o processo de polimerizacao. Se a chave

esta acionada, entao o modo de operacao dos reatores e serie. A figura 2.2 ilustra

como e realizado esta selecao do modo de operacao.

Figura 2.2: Selecao do modo de operacao dos reatores.

Na producao do PEAD, alem das correntes de alimentacao dos reagentes, exis-

tem outras correntes que alimentam os reatores durante a reacao de polimerizacao.

14

Entre estas correntes, estao as compostas por catalisadores, compostos organome-

talicos e agentes anti-estaticos. O proposito deste empreendimento e justamente fe-

char as malhas de alimentacao de catalisadores, compostos organometalicos, tri-etil

alumınio e agentes anti-estaticos. A sintonia destas malhas e considerada uma ne-

cessidade pelos seguintes fatores:

- O controle da alimentacao de catalisador visa manter a pressao do reator cons-

tante no valor pre-determinado e polimerizar uma quantidade definida de etileno;

- O agente anti-estatico e utilizado para prevenir a aderencia do polımero as pa-

redes dos reatores. Porem, esta substancia tem efeito inibidor sobre a reacao

de polimerizacao, sendo necessario um controle apurado na alimentacao desta

substancia;

- Existem estudos para implantacao de um sistema de controle avancado APC

neste processo. Porem, e uma recomendacao do projeto de controle avancado

que as malhas crıticas do processo estejam sintonizadas;

2.1: Descric ao das Malhas a Serem Controladas

Esta secao apresenta as malhas a serem sintonizadas pelas atividades do pro-

jeto. No total, sao oito malhas de alimentacao a serem sintonizadas, sendo:

- Tres malhas de vazao de solucao de catalisador;

- Duas malhas de vazao de solucao agente anti-estatico;

- Duas malhas de vazao de solucao de compostos organometaticos;

- Uma malha de vazao de solucao de tri-etil alumınio.

Os itens subsequentes desta secao apresentam os detalhes de cada uma das

malhas de alimentacao.

2.1.1: As Malhas de Alimentac ao de Catalisador

A figura 2.3 apresenta um esquematico das malhas de alimentacao de catali-

sador. A alimentacao dos reatores e realizada por meio de duas bombas, cada uma

15

alimentando separadamente um dos reatores. Existe ainda uma terceira bomba so-

bressalente que pode ser alinhada para a alimentacao de catalisador em caso de falha

de funcionamento de uma das duas primeiras bombas ou se houver a necessidade de

uma vazao maior de catalisador.

Figura 2.3: As malhas de alimentacao de catalisador.

O processo de alimentacao inicia-se a partir de um vaso de armazenamento.

Neste vaso, uma solucao de catalisador dissolvido em NHX - Normal Hexano e man-

tida em circulacao atraves da acao de duas bombas centrıfugas que atuam sobre uma

linha de circulacao. Atraves desta linha de circulacao, os dois reatores sao alimen-

tados com a solucao de catalisador em NHX por meio da acao de tres bombas do

tipo diafragma. As bombas do tipo diafragma sao bombas alternativas nas quais o

orgao que fornece a energia necessaria ao movimento do fluıdo e uma membrana aci-

onada por uma haste com movimento alternativo. A figura 2.4 apresenta o esquema

de funcionamento deste tipo de bomba. A jusante de cada uma destas bombas, existe

uma placa de orifıcio que fornece a indicacao de vazao volumetrica para cada linha de

alimentacao de solucao que sera enviada aos reatores. A alimentacao de catalisador

pode ser realizada com apenas uma bomba ou, se um dos reatores necessitar de uma

vazao maior da solucao de catalisador, uma segunda bomba pode ser alinhada para

alimentar este reator. Nao e possıvel alinhar uma bomba de alimentacao para ambos

os reatores ao mesmo tempo. A troca do alinhamento das bombas de alimentacao e

16

feita manualmente pelos operadores do processo.

Figura 2.4: Esquema de funcionamento de uma bomba do tipo diafragma.

2.1.2: As Malhas de Alimentac ao de Agente Anti-est atico

A figura 2.5 apresenta um esquematico das malhas de alimentacao de agente

anti-estatico. A alimentacao dos reatores com esta substancia pode ser realizada de

duas formas:

1. Os reatores sao alimentados separadamente. Neste caso, cada reator e alimen-

tado por uma linha distinta;

2. Os reatores sao alimentados juntos. Neste caso, os reatores sao alimentados

pela unica linha existente.

O processo de alimentacao inicia-se a partir de um vaso de armazenamento.

Neste vaso e mantida uma solucao de agente anti-estatico em NHX. Deste vaso de

armazenamento, a solucao de agente anti-estatico em NHX e transferida para os rea-

tores de polimerizacao por meio de duas possıveis bombas do tipo diafragma. Como e

possıvel verificar na figura 2.5, existe apenas uma linha exclusiva para a alimentacao

da solucao de agente anti-estatico. Quando a linha de alimentacao de tri-etil alimınio

nao esta sendo utilizada, existe a opcao de alimentar os reatores com agente anti-

estatico de maneira separada, com cada reator sendo alimentado por uma bomba

diferente. Para isto, uma mudanca no alinhamento das bombas e realizado no pro-

cesso. Quando a linha de alimentacao de tri-etil alimınio esta sendo utilizada, nao

existe outra opcao senao alimentar ambos os reatores pela unica linha existente, com

apenas uma bomba funcionando e outra servido de redundancia do processo. Tanto

na linha de alimentacao de agente anti-estatico quanto na linha de alimentacao de

tri-etil alumınio, existem placas de orifıcio a jusante das bombas de alimentacao que

fornecem a indicacao da vazao volumetrica fluindo na linha.

17

Figura 2.5: As malhas de alimentacao de agente anti-estatico.

2.1.3: As Malhas de Alimentac ao de Compostos Organomet alicos

A figura 2.6 apresenta um esquematico das malhas de alimentacao de com-

postos organometalicos. A alimentacao dos reatores e realizada por meio de duas

bombas, cada uma alimentando separadamente um dos reatores. Existe ainda uma

terceira bomba sobressalente que pode ser alinhada para a alimentacao de compos-

tos organometalicos em caso de falha de funcionamento de uma das duas primeiras

bombas. Porem, diferente do sistema de alimentacao de catalisador, onde existem

tres linhas de alimentacao, uma para cada bomba; no caso da alimentacao dos re-

atores com compostos organometalicos, existem apenas duas linhas de alimentacao

para as tres bombas.

A alimentacao dos reatores inicia-se no vaso de armazenamento ilustrado no

figura 2.6. Deste vaso, a solucao de compostos organometalicos em NHX pode ser

transferida para os reatores por meio de tres bombas do tipo diafragma. Como e

possıvel verificar na figura 2.6, uma das bombas pode operar tanto para um reator

quanto para o outro, dependendo do alinhamento realizado pleo operador do processo.

Porem, esta bomba nao opera na alimentacao simultanea de ambos os reatores. A

alimentacao dos reatores com a solucao de compostos organometalicos e realizada

normalmente com cada bomba alimentando um dos reatores, sendo que a terceira

18

Figura 2.6: As malhas de alimentacao de compostos organometalicos.

bomba serve como uma redundancia do sistema de alimentacao, no caso de uma

das outras bombas falhar. Em cada uma das linhas de alimentacao, a montante dos

reatores, existe uma placa de orifıcio que fornece a indicacao de vazao volumetrica da

solucao que sera enviada aos reatores.

2.1.4: A Malha de Alimentac ao de Tri-etil Alumınio

A figura 2.7 apresenta um esquematico da malha de alimentacao de tri-etil

alumınio. A alimentacao dos reatores pode ser realizada por uma dentre duas bom-

bas, sendo que uma destas bombas so pode ser utilizada se nao estiver alinhada para

a alimentacao de agente anti-estatico. Como existe apenas uma linha de alimentacao

desta substancia, os reatores sao alimentados por esta unica linha simultaneamente.

A alimentacao dos reatores inicia-se no vaso de armazenamento ilustrado no fi-

gura 2.7. Como existe apenas uma linha de alimentacao para os dois reatores, ambos

sao alimentados juntos. A solucao de tri-etil alumınio com NHX e transferida por esta

unica linha de alimentacao para ambos os reatores por meio de duas possıveis bom-

bas, ambas as bombas do tipo diafragma.Porem, estas bombas nao podem operar

simultaneamente. A linha de alimentacao possui uma placa de orifıcio a jusante das

bombas de alimentacao e que fornece a indicacao de vazao volumetrica da solucao

19

Figura 2.7: As malhas de alimentacao de tril-etil alumınio.

de tri-etil alumınio enviada aos reatores.

2.2: A Implementac ao das Malhas de Controle

Todas as malhas apresentadas no item 2.1 ja possuiam monitoramento no DCS

instalado para a secao de polimerizacao, com as informacoes dos transmissores de

vazao de solucao de catalisador, de agente anti-estatico, de compostos organometati-

cos e de tri-etil alumınio ja disponıveis no sistema de controle. As atividades do projeto

resumiam-se a:

- Localizar estas informacoes no sistema de controle;

- Realizar testes para a coleta de informacoes de cada uma das malhas de vazao

mencionadas;

- De posse das informacoes, obter os modelos das malhas para a sintonia dos

controladores;

- Com os modelos das malhas, obter os parametros dos controladores de cada

malha;

20

- Sintonizar as malhas no DCS com os parametros dos controladores obtidos;

- Realizar os testes de malhas fechada para assegurar a estabilidade e o desem-

penho dos processos.

Os modelos e os parametros de sintonia dos controladores das malhas de vazao

foram obtidos utilizando-se a ferramenta Intune, mencionada no item 1.1.2.6 deste re-

latorio. Os testes para levantamento dos modelos sao perturbacoes do tipo degrau no

processo em malha aberta, tambem conhecidos como Step Tests. Caso estes testes

nao possam ser realizados em malha aberta, eles podem ser realizados em malha

fechada, perturbando-se o valor de referencia da variavel controlada. Os modelos ob-

tidos foram todos de primeira ordem com atraso de transporte. Obtidos os modelos

das malhas, o Intune obtem os parametros do controlador de acordo com a escolha

do tipo de algoritmo de controle a ser utilizado. No caso deste projeto, o algoritmo de

controle utilizado foi o PI - Proportional and Integral. Os proximos itens desta secao

descrevem o funcionamento das malhas de alimentacao ja com o controle regulatorio

implementado.

2.2.1: Controle de Alimentac ao de Catalisador

A figura 2.8 apresenta um esquematico da malha de controle regulatorio da

alimentacao de catalisador. A descricao apresentada a seguir, para efeito de sim-

plicidade, considera apenas as malhas de controle referentes ao reator 1, porem tal

descricao e valida as malhas de controle referentes ao reator 2.

Nessa configuracao, o operador do sistema de controle deve fornecer a infor-

macao da referencia desejada de vazao massica de catalisador, em g/h, em cada

uma das linhas em operacao para o reator 1. Com esta informacao, juntamente

com a informacao de concentracao de catalisador dentro do tanque de armazena-

mento, as referencias de vazao volumetrica de catalisador, em l/h, podem ser calcula-

das, dividindo-se o valor de referencia de vazao massica pelo valor da concentracao,

e transmitidas aos seus respectivos controladores PI de vazao de catalisador em

operacao para o reator 1.

Tambem sao fornecidas aos controladores as suas respectivas variaveis con-

troladas que, neste caso, sao as vazoes de catalisador em cada linha de alimentacao.

Estas informacoes sao obtidas por meio dos transmissores de vazao instalados em

cada linha. De posse de todas as informacoes, os controladores podem caulcular

21

Figura 2.8: Controle das malhas de alimentacao de catalisador.

o valor das suas variaveis manipuladas e atuar sobre a haste das bombas de suas

respectivas linhas, fechando a malha de controle.

2.2.2: Controle de Alimentac ao de Agente Anti-est atico

A figura 2.9 apresenta um esquematico da malha de controle regulatorio da

alimentacao de agente anti-estatico. A descricao apresentada a seguir, para efeito de

simplicidade, considera apenas as malhas de controle referentes ao reator 1, porem

tal descricao e valida as malhas de controle referentes ao reator 2.

Considerando primeiramente o caso em que a linha de tri-etil alumınio nao es-

tar sendo utilizada e o controle de concentracao de agente anti-estatico pode ser re-

alizado separadamente para cada reator. Para o controle de concentracao no reator

1, o operador do processo deve fornecer a referencia desejada de concentracao de

agente anti-estatico no reator. Com esta informacao, juntamente com as informacoes

de vazao total de NHX alimentado ao reator 1 e a concentracao da solucao de agente

anti-estatico no vaso de armazenamento, a referencia desejada do controlador de

vazao de solucao de agente anti-estatico em NHX pode ser calculada. O calculo

realizado para obter esta referencia e a multiplicacao da referencia de concentracao

22

Figura 2.9: Controle das malhas de alimentacao de agente anti-estatico.

desejada pela vazao total de NHX alimentado ao reator 1 e a divisao do resultado

pela informacao de concentracao do vaso de armazenamento. Alem da informacao

de referencia desejada de vazao de solucao, o controlador necessita da informacao

do modo de operacao dos reatores, se e serie ou paralelo. Essa informacao e ne-

cessaria, pois o calculo da referencia de vazao de solucao para a operacao no modo

serie e diferente do calculo para o modo paralelo. A ultima informacao necessaria

e a variavel controlada, que para esta malha e a vazao de solucao de agente anti-

estatico em NHX, fornecida pelo transmissor de vazao volumetrica instalado na linha

de alimentacao. De posse das informacoes listadas, o controlador pode calcular a

acao de controle que modificar o movimento da haste da bomba, controlando o pro-

cesso.

Quando a linha de tri-etil alumınio esta sendo utilizada, como ilustra a figura

2.10 nao existe outra opcao senao alimentar os dois reatores por meio de uma unica

linha de alimentacao. Neste caso, apenas um dos reatores tera a concentracao de

agente anti-estatico controlada: o reator que possuir a concentracao mais proxima do

seu valor de referencia desejada. O outro reator devera ter sua concentracao mo-

nitorada pelo operador do processo. Novamente, a referencia de vazao desejada e

calculada com as seguintes informacoes: o valor desejado de concentracao para o

reator, informado pelo operador do processo; a vazao total de NHX para o reator e

23

Figura 2.10: Controle de alimentacao utilizando uma linha.

a concentracao da solucao de agente anti-estatico no vaso de armazenamento. O

controlador necessita tambem da informacao do modo de operacao dos reatores, se

e serie ou paralelo, pois o calculo da referencia de vazao de solucao para a operacao

no modo serie e diferente do calculo para o modo paralelo. O transmissor de vazao

volumetrica instalado na linha fornece o valor da variavel de processo ao controlador

de vazao, que calcula a acao de controle a ser enviada para a bomba que esta em

operacao.

2.2.3: Controle de Alimentac ao de Compostos Organomet alicos

A figura 2.11 apresenta um esquematico da malha de controle regulatorio da

alimentacao de compostos organometalicos. A descricao apresentada a seguir, para

efeito de simplicidade, considera apenas as malhas de controle referentes ao reator 1,

porem tal descricao e valida as malhas de controle referentes ao reator 2.

Para o controle de concentracao no reator 1, o operador do processo deve forne-

cer a referencia desejada de concentracao de compostos organometalicos no reator.

Com esta informacao, juntamente com as informacoes de vazao total de NHX ali-

mentado ao reator 1 e a concentracao da solucao de compostos organometalicos no

vaso de armazenamento, a referencia desejada do controlador de vazao de solucao

24

Figura 2.11: Controle das malhas de alimentacao de compostos organometalicos.

de agente anti-estatico em NHX pode ser calculada. O calculo realizado para obter

esta referencia e a multiplicacao da referencia de concentracao desejada pela vazao

total de NHX alimentado ao reator 1 e a divisao do resultado pela informacao de

concentracao do vaso de armazenamento. Alem da informacao de referencia dese-

jada de vazao de solucao, o controlador necessita da informacao do modo de operacao

dos reatores, se e serie ou paralelo. Essa informacao e necessaria, pois o calculo da

referencia de vazao de solucao para a operacao no modo serie e diferente do calculo

para o modo paralelo. A ultima informacao necessaria e a variavel controlada, que

para esta malha e a vazao de solucao de compostos organometalicos em NHX, for-

necida pelo transmissor de vazao volumetrica instalado na linha de alimentacao. De

posse das informacoes listadas, o controlador pode calcular a acao de controle que

modificar o movimento da haste da bomba que esta em operacao, controlando o pro-

cesso.

2.2.4: Controle de Alimentac ao de Tri-etil Alumınio

A figura 2.12 apresenta um esquematico da malha de controle regulatorio da

alimentacao de tri-etil alumınio.

Como existe apenas uma linha de alimentacao ambos os dois reatores, nao

25

Figura 2.12: Controle das malhas de alimentacao de tri-etil alumınio.

existe outra opcao senao alimentar os dois reatores por meio de uma unica linha

de alimentacao. Neste caso, apenas um dos reatores tera a concentracao de tri-etil

alumınio controlada: o reator que possuir a concentracao mais proxima do seu valor

de referencia desejada. O outro reator devera ter sua concentracao monitorada pelo

operador do processo. Novamente, a referencia de vazao desejada e calculada com

as seguintes informacoes: o valor desejado de concentracao para o reator, informado

pelo operador do processo; a vazao total de NHX para o reator e a concentracao

da solucao de tri-etil alumınio no vaso de armazenamento. O controlador necessita

tambem da informacao do modo de operacao dos reatores, se e serie ou paralelo,

pois o calculo da referencia de vazao de solucao para a operacao no modo serie e di-

ferente do calculo para o modo paralelo. O transmissor de vazao volumetrica instalado

na linha fornece o valor da variavel de processo ao controlador de vazao, que calcula

a acao de controle a ser enviada para a bomba que esta em operacao.

26

2.3: Algumas Observac oes

Este projeto de sintonia previa a configuracao de outras duas malhas, ambas

de vazao de relacao molar H2/C22. O objetivo destas malhas seria manter a relacao

molar o mais constante possıvel. Porem, as medicoes das quantidades molares de

H2 e de C2 sao feitas por meio de analises realizadas em cada um dos fluxos de

alimentacao e, os resultados destas analises sao obtidos apenas de dez em dez mi-

nutos, inviabilizando a sintonia destas malhas.

Alem deste grande intervalo existente entre as medicoes das quantidades mo-

lares, as malhas de controle de pressao no interior dos reatores nao estao em au-

tomatico. Como a atuacao nestas malhas de relacao molar seria feita sobre a vazao de

H2, um aumento na vazao de C2 representaria um aumento na vazao de H2, situacao

esta que poderia elevar a pressao no interior dos reatores a nıveis perigosos.

Outra observacao a ser mencionada e que, por motivos operacionais, a ma-

lha de tri-etil alumınio nao havia sido implementada ate o momento em que este re-

latorio foi elaborado. Como apenas a producao de alguns polımeros necessita da

alimentacao desta substancia, e necessario aguardar que uma campanha para a

producao de um destes polımeros seja agendada para que a malha de tri-etil alumınio

possa ser sintonizada.

2Relacao entre a quantidade de gas hidrogenio e a quantidade de etileno alimentados para os reatores.

27

Capıtulo 3: Repotencializac ao da Instrumentac ao deum Compressor de Butadieno

O objetivo deste empreendimento, que ate o momento da elaboracao deste

documento encontrava-se na fase de Detalhamento, e a substituicao dos instrumentos

obsoletos do painel de um compressor de butadieno1, os quais sao utilizados para

fazer a protecao e o monitoramento da maquina, de forma a aumentar a confiabilidade

das malhas de monitoramento e intertravamento. As atividades deste projeto podem

ser resumidas no seguites topicos:

- Substituicao de todos os cabos e elementos sensores do sistema de monitoracao

de vibracao e deslocamento do eixo do compressor;

- Substituicao dos transmissores de pressao e das malhas de acionamento de

alarme de temperatura alta na descarga dos estagios do compressor;

- Substituicao dos transmissores de acionamento de alarme e controle de nıvel

dos vasos de succao e interestagio, com a implementacao da logica de votacao

2oo32 para o acionamento de alarme;

- Substituicao dos atuais pressostatos de acionamento de alarme por novos trans-

missores;

- Substituicao de todos os sensores de temperatura e adequacao dos componen-

tes das malhas;

- Substituicao dos sensores de fim de curso da valvula de reciclo e da valvula

manual de succao;

- Substituicao do pressostato de comutacao das bombas do sistema de oleo de

lubrificacao.

- Instalacao de dois novos transmissores para as indicacoes de pressao de ni-

trogenio de selagem dos estagios.

1E um gas liquefeito do petroleo, altamente inflamavel e cancerıgeno, utilizado na fabricacao de borrachasintetica e de materiais plasticos e acrılicos. Sua formula quımica e o C4H6.

2Logica de votacao 2 de 3.

28

O escopo das atividades de automacao, de responsabilidade da Chemtech, e o

carregamento no DCS instalado na area de extracao de butadieno dos novos pontos

de monitoramento analogico, previstos na fase do Projeto Basico. Estas atividades

sao as seguites:

- Carregamento de seis pontos de medicao de nıvel referentes ao alarme e con-

trole de nıvel dos vasos de succao e interestagio;

- Carregamento de seis pontos de medicao de pressao, sendo que quatro deles

estao substituindo os pressostatos existentes e os demais sao as medicoes no-

vas de pressao de nitrogenio de selagem dos estagios;

- Carregamento de dois pontos de medicao de temperatura, referentes ao aciona-

mento do alarme de temperatura alta na descarga dos estagios do compressor.

Alem do carregamento dos pontos no DCS, estes pontos tambem serao carre-

gados no sistema de informacao PIMS.

A participacao do academico nas atividades deste projeto restringiu-se a fase

de Detalhamento, sendo as demais fases do projeto desenvolvidas por outros fun-

cionarios da empresa. Quanto as atividades de execucao do projeto, estas previstas

para iniciarem na segunda quinzena de Maio/2007.

3.1: Descric ao das Atividades de Automac ao

A figura 3.1 apresenta o esquematico do compressor, ja considerando os novos

instrumentos propostos pelo projeto instalados.

Todos os instrumentos previstos neste projeto sao analogicos e operam sob o

padrao de campo 4 ∼ 20mA. Estes instrumentos transmitem suas leituras ate um

armario auxiliar, onde estao acomodados os cartoes de condicionamento de sinal,

que convertem o sinal de 4 ∼ 20mA em um sinal de 1 ∼ 5V. Deste armario auxiliar, os

sinais sao encaminhados ao armario da estacao de controle, onde esta acomodada a

CPU do DCS. A partir da estacao o controle, as informacoes dos sensores de campo

sao transmitidos, via rede proprietaria do fornecedor do DCS, ate as estacoes de

operacao do processo.

Alem de transmitir as informacoes dos sensores de campo ate as estacoes

de operacao, as estacoes de controle transmitem estas informacoes ate o sistema

29

Figura 3.1: Representacao esquematica do compressor.

de informacao PIMS. Como o sistema de informacao nao reconhece o padrao de

transmissao utilizado pelo DCS, um servidor OPC - Object Linking and Embedding for

Process Control3 e necessario para converter as informacoes dos sensores em um

padrao reconhecıvel pelo PIMS.

A figura 3.2 apresenta o funcionamento esquematico da logica 2oo3 proposta

para os alarme de nıvel dos tanques de succao e de interestagio. A implementacao

desta logica no DCS sera realizada da seguinte forma. A informacao de nıvel deve

ser comparada tomando-se os transmissores dois a dois, diminuindo-se o valor for-

necido por um instrumento do valor fornecido pelo outro e extraindo-se o modulo do

resultado. Note que esta operacao e realizada em tres formas de agrupamento dos

transmissores. Se o resultado da operacao for maior que o valor de 10% do fundo de

escala dos instrumentos em pelo menos duas comparacoes dentre as tres possıveis,

um alarme e acionado indicando a ocorrencia desta anormalidade.

A figura 3.3 apresenta a tela de operacao implementada no DCS para o mo-

nitoramento dos transmissores instalados. Apenas as informacoes dos transmisso-

res de pressao de selagem de N2 dos estagios do compressor. As informacoes dos

3Object Linking and Embedding for Process Control - e a especificacao de um padrao aberto, desenvolvidoem 1996 por uma forca tarefa de automacao industrial, para comunicacao em tempo-real das informacoes deprocesso entre os sistemas de controle e supervisao de diferentes fabricantes.

30

Figura 3.2: Logica 2oo3 para acionamento dos alarmes de nıvel.

outros transmissores nao sao apresentas na tela grafica para evitar redundancia de

informacao, ja que os servicos fornecidos pelos demais transmissores sao redundan-

tes e ja estao presentes na tela de operacao do processo.

Figura 3.3: Tela grafica de monitoramento do compressor.

31

Capıtulo 4: Instalac ao de Valvulas de Isolamento deGrandes Invent arios

Este projeto, que encontrava-se na fase de Detalhamento no momento da ela-

boracao deste relatorio, tem por objetivo a instalacao de valvulas para o isolamento de

grandes inventarios da area de extracao de butadieno de uma industria petroquımica.

A instalacao destas valvulas segue recomendacoes de empresas de seguro ou por

estudos internos de HAZOP - Hazard and Operability Study1.

Tanto a industria petroquımica quanto a industria do petroleo tem sofrido gran-

des perdas por explosoes decorrentes de vazamentos de hidrocarbonetos lıquidos

inflamaveis e volateis. Como forma de minimizar o envio de produto para a atmos-

fera, reduzindo o impacto destes eventos sobre as pessoas e sobre o patrimonio da

empresa, as Companhias Seguradoras recomendam a instalacao de valvulas opera-

das remotamente para isolamento dos maiores inventarios de hidrocarbonetos. Este

isolamento deve ocorrer entre os inventarios de hidrocarbonetos e os equipamentos

com probabilidade de falha elevada, como por exemplo, vasos que alimentam bombas.

Estas valvulas sao usualmente denominadas de EIV - Emergency Isolation Valves ou

ROV - Remote Operated Valves.

O acionamento das valvulas, segundo as premissas do projeto, deve ocorrer de

quatro formas possıveis:

- Pelo campo, atraves de uma botoeira local, posicionada a uma distancia segura

dos equipamentos protegidos, distantes de fontes permanentes de ignicao e em

locais de facil acesso em caso de fogo. As botoeiras devem ser do tipo push bot-

ton, protegidas por caixas de aco inoxidavel. Uma sinalizacao de campo devera

ser instalada acima desta botoeira, por exigencia da Companhia Seguradora, in-

formando qual valvula e acionada pela botoeira, a sua funcao e o equipamento

a que a valvula esta associada;

- Pela sala de operacao do processo, de duas formas possıveis: pelas botoeiras

que serao instaladas para acinomentos individual de cada valvula ou pela boto-

eira responsavel pela parada de todo o processo em situacoes de emergencia;

1Hazard and Operability Study - e uma tecnica para identificacao de perigos projetada para estudar possıveisdesvios (anomalias) de projeto ou na operacao de uma instalacao

32

- Por dispositivo instalado na propria valvula, que em caso de fogo, ira derreter e

atuar sobre a valvula, fechando-a.

As valvulas serao instaladas em equipamentos atendendo os criterios abaixo,

conforme recomendacao da seguradora AIG Europe:

- Vasos contendo inventarios acima de 5 toneladas de hidrocarbonetos, que sao

gases a temperatura ambiente e liquefeitos por pressao, tipicamente composicao

variando de C2 − C4;

- Vasos contendo inventarios acima de 10 toneladas de hidrocarbonetos, que nao

sao gases a temperatura ambiente, porem estao a 10oC acima do ponto de

ebulicao a pressao ambiente, tipicamente composicao variando de C5 − C9, po-

dendo incluir hidrocarbonetos com um numero de carbonos superior;

- Recomendacao especialmente valida para linhas que alimentam succao de bom-

bas e fornos com combustao interna.

Os valores adotados para inventarios, 5 e 10 toneladas, foram recomendados

pela Companhia Seguradora, com base em informacoes da OSHA - Occupational

Safety and Health Administration - USA2.

Seguindo as recomendacoes, foram identificados nove locais que necessitam

da instalacao de valvulas para o isolamento de grandes inventarios de butadieno. O

escopo de atividades de automacao deste projeto, de responsabilidade da Chemtech,

preve o monitoramento do estado das nove valvulas atraves do carregamento das

chaves de fim de curso no DCS instalado na area de extracao de butadieno.

A participacao do academico nas atividades deste projeto restringiu-se a fase

de Detalhamento, sendo as demais fases do projeto desenvolvidas por outros fun-

cionarios da empresa. Quanto as atividades de execucao do projeto, estas previstas

para iniciarem na segunda quinzena de Maio/2007.

4.1: Descric ao das Atividades de Automac ao

A figura 4.1 apresenta o esquematico de um dos vasos onde deve ser instalada

uma valvula de isolamento.2Occupational Safety and Health Administration - e uma entidade que estabelece normas com o objetivo

de garantir a seguranca e a saude dos trabalhores em seus locais de trabalho.

33

Figura 4.1: Representacao esquematica da instalacao das valvulas.

Todas as valvulas a serem instaladas para este projeto possuem duas chaves

de fim de curso, uma indicando valvula fechada e a outra indicando valvula aberta.

O sinal destas chaves e transmitido ate um armario auxiliar, onde elas sao ligadas a

uma regua de borneiras. Destas regua de borneiras, o sinal das chaves e encami-

nhado ate a estacao de controle de campo da area. A partir da estacao o controle, as

informacoes dos fins de curso sao transmitidos, via rede proprietaria do fornecedor do

DCS, ate as estacoes de operacao do processo.

Com os sinais das chaves de fim de curso das valvulas carregados no DCS,

uma logica para o monitoramento do estado de cada valvula pode ser configurada. As

chaves de fim de curso operam da seguinte forma:

• Fim de curso de valvula aberta:

- O nıvel logico “1” indica valvula totalmente aberta ;

- O nıvel logico “0” indica valvula entreaberta ou fim de curso com problema;

• Fim de curso de valvula fechada:

- O nıvel logico “1” indica valvula entreaberta ou fim de curso com problema;

- O nıvel logico “0” indica valvula totalmente fechada.

Conhecendo este comportamento, pode-se montar a logica de monitoramento.

A figura 4.2 apresenta a maquina de estados que implementa esta logica.

34

Figura 4.2: Logica de sinalizacao da condicao das valvulas.

Este monitoramento e importante, pois, alem fornecer o estado da valvula ao

operador na sala de controle, evita o comprometimento dos componentes mecanicos

das valvulas. Devido ao comportamento on-off destas valvulas, seus obturadores

nao sao projetados para manter a valvula entreaberta, de modo que esta condicao

pode danifica-lo. Portanto, a condicao de valvula entreaberta e permissıvel por pouco

segundos, tempo suficiente para haver a mudanca de estado da valvula de aberta

para fechada ou vice-versa. Nesta logica proposta, quando a condicao da valvula

muda para entreaberta, um temporizador e ligado; se o estado da valvula muda antes

do temporizador terminar a contagem, nenhum alarme e acionado e o temporizador e

desligado. Porem, se o estado da valvula nao muda apos o temporizador terminar a

contagem, um alarme e acionado, evitando o deterioramento do obturador da valvula.

A figura 4.3 apresenta o esquema de cores adotado para a sinalizacao do estado da

valvula na tela de operacao do DCS.

Este alarme de valvula entreaberta evita tambem que ocorra o fenomeno de

cavitacao no sistema de bombeamento devido a menor vazao de fluıdo em decorrencia

da obstrucao provocada pelo obturador da valvula. A figura 4.4 apresenta um exem-

plo de parte da tela de operacao implementada no DCS para o monitoramento das

valvulas previstas neste projeto.

35

Figura 4.3: Esquema de representacao dos estados das valvulas.

Figura 4.4: Exemplo de tela de monitoramento do estado das valvulas.

36

Capıtulo 5: An alise de Resultados do APC de umaUnidade de Arom aticos

Este capıtulo apresenta as atividades desenvolvidas no projeto de analise de

resultados dos sistemas de controle avancado, instalados em uma unidade de bene-

ficiamento de nafta1. O objetivo deste projeto, que se enquadra na fase de Avaliacao

de Performance da sitematica de investimentos apresentada no item 1.2, e analisar,

de maneira quantitativa, os resultados e benefıcios advindos da implantacao do APC

- Advanced Process Control em quatro processos distintos da unidade de beneficia-

mento de nafta:

- Processo de Extracao de Isopreno;

- Processo de Fracionamento de Compostos Aromaticos;

- Processo de Fracionamento de Nafta;

- Processo de Reforma Catalıtica.

As analises realizadas neste projeto objetivam determinar se os sistemas APC

melhoraram o desempenho e o rendimento dos processos, comparando um perıodo

onde nao ocorre a atuacao dos sistemas de controle sobre os processos com um

perıodo onde ocorre a atuacao dos sistemas de controle. Esta comparacao e quanti-

ficada em valores monetarios, determinando se houveram melhorias no desempenho

dos processos. Para tais analises, foram determinadas as variaveis dos processos sob

o controle dos sistemas APC que indicam melhorias no desempenho e no rendimento

dos processos.

Os itens subsequentes deste capıtulo apresentam: uma breve descricao de

cada um dos processos sob analise, os objetivos esperados com a aplicacao dos

sistemas APC, a metodologia de analise utilizada para a determinacao dos resultados

de avaliacao, os calculos realizados na determinacao dos resultados quantitativos e,

os resultados de analise obtidos.1A nafta e um derivado de petroleo utilizada principalmente como materia-prima da industria petroquımica

na producao de eteno e propeno, alem de outras fracoes lıquidas, como benzeno, tolueno e xilenos.

37

5.1: Descric ao do Processo

5.1.1: Processo de Extrac ao de Isopreno

O processo de extracao de isopreno tem por objetivo produzir 2-metil-1,3-buta-

dieno de alta pureza para a industria de borracha sintetica e de borracha termoplastica

SIS2, a partir de um corte C5 de gasolina de pirolise. A separacao do isopreno e rea-

lizada a partir do processo de destilacao extrativa, utilizando como solvente uma mis-

tura de acetonitrila, agua, alcool alılico e acetona, seguida de um super-fracionamento

que permite especificar o teor de pureza do produto. O processo pode ser dividido

em cinco secoes: preparacao de carga, extracao, recuperacao de solvente, remocao

de enxofre e fracionamento. O controle avancado foi implantado apenas na secao de

fracionamento. A figura 5.1 apresenta um diagrama esquematico da secao de fracio-

namento do processo de extracao de isopreno.

Figura 5.1: Representacao do processo de extracao de isopreno.

A purificacao do isopreno e realizada em duas colunas de super-fracionamento:

uma primeira coluna responsavel pela remocao de compostos leves e uma segunda

coluna responsavel pela remocao de compostos de pesados. O isopreno produto e

obtido no topo da coluna de remocao de compostos pesados, com pureza acima de

99,5%.2SIS - e um tipo de cadeia flexıvel, conhecida como poli-isopreno, da qual os elastomeros (borrachas)

termoplasticos sao constituıdos.

38

A coluna de remocao de compostos leves tem como funcao especificar de forma

rigorosa o isopreno em relacao a compostos mais leves, como o pentadieno-1,4 e o

butino-2. Devido ao risco de explosividade deste ultimo composto, faz-se necessario

perder no mınimo uma certa quantidade de isopreno pelo topo deste equipamento,

mantendo a concentracao de butino-2 em no maximo 55%.

Ja a coluna de remocao de compostos pesados tem como funcao especificar

de forma rigorosa o isopreno em relacao a compostos mais pesados, como o ciclo-

pentadieno e piperilenos3.

5.1.2: Processo de Fracionamento de Arom aticos

O processo de fracionamento de aromaticos tem por objetivo produzir benzeno

e tolueno de alta pureza a partir do fracionamento dos produtos oriundos do extrato

processo de extracao de aromaticos. Alem disto, esta area e responsavel por produ-

zir uma fracao de xilenos mistos, como etil-benzeno. O processo utilizado no fraci-

onamento de aromaticos e a destilacao dos diversos componentes por meio de um

conjunto de colunas de fracionamento. O processo e composto de quatro secoes:

- Coluna de Argila;

- Coluna de Benzeno;

- Coluna de Tolueno;

- Coluna de Xilenos.

O controle avancado foi implantado apenas nas colunas de benzeno e de to-

lueno. A figura 5.2 apresenta um diagrama esquematico das secoes do processo de

fracionamento de aromaticos.

Apos submeter a carga ao tratamento na coluna de argila, a corrente de pro-

duto da coluna de argila e encaminhada para a coluna de benzeno. Nesta coluna,

o benzeno e extraıdo com pureza 99,95% pelo topo da coluna. A corrente de fundo

da coluna de bezeno, composta por tolueno, xilenos e uma pequena fracao de com-

postos nao-aromaticos, e enviada para a coluna de tolueno. No topo desta coluna, o

tolueno e extraıdo com 99,9% de pureza. A corrente de fundo da coluna de tolueno e

processada na coluna de xilenos.3Piperileno - tambem conhecido como pentadieno-1,3. Este composto e utilizado como um monomero

intermediario na fabricacao de plasticos, resinas e adesivos.

39

Figura 5.2: Representacao do processo de fracionamento de aromaticos.

5.1.3: Processo de Fracionamento de Nafta

A figura 5.3 apresenta um diagrama esquematico do processo de fracionamento

de nafta.

Figura 5.3: Representacao do processo de fracionamento de nafta.

Este processo e responsavel por tratar a nafta bruta para a producao de nafta

media e por fraciona-la adequadamente para a producao de compostos aromaticos

para o prcesso de reforma catalıtica. O processo e composto por tres colunas de

40

destilacao. Na primeira coluna, grande parte dos compostos C6 e dos compostos leves

sao separados da nafta bruta, sendo retirados pelo topo da coluna. Estes compostos,

percussores para a formacao do benzeno, sao enviados para o processo de reforma

catalıtica. Parte da corrente de topo desta primeira coluna e enviada diretamente para

armazenamento e a outra parte e enviada para a coluna de nafta leve, onde parte do

GLP - Gas Liquefeito do Petroleo e recuperado. O GLP na fase gasosa, proveniente

do topo da coluna de nafta leve, pode ser enviado para uma planta de etileno ou para

o armazenamento. A corrente de fundo da coluna de nafta bruta e enviada para a

coluna de nafta pesada.

Na coluna de nafta pesada, a nafta media e separada da nafta pesada, procu-

rando maximizar a corrente de nafta media para a recuperacao dos hidrocarbonetos

com mais de oito atomos de carbono.

As colunas de nafta bruta e de nafta pesada interagem termicamente. A nafta

bruta, vinda dos tanques de armazenamento, primeiro passa pelo topo de um con-

densador da coluna de nafta pesada. Em seguida, esta corrente passa pela jaqueta

de um trocador de calor, que resfria a corrente de fundo da coluna de nafta pesada.

A nafta bruta, agora parcialmente vaporizada, e conduzida para o tanque tanque de

separacao. A parte gasosa da nafta neste tanque entra diretamente na coluna de nafta

bruta. A parte lıquida tambem entra na coluna, porem sob a restricao do controle de

nıvel da coluna.

5.1.4: Processo de Reforma Catalıtica

A figura 5.4 apresenta um diagrama esquematico do processo de reforma ca-

talıtica.

Este processo produz compostos aromaticos a partir de compostos naftenicos

e parafınicos. Ele tambem produz hidrogenio, que e usado no proprio processo ou em

outros processos do complexo industrial.

O processo e do tipo semi-regenerativo, sendo interrompido quando ha neces-

sita de regeneracao do catalisador. Existem quatro reatores em serie que utilizam pla-

tina e renio como catalisador em uma base de alumınio. Os efluentes da reacao sao

condensados e a parte gasosa e reciclada de modo a evitar a formacao de coque. A

parte lıquida e enviada para a coluna depentanizadora, onde a fracao leve e removida.

O produto de fundo desta coluna, que contem todos os compostos com mais de seis

41

Figura 5.4: Representacao do processo de reforma catalıtica.

atomos de carbono produzidos pelos reatores, e destinada a coluna deheptanizadora.

Na coluna deheptanizadora, a fracao C6 − C7, conhecida por reformado leve, e

separada no topo da coluna e enviada para o tanque de alimentacao do processo de

extracao de aromaticos, e a fracao, cujos compostos possuem mais de oito atomos de

carbono, conhecida como reformado pesado, e separada no fundo da coluna e enviada

para o tanque de alimentacao do complexo de aromaticos C8+. O reformado leve

e composto basicamente de benzeno e tolueno, enquanto que o reformado pesado

e composto por xilenos e aromaticos pesados. Alem das correntes de compostos

aromaticos, ha tambem a producao de hidrogenio, gas combustıvel e fracoes leves

C3 − C5 destinados a producao de GLP.

5.2: Os Objetivos do APC

O projeto de implantacao dos sistemas de controle avancado nos processos

mencionados anteriormente teve por objetivo aumentar o desempenho e o rendimento

destes processos quando comparados com os perıodos anteriores a implantacao do

APC. Os itens subsequentes apresentam os objetivos pretendidos em cada um dos

processos.

42

5.2.1: O APC do Processo de Extrac ao de Isopreno

Entre os objetivos pretendidos com a implantacao do APC no processo de

extracao de isopreno, estao os seguintes:

- Aumentar a carga da coluna de remocao de compostos leves;

- Aumentar a recuperacao de isopreno na coluna de remocao de compostos pe-

sados.

Em Outubro/2006, quando ocorreu a parada deste processo para melhorias e

reparos, ambas as colunas foram retiradas do processo de extracao isopreno. Por

esta razao, o aumento de carga seria um benefıcio temporario ate o momento desta

parada, enquanto que o aumento da recuperacao seria um benefıcio permanente.

5.2.2: O APC do Processo de Fracionamento de Arom aticos

Para o processo de fracionamento de aromaticos, os objetivos pretendidos com

a implantacao do APC sao os seguintes:

- Reduzir o consumo de vapor das colunas de benzeno e de tolueno;

- Aumentar a vazao de carga da coluna de benzeno e, por consequencia, a pro-

ducao de benzeno.

5.2.3: O APC do Processo de Fracionamento de Nafta

Neste processo, a implantacao do APC visava os seguintes objetivos:

- Reduzir a variabilidade do Ponto Inicial de Destilacao - IBP da coluna de nafta

bruta;

- Reduzir a variabilidade do Ponto Final de Destilacao - FBP da coluna de nafta

pesada.

5.2.4: O APC do Processo de Reforma Catalıtica

Para o processo de reforma catalıtica, o objetivo pretendido com a implantacao

do APC era a reducao da severidade dos reatores do processo.

43

5.3: A Metodologia de An alise Utilizada

A metodologia de analise utilizada neste projeto e descrita pelos seguintes pas-

sos:

- Identificacao das variaveis dos processos que indicam melhorias no desempe-

nho e no rendimento com implantacao dos sistemas de controle avancado. Estas

variaveis foram levantadas em conjunto com a equipe de engenharia de proces-

sos do cliente;

- Obtencao de bases comparativas utilizando os dados capturados antes da im-

plantacao dos sistemas de controle avancado, descartando os pontos espurios

devido a ocorrencia de disturbios (parada do processo, entre outros);

- Obtencao dos valores para comparacao, considerando um perıodo apos a im-

plantacao do APC;

- Elaboracao dos calculos para quantificar os resultados oriundos da implantacao

do APC;

- Elaboracao dos relatorios, consolidando todas as informacoes levantadas.

As variaveis definidas para a analise dos benefıcios obtidos com a implantacao

sistemas de controle foram as seguintes:

• Processo de extracao de isopreno

- Recuperacao de isopreno na coluna de remocao de compostos pesados.

• Processo de fracionamento de aromaticos

- Producao de benzeno na coluna de benzeno;

- Consumo de vapor nas colunas de benzeno e de tolueno.

• Processo de fracionamento de nafta

- Variabilidade do IBP da coluna de nafta bruta;

- Variabilidade do FBP da coluna de nafta pesada.

• Processo de reforma catalıtica

- Severidade dos reatores.

44

5.4: Os Calculos Realizados

Neste item sao apresentados os calculos realizados na determinacao dos be-

nefıcios quantitativos da implantacao dos sistemas de controle avancado.

5.4.1: Os Calculos para o Processo de Extrac ao de Isopreno

A equacao 5.1 apresenta o calculo de recuperacao de isopreno. Este calculo

fornece um valor percentual de quanto isopreno e recuperado na coluna de remocao

de compostos pesados.

Recuperacao =α

β −

(

γ

100

)

· δ(5.1)

onde:

- α e a media da vazao de isopreno obtida no topo da coluna de remocao de

compostos pesados;

- β e a media da vazao de carga da coluna de remocao de compostos leves;

- γ e a media da percentagem de butino-2 existente na corrente de saıda da coluna

de remocao de compostos leves;

- δ e a media da vazao de saıda da coluna de remocao de compostos leves.

De posse desta equacao, o aumento na recuperacao de isopreno pode ser men-

surado, diminuindo o valor de recuperacao obtido num perıodo apos a implantacao do

APC pelo valor de recuperacao obtido num perıodo anterior a implantacao do APC.

5.4.2: Os Calculos para o Processo de Fracionamento de Arom aticos

A equacao 5.2 apresenta o calculo de aumento de producao de benzeno.

Aumento de Producao = α − β (5.2)

onde:

- α e a media da vazao de benzeno produto obtida no topo da coluna de benzeno

apos a implantacao do APC;

45

- β e a media da vazao de benzeno produto obtida no topo da coluna de benzeno

antes da implantacao do APC.

Ja a equacao 5.3 apresenta o calculo de reducao do consumo de vapor das

colunas de benzeno e de tolueno por unidade de carga da coluna de benzeno.

Reducao no Consumo de Vapor =α

β−

γ

δ(5.3)

onde:

- α e a media do consumo total de vapor de ambas as colunas apos a implantacao

do APC;

- β e a media da vazao de carga da coluna de benzeno apos a implantacao do

APC;

- γ e a media do consumo total de vapor de ambas as colunas antes da implanta-

cao do APC;

- δ e a media da vazao de carga da coluna de benzeno antes da implantacao do

APC.

Como o resultado obtido na equacao 5.3 e a reducao no consumo de vapor nas

colunas por unidade de carga, para se obter a reducao total no consumo de vapor, o

resultado da equacao deve ser multiplicado pela media de vazao de carga da coluna

de benzeno apos a implantacao do APC.

5.4.3: Os Calculos para o Processo de Fracionamento de Nafta

A equacao 5.4 apresenta o calculo de variabilidade, utilizado tanto para o FBP

e quanto para o IBP, no processo de fracionamento de nafta.

Variabilidade =

√

∑n

i=1(αi − α)2

n − 1(5.4)

onde:

- α e a media do conjunto de valores coletados, tanto para o FBP quanto para o

IBP;

46

- αi e a i-esima amostra do FBP ou do IBP, dependendo de qual calculo esta

sendo realizado;

- n e o numero de amostras coletadas.

Para se obter a reducao da variabilidade, tanto para o FBP quanto para o IBP,

deve-se subtrair do valor de variabilidade obtido num perıodo apos a implantacao APC,

o valor de variabilidade obtido num perıodo anterior a implantacao do APC.

5.4.4: Os Calculos para o Processo de Reforma Catalıtica

A equacao 5.5 apresenta o calculo de severidade dos reatores do processo de

reforma catalıtica. Para este calculo, utilizou-se a formula do WAIT - Weighted Average

Inlet Temperature para quantizar a severidade dos reatores.

WAIT =4

∑

i=1

%i · τi (5.5)

onde:

- %i e a percentagem de catalisador utilizada no reator i;

- τi e a temperatura media da carga do reator i.

5.5: Os Resultados Observados

Nesta secao, os resultados comparativos sao apresentados. Para o processo de

extracao de isopreno, verificou-se um aumento de aproximadamente 2, 3% na recupe-

racao de isopreno na coluna de remocao de compostos pesados, apos a implantacao

do APC. Tambem observou-se um aumento de aproximadamente 10% na vazao de

carga da coluna de remocao de compostos leves.

Para o processo de fracionamento de aromaticos, observou-se, apos a implan-

tacao do APC, um aumento na producao de benzeno superior a 4, 4%. Quanto ao

consumo de vapor pelas colunas de benzeno e tolueno, houve uma reducao superior

a 9, 5% no consumo de vapor.

Quanto ao processo de fracionamento de nafta, foi verificada uma reducao su-

perior a 30% na variabilidade do IBP e uma reducao superior a 27% na variabilidade

47

do FBP, apos a implantacao do APC.

Por fim, observou-se uma reducao superior a 60% no valor de severidade dos

reatores do processo de reforma catalıtica com a implantacao do APC.

48

Capıtulo 6: Conclus oes e Perspectivas

Este relatorio apresentou as atividades desenvolvidas pelo academico na em-

presa Chemtech, durante o perıodo da disciplina de Projeto de Fim de Curso. Estas

atividades constituıram-se no desenvolvimento de determinadas fases de quatro pro-

jeto de controle e automacao para uma industria do setor petroquımico. Todas as

atividades mencionadas neste relatorio foram encerradas ate o final de Marco/2007.

O projeto apresentado no capıtulo 2 foi de extrema importancia para o cliente,

pois permitiu que determinadas malhas de controle de vazao, consideradas crıticas

para o funcionamento do processo de producao PEAD, fossem fechadas e colocadas

em automatico. O ultimo levantamento realizado no processo, em Abril/2007, mostrou

que todas as malhas sintonizadas pelo projeto estao funcionando adequadamente.

A importanica deste funcionamento adequado e que a Chemtech iniciou o projeto

de implantacao do APC neste processo, e uma das premissas para o funcionamento

adequado do sistema de controle avancado e a correta sintonia das malhas de controle

local.

Quanto aos projetos apresentados nos capıtulos 3 e 4, ambos serao executa-

dos em Maio/2007. Estes dois projetos tem por objetivo aumentar a seguranca do

processo de extracao de butadieno. Como foi mencionado, o butadieno e um com-

posto extremamente inflamavel, capaz de causar grandes explosoes se nao manipu-

lado adequadamente. Tanto o projeto de melhoria da instrumentacao do compressor

quanto o projeto de instalacao de valvulas para isolamento dos maiores inventarios

de butadieno sao projetos que visam aumentar a seguranca do processo, prevenindo

perdas humanas e materiais.

O projeto de analise dos sistemas de controle avancado de uma unidade de

beneficiamento de nafta permitiu verificar se os objetivos propostos pelo fornecedor

do sistema foram realmente atingidos. Este projeto forneceu ao cliente os verdadeiros

resultados oriundos da implantacao do APC. Tambem e possıvel verificar se houve

retorno do investimento realizado na aquisicao dos sistemas e, se isto ainda nao ocor-

reu, em quanto tempo isto deve ocorrer.

Por fim, vale mencionar que o academico esta atualmente alocado em um pro-

jeto de migracao, que tem por objetivo substituir o DCS obsoleto, instalado em duas

plantas piloto de polipropileno, por um DCS mais moderno. Para participar deste pro-

49

jeto, o academico foi transferido do escritorio da Chemtech em Salvador para o es-

critorio localizado em Porto Alegre, ja que estas plantas piloto estao localizadas no

complexo petroquımico de Triunfo, no Rio Grande do Sul.

50

Bibliografia

[1] Astron, K. J., Hagglund, T. - Advanced PID Control - ISA - The Instrumentation,

Systems and Automation Society, 2006;

[2] Friedmann, P. G. - Automation and Control Systems Economics, 2nd edition - ISA

- The Instrumentation, Systems and Automation Society, 2006;

[3] Mattos, E. E., Falco, R. - Bombas Industriais, 2a edicao - Editora Interciencia,

1998;

[4] ANSI/ISA-S5.1-1984 - Instrumentation Symbols and Identification;

[5] ANSI/ISA-S5.2-1976 - Binary Logic Diagrams for Process Operations;

[6] ISA-S5.3-1983 - Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display Instru-

mentation, Logic and Computer Systems;

[7] ANSI/ISA-S5.4-1991 - Instrument Loop Diagrams;

[8] ANSI/ISA-S5.5-1985 - Graphic Symbols for Process Displays.

51

Anexo A: Cronogramas das Atividades Desenvolvidas

Neste anexo, sao apresentados os cronogramas atualizados em Abril/2007 dos

projetos em que o academico esteve trabalhando durante o perıodo compreendido

entre Setembro/2006 e Marco/2007, em formato de diagramas Gantt.

Figura A.1: Cronograma do Projeto do Capıtulo 2.

52

Figura A.2: Cronograma do Projeto do Capıtulo 3.

Figura A.3: Cronograma do Projeto do Capıtulo 4.

Figura A.4: Cronograma do Projeto do Capıtulo 5.

53