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Desafio
- Um sistema de controle para turbomáquinas em uma plataforma aberta que permite que o gás seja reciclado dentro do compressor, evitando flares, com otimização de custos e lucro, tanto em fábrica nova quanto em brownfield.
Soluções
PlantPAx Modern DCS
- Automação do sistema de controle de turbomáquinas baseada em algoritmos configuráveis integrados Allen-Bradley ControlLogix
Resultados
- Economia de energia
- Maior eficiência
- Aumento do lucro
A visão de uma chama na noite, quando você passa por uma refinaria, tem algo fascinante se você não parar para pensar no que está por trás desses flares. Todos nós entendemos perfeitamente que isso, como qualquer fenômeno de combustão, está de fato poluindo a atmosfera.
Uma análise mais aprofundada sobre a operação dessas plantas nos levaria à conclusão de que a energia desperdiçada dessa forma poderia ser aproveitada.
A crescente atenção demonstrada recentemente por muitas empresas em relação à eficiência e à redução dos custos de gestão da fábrica, além de uma maior sensibilidade às políticas de sustentabilidade ambiental, deve levar a um declínio gradual desses flares.
Mas como minimizar um fenômeno que causa sérios danos à comunidade e nega à empresa a oportunidade de fazer o melhor uso de seus recursos?
Como frequentemente acontece, a solução para o problema não é tão complexa e é caracterizada especificamente por uma relação custo/benefício decididamente favorável ao último.
Ter um sistema de controle de turbomáquina que permita a reciclagem do gás produzido pelo compressor que aciona a turbina significa a capacidade de reutilizar um recurso energético que, de outra forma, teria que ser queimado, criando um flare. Um sistema que se traduz em benefícios tangíveis em termos de redução do consumo de energia, melhoria da produtividade e uso de ativos e, por último, mas não menos importante, redução da poluição ambiental.
Esse sistema se traduz em benefícios tangíveis em termos de redução do consumo de energia, aumento da produtividade e uso de ativos e, por último, mas não menos importante, redução da poluição.
Engenharia e tecnologia química para aumentar a lucratividade
A Energy Control Technologies, ou ECT, foi fundada nos Estados Unidos há cerca de uma dúzia de anos e, há três anos, opera sua própria subsidiária na Europa. A empresa concentra sua atividade no controle de turbomáquinas de plataforma aberta, especializando-se em aplicações, know-how e algoritmos de controle para grandes compressores rotativos para fábricas industriais, sejam eles axiais, centrífugos, turbinas a vapor, turbinas a gás ou turboexpansores.
É uma atividade de nicho que desempenha um papel em aplicações de automação industrial e baseia-se na criação de algoritmos muito complexos que, levando em consideração a termodinâmica do gás dentro dos compressores, evitam a necessidade de queimar um flare, garantindo eficiência energética não apenas para o compressor, mas também para a máquina e todo o sistema. Tais sistemas exigem níveis extremamente altos de taxas de resposta de varredura do processador do ponto de vista do hardware, cerca de 30/40 milissegundos, e encontram sua aplicação ideal quando integrados a um sistema de controle de compressor.
A ECT encontrou essas características na Rockwell Automation, para a qual é parceira OEM há mais de dez anos, reconhecendo o controlador de automação programável (PAC) Allen-Bradley® ControlLogix® como sua instalação de hardware mais histórica, confiável e de referência, com o valor agregado de integração total ao sistema digital de controle distribuído PlantPAx®.
Plataformas proprietárias vs. abertas
Há cerca de 30–40 anos, quando esse nicho de mercado foi desenvolvido, os CLPs disponíveis não ofereciam o desempenho necessário e isso significava que, para a funcionalidade anti-surge, a indústria desenvolveu plataformas de hardware proprietárias nas quais o software era instalado. Embora essa não seja uma situação ideal, pois cria uma dependência estreita entre a empresa e o programador da solução de caixa preta, esse tipo de cenário tecnológico ainda é bastante frequente; por exemplo, em termos de custos e tempo de serviço em caso de falha ou no manuseio de peças sobressalentes destinadas apenas a essa unidade.
Ao fornecer algoritmos de controle configuráveis e não programáveis para turbomáquinas instaladas em plataformas de hardware aberto, com preferência pelo Allen-Bradley® ControlLogix® da Rockwell Automation, a ECT está ajudando com sucesso a erradicar essa prática com base nos benefícios relatados por seus clientes. A escolha de fornecer algoritmos configuráveis e não programáveis significa que o principal do algoritmo é selado e não pode ser alterado. Por exemplo, os 600 parâmetros de configuração para executar o algoritmo básico de controle de surto em uma máquina ou fábrica específica criam um processo repetível que é perfeitamente documentado e, portanto, absolutamente independente de quem o desenvolveu. Isso permite que ele seja mantido ao longo do tempo porque é baseado nos mesmos elementos fundamentais que são bem documentados e, portanto, podem ser replicados projeto após projeto.
Um projeto de melhor prática
Um exemplo disso é o projeto realizado pela ECT e pela Rockwell Automation para um OEM que atua na República Tcheca e que construiu um compressor para uma empresa de petróleo e gás da Eslováquia. Trata-se de uma aplicação de gás etileno comprimido e, especificamente, de uma unidade de fábrica no processo principal de refino. Embora essa unidade não seja essencial para o refino e não tenha nenhum impacto na operação da fábrica no caso de seu encerramento, ela representa uma melhoria que aumenta muito a produtividade da refinaria. Em um setor altamente competitivo como o de refino, a exploração e o reuso parcial de material obtido a partir de resíduos de processo e o consequente aumento da produtividade tornam a disponibilidade dessas fábricas satélites particularmente importante, pois elas têm um forte impacto na lucratividade das empresas de petróleo e gás.
A atualização representa uma melhoria que aumenta significativamente a produtividade da refinaria.
Neste projeto, um motor elétrico foi instalado com um compressor de dois estágios controlado por válvulas cuja função de abertura/fechamento permite a regulação da vazão de gás, bem como da pressão e da temperatura. O sistema de controle é baseado em um ControlLogix PAC para as funcionalidades anti-surto, com válvulas controlando a passagem para cada estágio a fim de evitar aumentos descontrolados na temperatura e na pressão do gás que comprometeriam o compressor e poderiam derretê-lo. O sistema também inclui malhas de controle com controladores de calço que injetam gás frio na linha de reciclagem para compensar o superaquecimento com a abertura precoce da válvula, com base nas curvas de transformação do etileno. Tudo isso foi alcançado integrando o sistema de controle do compressor, gerenciado por meio do PlantPAx DCS da Rockwell Automation.
Uma característica distinta deste projeto é o uso da arquitetura multiprocessador ControlLogix. Onde um sistema de controle de compressor usando soluções da Rockwell Automation já está em operação, é particularmente útil integrar uma CPU adicional dedicada aos algoritmos ECT para o anti-surto. Dessa forma, os dois sistemas, embora perfeitamente segregados, pois cada um tem sua própria CPU e placa de E/S, coexistem em um único PAC e criam uma solução totalmente integrada para controle de máquina e gestão anti-surto, superando a dicotomia representada por situações híbridas em que a função anti-surto é gerenciada com soluções de caixa preta completamente desconectadas do sistema de controle do compressor.
No caso da empresa de petróleo e gás da Eslováquia, o projeto foi criado do zero, mas essa solução também é perfeitamente aplicável a plantas existentes, onde plataformas proprietárias para anti-surto podem ser substituídas e integradas em um único ambiente de controle representado pelo sistema PlantPAx existente. Essa integração fornece acesso a todos os recursos nativos de análise do sistema digital de controle distribuído PlantPAx para melhorar, por exemplo, estratégias de manutenção preditiva e minimizar o tempo de parada não programada.
Informações adicionais
Os resultados mencionados acima são específicos para o uso de produtos e serviços da Rockwell Automation pela ECT em conjunto com outros produtos. Resultados específicos podem variar para outros clientes.
Declaração da empresa parceira
A Energy Control Technologies (ECT) oferece soluções de controle para turbocompressores, turbinas a vapor, turbinas a gás, turboexpansores, compressores de parafuso, compressores alternativos e centrífugas. As soluções da ECT aumentam a eficiência energética e a produção, ao mesmo tempo em que melhoram a proteção da máquina.
As soluções da ECT incluem controle de surto, controle de desempenho, compartilhamento de carga, controle de velocidade e extração de turbina a vapor, controle e sequenciamento de combustível de turbina a gás, controle de turboexpansor, proteção contra vibração, controle de rede de ar da planta, serviços de simulação e sistemas de controle e proteção de centrífuga.
Publicado 27 de dezembro de 2020