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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA
RELATÓRIO DE ESTÁGIO SUPERVISIONADO
AMPLIAÇÃO DE UMA ESTAÇÃO COLETORA DE PETRÓLEO
EMPRESA: PETROENG - CONSULTORIA E PROJETOS INDUSTRIAIS LTDA.
Discente: Larissa Pinheiro de Souza.
Orientador: Prof. Dr. Gilson Gomes de Medeiros.
Supervisor: Eng. Leonardo de Souza Leal.
NATAL-RN
2016.1
LARISSA PINHEIRO DE SOUZA
RELATÓRIO DE ESTÁGIO SUPERVISIONADO
AMPLIAÇÃO DE UMA ESTAÇÃO COLETORA DE PETRÓLEO
Relatório apresentado à Universidade Federal
do Rio Grande do Norte, como requisito para
aprovação na disciplina de Estágio
Supervisionado (DEQ – 0537), referente ao
estágio realizado pela aluna Larissa Pinheiro
de Souza na empresa PETROENG durante o
primeiro semestre do ano de 2016, sob a
supervisão do Eng.Químico Leonardo de
Souza Leal e a orientação do Prof. Dr. Gilson
Gomes de Medeiros.
NATAL-RN
2016.1
AGRADECIMENTOS
A Deus pela vida e por todas as oportunidades de evolução.
Aos meus Pais por todo o empenho, dedicação e carinho, por me
incentivarem e me apoiarem sempre.
À minha irmã por todo o auxílio e compreensão.
Aos meus avós maternos e paternos que sempre fizeram de tudo por mim e
pelos meus pais.
A todos os meus tios, tias e primos por sempre me apoiarem.
Ao meu namorado por todo o carinho, amor e compreensão.
Aos meus amigos por me incentivarem e me apoiarem, sendo muitos deles
alunos do curso de Engenharia Química.
A todos os colegas de curso de Engenharia Química que dividiram comigo os
difíceis e bons momentos do curso.
Aos Professores da UFRN e aos professores da ENSIACET pelos
conhecimentos e experiências transmitidos. Em especial, ao Professor Dr. Gilson
Gomes de Medeiros por todo o auxílio e conhecimentos transmitidos na orientação
deste trabalho.
Ao PET pela oportunidade de crescimento pessoal e acadêmico.
À CAPES pela oportunidade de participar do programa BRAFITEC.
À ENSIACET por todo o conhecimento e estrutura proporcionada.
À PETROENG pela oportunidade de estágio, em especial ao Engenheiro
Leonardo e a desenhista Eline por toda a paciência e todos os conhecimentos
transmitidos.
Portanto, a todos que de forma direta ou indireta contribuíram para minha
formação acadêmica, meu muito obrigada.
RESUMO
Na empresa PETROENG – Consultoria e Projetos Industriais Ltda foi
desenvolvido o presente estágio supervisionado obrigatório que corresponde a um
componente curricular de 360 h do curso de Engenharia Química da UFRN. Em
virtude disso, as atividades foram desenvolvidas na área de Engenharia de
Processos Químicos com foco na elaboração de projetos, tendo como objetivo
desenvolver no estagiário a visão prática dos conteúdos ministrados durante o
curso, além de proporcionar ao graduando uma oportunidade de experiência no
campo profissional. Portanto, nesse relatório serão descritas as tarefas
desenvolvidas no período de estágio, sendo abordado, mais detalhadamente, o
projeto de ampliação de uma estação coletora de petróleo.
Palavras-Chaves: ampliação, consultoria, petróleo, estação.
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
UFRN – Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
SCI – Sistema de Combate a Incêndio.
NPSH – Net Positive Suction Head.
BSW – Basic Sediments and Water.
PI- Pressure Indicator.
LI- Level Indicator.
LIT- Level Indicator Transmitter.
PIT- Pressure Indicator Transmitter.
PDIT- Pressure Differential Indicator Transmitter.
PV- Pressure Valve.
PAL- Low Pressure Alarm.
PSL- Low Pressure Switch.
PAH- High Presure Alarm.
PSH- High Pressure Switch.
PDAH- High differential Pressure Alarm.
LAH- High Level Alarm.
LAL- Low Level Alarm.
LSL- Low Level Switch.
LGE- Líquido Gerador de Espuma.
LISTA DE SIMBOLOS
A Área
D Diâmetro
DI Diâmetro Interno
DN Diâmetro Nominal
ε/D Rugosidade relativa
f Coeficiente de atrito
g Aceleração da gravidade
H Altura manométrica total
hd Altura Manométrica de Descarga
hf Perda de carga total
hfd Perda de carga nas linhas e acessórios da descarga
hfs Perda de carga nas linhas e acessórios da sucção
hs Altura Manométrica de Sucção
Ltotal Comprimento total
η Eficiência.
P Potência absoluta
ρ Massa específica
Pa Pressão atmosférica local
Pd Pressão de Descarga
Ps Pressão de Sucção
Pv Pressão de vapor na temperatura de operação
Q Vazão
Re Número de Reynolds
Top Temperatura de operação
µ Viscosidade
V Velocidade
γ Peso específico do fluido
Zd Altura estática de recalque (desnível da tubulação)
Zs Altura estática de sucção (desnível da tubulação + nível de líquido)
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................................... 8
2. EMPRESA ................................................................................................................................ 9
3. ATIVIDADES REALIZADAS ..................................................................................................10
3.1. PROJETO DE AMPLIAÇÃO DE UMA ESTAÇÃO COLETORA DE PETRÓLEO ........10
3.2. PRODUÇÃO .......................................................................................................................11
3.2.1 INSTRUMENTAÇÃO DO SISTEMA .............................................................................12
3.2.2 DIMENSIONAMENTO DE BOMBAS ............................................................................13
3.2.2.1 METODOLOGIA..........................................................................................................14
3.2.2.2 RESULTADOS ............................................................................................................17
3.3. SISTEMA DE COMBATE A INCÊNDIO – SCI.................................................................21
3.4. SISTEMA DE AR COMPRIMIDO ......................................................................................26
3.5. SISTEMA DE MEDIÇÃO....................................................................................................28
4. IDENTIFICAÇÃO DOS CONTEÚDOS ESTUDADOS ........................................................29
5. CONSIDERAÇÕES GERAIS ................................................................................................30
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................................31
GLOSSÁRIO...................................................................................................................................32
ANEXO ............................................................................................................................................33
8
1. INTRODUÇÃO
O estágio supervisionado obrigatório proporciona ao aluno utilizar os
conhecimentos teóricos adquiridos no ambiente universitário aliados a uma vivência
prática. Essa atividade curricular faz um elo entre a universidade e o mercado de
trabalho, possibilitando ao graduando uma capacitação profissional.
Este relatório de estágio descreve as atividades realizadas na empresa
PETROENG – Consultoria e Projetos industriais Ltda, na área de Projetos e Consultorias
no estado do Rio Grande do Norte, no setor de Engenharia de Processos Químicos,
localizado na sede da cidade de Natal/RN.
Basicamente, as atividades desenvolvidas estão relacionadas às etapas do
Processamento Primário de Petróleo. Após essas etapas primárias, o óleo tratado e o
gás são transportados por oleodutos e gasodutos, respectivamente, para unidades de
tratamento e processamento de fluidos e a água produzida tratada é injetada em poços
injetores de água para a recuperação secundária de petróleo.
Contudo, o presente trabalho terá um enfoque no projeto de ampliação de uma
estação coletora de petróleo, devido a esse projeto ser um dos mais completos e
contemplar a maior parte das atividades desenvolvidas no estágio. Este projeto se divide
em: ampliação da produção, adequação do sistema de combate a incêndio, introdução
de um sistema de ar comprimido e ampliação do sistema de medição. Na parte de
produção será detalhado o dimensionamento de bombas boosters e de transferência; já
na parte de combate a incêndio será detalhada toda a adequação necessária para esse
sistema com a ampliação da estação, bem como serão detalhados os sistemas de ar
comprimido e de medição.
Essa atividade curricular supervisionada pelo Engenheiro de Processo Leonardo
de Souza Leal e orientada pelo Prof. Gilson Gomes de Medeiros, apresentou uma carga
horária de 360 h, correspondendo ao período de 22/02/2016 a 30/05/2016, sendo
cumpridas 6 horas diárias.
9
2. EMPRESA
A PETROENG – Consultoria e Projetos Ltda é uma empresa de engenharia de
médio porte, que atua em vários segmentos tais como, projetos, gerenciamento,
planejamento e assistência a montagens industriais, desde o projeto básico até o start-
up. Ela possui uma equipe técnica qualificada com experiências em diversos
empreendimentos de pequeno, médio e grande porte, seja no ramo petroquímico,
químico, petrolífero e alimentício.
A mesma tem escritórios em quatro estados do Brasil, sendo três na região
Nordeste (Bahia, Sergipe e Rio Grande do Norte) e um na região Sudeste (São Paulo),
acolhendo mais de 200 colaboradores ao todo.
A filial da PETROENG em Natal se divide em diferentes setores técnicos, os quais
atendem às solicitações de clientes para serviços nas áreas de elétrica, civil, tubulação,
processo, instrumentação, automação; além de possuir setores administrativos, tais
como gestão, arquivo técnico, financeiro e recursos humanos, responsáveis pela
organização de todas as atividades.
O setor de processo é responsável por fazer todo o projeto básico das
solicitações recebidas pela empresa, sendo essencial aos demais setores, que
dependem dele para desenvolver seu trabalho. Dentre as atividades pertinentes
encontram-se a elaboração de fluxogramas de engenharia, fluxogramas de processo,
lista de linhas, folhas de dados de instrumentos e equipamentos, dimensionamento de
bombas, compressores e vasos de pressão, elaboração de memoriais descritivos do
processo, entre outros.
Com a finalidade de contribuir para o desenvolvimento tecnológico do setor, e
consequentemente do país, a empresa objetiva abrir novos mercados, em busca de
novas oportunidades de negócio, priorizando a segurança industrial e a preservação do
meio ambiente.
10
3. ATIVIDADES REALIZADAS
As atividades desenvolvidas durante o estágio concentraram-se na elaboração de
memórias de cálculo, no preenchimento de folha de dados e na elaboração de
memoriais descritivos dos processos. Essas atividades não estão relacionadas apenas
com um projeto, pois foram realizados vários projetos simultaneamente durante o
período do estágio.
Contudo, o presente relatório vai detalhar algumas atividades realizadas no
projeto de ampliação de uma estação coletora de petróleo, devido a este projeto ser bem
completo e apresentar grande parte das atividades cumpridas durante o estágio.
Entretanto, observa-se que algumas informações foram preservadas devido ao caráter
sigiloso dos projetos desenvolvidos para a empresa contratante.
3.1. PROJETO DE AMPLIAÇÃO DE UMA ESTAÇÃO COLETORA D E PETRÓLEO
Na estação coletora A de petróleo, a emulsão (água+óleo) recentemente retirada
dos poços é coletada em um manifold (header de recebimento de petróleo dos poços)
no qual o fluido vindo de diferentes poços é misturado e enviado para tanques de
transferência. Parte desse petróleo segue para outros tanques, denominados de tanques
de teste, os quais testam basicamente o teor de água e sedimentos no petróleo (BSW).
A outra parte do óleo que é armazenada nos tanques de transferência segue, através do
auxilio de bombas boosters e de transferência, para a estação B. Além disso, a estação
tem uma caixa coletora de petróleo para o descarte dos tanques de teste, um lançador
de pig para limpeza da linha e um filtro entre as bombas boosters e de transferência
para retenção de impurezas.
Desta forma, a ampliação desta estação se faz necessária para que novos poços
possam ser acoplados ao manifold, sendo indispensável não só a ampliação relacionada
à produção, mas também que o sistema de combate a incêndio esteja adequado para
essa nova vazão. Logo, o dimensionamento das bombas boosters, das bombas de
transferência, a adequação dos novos instrumentos, juntamente com o sistema de
combate a incêndio, a introdução de um sistema de ar comprimido e uma ampliação no
sistema de medição da estação coletora B serão detalhados nos tópicos posteriores
desse relatório.
11
3.2. PRODUÇÃO
Na parte de produção, a ampliação visa à introdução de dois tanques de
transferência de 2000 m³, três bombas boosters, três bombas de transferência e um filtro
do tipo duplex. Dessa forma, cada conjunto de bombas irá operar tendo uma bomba
como reserva, ou seja, apenas duas bombas estarão em operação. Observa-se, ainda, a
introdução da instrumentação do sistema referente à entrada dos novos equipamentos e
controle dos mesmos.
Contudo, os equipamentos já existentes na estação, como o tanque de
transferência de 850 m³, os doze tanques de teste de 20 m³, as três bombas de
transferência, o sistema de coleta oleosa e as bombas de retratamento, serão
conservados.
Na Figura 1, é possível visualizar a introdução dos novos equipamentos e a
permanência dos existentes, bem como os novos instrumentos citados anteriormente.
Figura 1 – Fluxograma da Produção da Estação Coletora A de Petróleo
12
3.2.1 INSTRUMENTAÇÃO DO SISTEMA
No que diz respeito à automação do sistema, serão instalados nos tanques (TQ-
17/18) transmissores e indicadores de nível do tipo radar. Assim, no supervisório da
estação, serão implementadas as seguintes funções associadas ao LIT:
• LAL/LSL (alarme e intertravamento de nível baixo);
• LAH (alarme de nível alto).
Dessa forma, nível baixo nos tanques (TQ-17/18) é detectado pelo LIT que irá
intertravar as bombas boosters (B-04 A/B/C) e de transferência (B-05 A/B/C).
Em cada tanque, será instalado um indicador de nível do tipo régua.
Será instalado um indicador de pressão PI, no header de saída dos tanques (TQ-
17/18), indicadores de pressão PI nas descargas das bombas boosters (B-04 A/B/C),
bem como indicadores de pressão PI nas linhas de sucção e descarga das bombas de
transferência (B-05 A/B/C).
Indicadores e transmissores de pressão PIT serão instalados na sucção das
bombas de transferência (B-05 A/B/C). Outro indicador e transmissor de pressão PIT
será instalado no header de descarga das bombas de transferência.
Para os PIT de sucção das bombas de transferência, serão implementadas as
seguintes funções no sistema supervisório:
• PI (indicação de pressão);
• PAL/PSL (alarme e intertravamento por pressão baixa).
Dessa forma, pressão baixa detectada pelo PIT irá intertravar as bombas de
transferência (B-05 A/B/C).
No caso do PIT de descarga das bombas de transferência, serão implementadas
as seguintes funções no sistema supervisório:
• PI (indicação de pressão);
• PAL/PSL (alarme e intertravamento por pressão baixa);
• PAH/PSH (alarme e intertravamento por pressão alta).
Portanto, pressão baixa ou pressão alta detectada pelo PIT irá intertravar as
bombas de transferência (B-05 A/B/C).
Na linha de entrada dos filtros FT-10 A/B, será instalado o indicador e transmissor
de pressão diferencial PDIT, que terá a seguinte função implementada no sistema
supervisório:
• PDAH (alarme de pressão diferencial alta).
13
Dessa forma, pressão diferencial alta detectada pelo PDIT fará soar um alarme no
sistema supervisório, indicando ao operador o aumento da perda de carga do filtro que
estava em operação e a necessidade de colocar em operação o filtro reserva.
A válvula de controle PV será instalada no header de descarga e terá seu controle
feito em função dos valores de pressão, de forma a manter as bombas de transferência
operando sempre em torno da região de melhor desempenho, tomando por base a curva
desse equipamento.
3.2.2 DIMENSIONAMENTO DE BOMBAS
Com a ampliação da estação e consequente introdução dos conjuntos de bombas
booster e de transferência no sistema, fez-se necessário o dimensionamento destas
bombas. Esse dimensionamento foi baseado nas seguintes premissas e dados do
processo:
• As bombas são do tipo centrífuga;
• Vazão individual de cada bomba de 354,0 m³/h (0,0983 m³/s);
• Velocidade recomendada para linha de sucção menor do que 1,5 m/s;
• Velocidade recomendada para linha de descarga menor do que 2,5 m/s;
• Pressão de operação na linha de sucção da bomba de transferência
igual a 4,6 kgf/cm²g;
• Pressão de operação na linha de descarga da bomba de transferência
igual a 16,0 kgf/cm²g;
• Desnível na tubulação de descarga da bomba booster de 0,5 m;
• A descarga das bombas boosters é a sucção das bombas de
transferência.
Os dados referentes às propriedades do fluido podem ser vistos na Tabela 1.
14
Tabela 1- Dados do Fluido.
Dados do fluido Unidade Fluido Emulsão -
Temperatura de operação (TOP) 20-60 ºC
Pressão de vapor @ TOP 0,056 kgf/cm²a Viscosidade do fluido 94,57 cP
Massa específica 982,2 kg/m3
3.2.2.1 METODOLOGIA
Foi utilizada a equação de Darcy-Weisbach (Eq.1) para o cálculo da perda de
carga por fricção e o método do comprimento equivalente para contabilizar o efeito dos
acessórios.
)1( 2
2
g
V
D
Lfh total
f =
Na Eq. 1, f é o coeficiente de atrito (adimensional), L é o comprimento total da
tubulação em m, V é a velocidade em m/s, D o diâmetro da tubulação em m, hf a perda
de carga total em m e g é a gravidade em m/s2.
O coeficiente de atrito ( f ) é uma função do número de Reynolds e da rugosidade
relativa (ε/D). O número de Reynolds é dado pela seguinte equação:
(2) v
Reµ
Dρ=
Na eq. 2, Re é Número de Reynolds (adimensional), ρ é a massa específica em
kg/m³, v é a velocidade em m/s, D é o diâmetro da tubulação em m e µ é a viscosidade
em kg/m.s (1 kg/m.s = 1000 cP).
O fator de atrito f foi calculado pela equação de Churchill, onde Re é o número
de Reynolds (adimensional), D é o diâmetro interno em m e ε/D é a rugosidade em m.
15
)3(
Re
7
D3,7log2
1f
2
0,9
10
+⋅
⋅−
=ε
O fator de atrito foi calculado pela Eq.3 devido ao regime ser turbulento. Porém, o
regime sendo laminar, deve-se usar a seguinte correlação:
(4) Re
64f =
Foram utilizadas as condições de operação (vazão, nível de líquido e temperatura
de operação) que forneceram resultados mais conservativos para perda de carga e
NPSH disponível.
Para o cálculo das pressões de sucção e descarga, considerou-se um aumento
de 25% nas respectivas perdas de cargas para efeito de segurança do projeto.
A pressão de sucção foi calculada pela seguinte equação:
(5) ss hgP ××= ρ
Na Eq.5, PS é a pressão de sucção em Pa (98066,5 Pa = 1 kgf/cm²), ρ é a massa
específica nas condições de operação em kg/m³, g é a aceleração da gravidade em
m/s², hs é a altura manométrica de sucção em m.
A pressão de descarga foi calculada pela Eq. 6, onde Pd é a pressão de descarga
em Pa (98066,5 Pa = 1 kgf/cm²), ρ é a massa específica nas condições de operação em
kg/m3, hd é a altura manométrica de descarga em m.
(6) dd hgP ××= ρ
16
A altura manométrica de sucção hS , em m, foi calculada pela Eq. 7:
(7) fsss
s hZP
h −+=γ
Nessa equação, Zs é a altura estática de sucção (desnível da tubulação + nível de
líquido) em m, hfs é a perda de carga nas linhas e acessórios da sucção em m, Ps é
pressão no reservatório de sucção em Pa, γ é o peso específico do fluido, em N/m³.
A altura manométrica de descarga foi calculada pela Eq. 8, onde hd é a altura
manométrica de descarga em m, Zd é a altura estática de recalque (desnível da
tubulação) em m, hfd é a perda de carga nas linhas e acessórios da descarga em m, Pd é
a pressão do reservatório de recalque em Pa, γ é o peso específico do fluido em N/m³.
(8) fddd
d hZP
h ++=γ
A altura manométrica total (H) é a diferença entre as alturas manométricas de
descarga e a de sucção, desta forma, pode-se calcular essa variável pela seguinte
equação, cujo resultado será expresso em m:
(9) Sd hhH −=
O NPSH disponível foi calculado a partir da seguinte equação:
(10) fvas
sd hPPP
ZNPSH −−++=γ
Na Eq. 10, Zs é a altura estática de sucção (desnível da tubulação + nível de
líquido) em m, Pa é a pressão atmosférica local em Pa, Pv é a pressão de vapor na
temperatura de operação em Pa, Ps é a pressão no reservatório de sucção em Pa, hf é
a perda de carga nas linhas e acessórios da sucção em m, γ é o peso específico em
N/m³.
17
A potência foi calculada pela seguinte equação, onde P é a potência absoluta em
cv, Q é a vazão em m³/h, γ é o peso específico em N/m³, H é a altura manométrica total
em m, η é a eficiência (considerada igual 75 %):
(11) .1078,3 7
ηγ HQ
P⋅⋅⋅= −
O dimensionamento do diâmetro da tubulação de sucção e de descarga foi feito
de forma que as velocidades máximas nas linhas de sucção e descarga sejam iguais a
1,5 e 2,5 m/s, respectivamente. Assim, foram calculados os diâmetros D dos trechos das
linhas, em m, através das Eq. 13, depois de se obter, pela Eq. 12, as áreas (A) da seção
transversal das linhas, em m²:
(12) v
QA =
(13) 4
5,0
=πA
D
3.2.2.2 RESULTADOS
Inicialmente, foram calculados os diâmetros das linhas. Esses diâmetros foram
estimados de acordo com os trechos da tubulação, os quais são definidos pela vazão
que passa na linha. Observa-se que esses trechos foram determinados em relação aos
casos mais críticos. Esses trechos são mostrados na Figura 2 e na Figura 3.
Figura 2 – Trechos de sucção e descarga da tubulação para as bombas boosters
18
Figura 3 – Trechos de sucção e descarga da tubulação para as bombas de transferência
Uma vez calculados os diâmetros de acordo com as equações 12 e 13 citadas
acima, determinaram-se os trechos, quantificando-se os acidentes e seus respectivos
comprimentos equivalentes. Logo após, o tipo de material foi determinado conforme a
Norma DR-ENGP-1.1 (ver Ref. [2]) de acordo com o tipo de fluido presente na linha.
Dessa forma, os seguintes dados dos trechos podem ser vistos na Tabelas 2 e 3.
Tabela 2- Dados dos trechos para bombas boosters.
Tipo Quant. Leq (m)ENT. DE TUBO 1 28,96
T DERIVAÇÃO 1 26,22
T RETO 3 8,84
CURVA 90O 2 12,8
VÁLV. GAVETA 1 5,49
SAÍDA DE TUBO 1 36,59
ENT. DE TUBO 1 21,34
VÁLV. ESFERA 1 6,1
REDUÇÃO 1 1,83
T DERIVAÇÃO 1 19,82
CURVA 90O 1 10,06
FILTRO Y 1 250,722099
SAÍDA DE TUBO 1 26,83
ENT. DE TUBO 1 18,29
RETENÇÃO 1 42,68
VÁLV. ESFERA 1 5,79
CURVA 90O 3 9,15
SAÍDA DE TUBO 1 23,78
1 D-E Aço Carbono 12 311,14 6,00
Suçcão
Descarga
2 B-C Aço Carbono 14 344,90 6,60
Acidentes
1 A-B Aço Carbono 18 444,50 24,00
Comp (m)
Trecho Segmento Material DN (in) DI (mm)
19
Tabela 3 - Dados dos trechos para bombas de transferência.
Tipo Quant. Leq (m)ENT. DE TUBO 1 23,78
FILTRO DUPLEX 1 429,70
CURVA 90O 1 11,59
SAÍDA DE TUBO 1 30,49
ENT. DE TUBO 1 18,29
VÁLV. ESFERA 1 4,88
REDUÇÃO 12" x 8" 1 3,66
T RETO 3 6,4
T DERIVAÇÃO 1 18,29
CURVA 90O 1 9,15
SAÍDA DE TUBO 1 23,78
ENT. DE TUBO 1 14,94
VÁLV. ESFERA 1 4,88
EXPANSÃO 6''x 10'' 1 4,27
T DERIVAÇÃO 1 15,24
CURVA 90O 2 7,62
RETENÇÃO 1 36,59
SAÍDA DE TUBO 1 18,9
ENT. DE TUBO 1 21,34
T RETO 3 6,71
CURVA 90O 5 10,06
SAÍDA DE TUBO 1 26,83
2 E-F Aço Carbono 14 344,94 78,50
Sucção
Descarga
1 D-E Aço Carbono 10 260,35 6,50
2 B-C Aço Carbono 12 311,14 1,50
Acidentes
15,00
Trecho Segmento Material DN (in) DI (mm)Comp
(m)
1 A-B Aço Carbono 16 393,70
Com os dados da Tabela 2, da Tabela 3 e as propriedades do fluido, foi possível
calcular as perdas de carga de cada trecho. Os resultados são mostrados nas Tabelas 4
e 5, a seguir.
Tabela 4 – Perda de Carga das Bombas Boosters.
Leq total (m) ρ
(kg/m³)µ
(cP)Q
(m³/h)v
(m/s)Re Rug
(m)f h f
(m)∆P
(kgf/cm²)
0,3431
0,1343
982,20 708,00 1,27 4,60E-055850,81 0,0363 0,1139
982,20117,99 0,13431,370,04024,60E-054179,2811,29354,0094,57
94,57
Sucção
149,38 1,16
4,60E-05
Cálculo da Perda de Carga
PERDA DE CARGA TOTAL (kgf/cm²)
0,0415 2,34 0,2293
PERDA DE CARGA TOTAL (kgf/cm²)
354,00 1,05 3770,20
Descarga
336,70 982,20 94,57
20
Tabela 5 – Perda de Carga das Bombas de Transferência.
Leq total (m)ρ
(kg/m³)µ
(cP)Q
(m³/h)v
(m/s)Re
Rug(m)
fhf
(m)∆P
(kgf/cm²)
0,6801
0,7197
0,04 0,88 0,0861
Sucção
0,5940
354,00 1,29 4179,28 4,60E-05
708,00
Descarga
6,050,04982,20 6605,75
PERDA DE CARGA TOTAL (kgf/cm²)
78,05 982,20
118,60 982,20 94,57 0,0338 4,3608 0,4280
PERDA DE CARGA TOTAL (kgf/cm²)
708,00 2,10 7539,52 4,60E-05
Cálculo da Perda de Carga
1,85354,00 0,29172,97190,03814,60E-054994,59
495,56
94,57982,20110,06
94,57
94,57
1,62 4,60E-05
Através das perdas de carga e das equações mencionadas no item 3.2.1.1 deste
relatório, foi possível encontrar os seguintes resultados, mostrados nas Tabelas 6 e 7, a
seguir.
Tabela 6 – Resultados para as Bombas Boosters.
Resultados Sucção DescargaP no reservatório (kgf/cm²g) 0,0 4,6
Altura estática em relação a bomba (m) 0,0 0,5Q (m³/h)ρ (kg/m³)
Pv (kgf/cm²a)
Folga de projeto (%) 25,0 25,0∆P (kgf/cm²) 0,4289 0,1678
Altura manométrica (m) -4,4 49,1Pressão (kgf/cm²g) -0,43 4,82
Diferença de pressão (kgf/cm²g)Altura manométrica total (m)
NPSH disponível (m)Eficiência (%)Potência (cv)
354,00982,20,0560
91,7375,0
5,25
5,653,4
21
Tabela 7 – Resultados para as Bombas de Transferência.
Resultados Sucção DescargaP no reservatório (kgf/cm²g) 4,6 16,0
Altura estática em relação a bomba (m) 0,0 0,0Q (m³/h)ρ (kg/m³)
Pv (kgf/cm²a)
Folga de projeto (%) 25,0 25,0∆P (kgf/cm²) 0,8502 0,8997
Altura manométrica (m) 38,2 172,2Pressão (kgf/cm²g) 3,75 16,90
Diferença de pressão (kgf/cm²g)Altura manométrica total (m)
NPSH disponível (m)Eficiência (%)Potência (cv)
354,00982,20,056
229,9475,0
13,15
48,2134,0
Contudo, observa-se que esses valores são preliminares e fazem parte do projeto
básico. Logo, os mesmo devem ser ratificados na etapa de detalhamento do projeto.
3.3. SISTEMA DE COMBATE A INCÊNDIO – SCI
O atual sistema de combate a incêndio da estação não atende à demanda
requerida com a ampliação da mesma. Por essa razão, foi elaborado um projeto de
adequação desse sistema com a finalidade de atender a essa necessidade. Na
Figura 4, é possível visualizar esse sistema de combate a incêndio.
22
Figura 4 – Fluxograma do Sistema de Combate a Incêndio.
O dimensionamento desse sistema teve as seguintes bases e premissas,
levando em conta principalmente o que prevê a norma DR-ENGP-T-I-3.3 (listada
como Ref.[3]):
• Fluido: Óleo (líquido combustível classe II);
• Dimensionamento pelo maior risco isolado (Ref.[3]);
• Não simultaneidade de eventos, isto é, o dimensionamento deve ser feito
baseando-se na ocorrência de apenas um incêndio (Ref.[3]);
• Cada quadra de unidade de processo constitui um risco isolado; nos parques
de armazenamento, cada tanque constitui um risco isolado (Ref.[3]);
• O cálculo da vazão irá considerar maior risco (Ref.[3]) para:
- Resfriamento de um tanque atmosférico em chamas e dos tanques
vizinhos;
- Aplicação de espuma a um tanque e resfriamento dos tanques vizinhos;
23
• Será prevista água para a produção de espuma mecânica, de acordo com os
critérios estabelecidos no item 7 da Ref.[3];
• A rede de incêndio será independente de outras redes de água e irá
abranger toda a área industrial (Ref.[3]);
• No que diz respeito à câmara de espuma, serão atendidos os critérios de
dimensionamento da norma ABNT NBR-17505-7 para tanques de teto fixo
(Ref.[3]);
• O sistema de lançamento de espuma deve proteger todos os locais sujeitos
a derramamento, vazamento de produto ou onde o produto possa ficar
exposto à atmosfera em condições de operação (Ref.[3]);
• Será considerada uma porcentagem de 3% de LGE (líquido gerador de
espuma) na água;
• Para áreas que não sejam de tanques, serão previstos, pelo menos, 2
hidrantes de solução de 2 saídas para aplicação de espuma por meio de
proporcionadores de espumas de fontes diferentes (Ref.[3]);
• Para a área da bacia de contenção, serão previstos, pelo menos, 2 hidrantes
de solução de 4 saídas por meio de proporcionadores de espumas de fontes
diferentes;
• Para os anéis das bacias de contenções dos novos tanques e dos tanques
teste serão previsto pelo menos, 4 canhões monitores de água de 4 saídas,
atuando sempre aos pares de forma a resfriar o tanque em chamas e o(s)
tanque(s) vizinhos;
• Segundo a norma ABNT NBR 17505-7 (Ref.[4]), serão considerados
vizinhos os tanques que apresentarem uma distância entre o costado do
tanque vertical em chamas e o costado (ou parede externa) do tanque vizinho
menor que 1,5 vez o diâmetro do tanque em chamas ou 15 m, o que for
maior;
• Os doze tanques de teste foram agrupados em 2 grupos de 6 tanques,
sendo a análise feita como se fossem apenas dois tanques de 120 m³ cada,
devido à vizinhança entre eles e ao fato de ser pequena (20 m³) a capacidade
dos mesmos;
• Em condições de vazão nominal, a pressão mínima de trabalho requerida no
hidrante deverá ser de 7,0 kgf/cm² (Ref.[3]);
24
• A pressão de projeto da rede deve ser limitada a 1370 kPa (14 kgf/cm2)
(Ref.[3]).
De acordo com essas bases e premissas, foi possível dividir o sistema em
7 cenários isolados de evento fogo, sendo esses:
• Cenário 1: Incêndio no tanque de produção existente TQ-16;
• Cenário 2: Incêndio nos tanques de produção novos TQ-17/18;
• Cenário 3: Incêndio nos tanques de teste;
• Cenário 4: Incêndio no sistema de coleta oleosa (caixa de coleta e bomba);
• Cenário 5: Incêndio no pátio das bombas existentes;
• Cenário 6: Incêndio no pátio das bombas novas;
• Cenário 7: Incêndio na área do manifold.
Em seguida, os cálculos das vazões foram feitos para cada cenário, tendo
por base as seguintes equações:
Resfriamento de tanque em chamas:
)14( A m²min
L2Q costado⋅
⋅=
Aplicação de espuma no tanque vertical em chamas:
)15( A m²min
L4,1Q Transv. Seção⋅
⋅=
Aplicação de espuma na bacia de contenção do tanque vertical em chamas
)16( min
L200canhões de NQ o ⋅=
Resfriamento de tanque vizinho:
(17) LDπA costado ⋅⋅=
(18) g2
DπA teto ⋅⋅=
25
)19( AAA tetocostadototal +=
)20( A tanquesNº3
1Q total⋅⋅=
Aplicação de espuma em outras áreas:
)21( m²min
L6,5AQ total ⋅
⋅=
As taxas usadas nas equações 14 a 21 foram retiradas da Ref. [4] e
algumas foram baseadas nas tabelas da mesma (Ver Anexo).
Após a análise das vazões de cada cenário, foi possível determinar o
cenário mais crítico, ou seja, a maior vazão requerida de água e espuma. Nessa
análise, encontrou-se que o cenário 2 foi o que apresentou uma maior vazão
requerida, sendo portanto o cálculo de suprimento de água e de LGE (espuma)
feito através dessa vazão.
Os suprimentos de água e LGE (espuma) foram determinados de acordo
com as seguintes equações:
Suprimento de água:
(22) h 2Qágua de Volume2 CENÁRIO
⋅=
Na equação acima, o tempo foi determinado de acordo com a Tabela A.2
da Ref.[3] (Ver anexo).
Suprimento de LGE:
)23(QQQmínimo Volume LINHA DAPREENC.CONTENÇÃO DE BACIA DACANHÃO ESPUMA DECÂMARA ++=
Na Eq. 23, os valores de ESPUMA DECÂMARAQ e
CONTENÇÃO DE BACIA DACANHÃOQ foram
obtidos para o cenário 2. Contudo, o valor LINHA DAPREENC.Q foi dado pelo volume da
linha.
Na Tabela 8, será possível encontrar os resultados obtidos nesse
dimensionamento.
26
Tabela 8 – Resultados do Dimensionamento do Sistema de Combate a
Incêndio.
Cenário Escolhido Vazão Cenário 2
246 m³/h
Resultados
Sup.Água
482,2 m³
Sup.LGE
7 m³Cenário 2
Dessa forma, o tanque de LGE terá uma capacidade de 7 m³ e o tanque de
água para combate a incêndio uma capacidade de 482,2 m³.
3.4. SISTEMA DE AR COMPRIMIDO
O sistema de ar comprimido será responsável pela alimentação da PV (válvula de
pressão), que será instalada na descarga das bombas de transferência.
Esse sistema servirá também para manter pressurizado o sistema de detecção de
incêndio constituído por dispositivos do tipo plug fusível. Durante o evento fogo, esse
sistema será despressurizado, uma vez que irá ocorrer a fusão da liga metálica presente
no dispositivo.
Os compressores deverão ser especificados com vaso pulmão com capacidade
mínima de 0,2 m³. Recomenda-se também que o ar seja fornecido com as seguintes
características:
• Ar seco (ponto de orvalho máximo: 4 ºC @ 1030 kPa);
• Isento de óleo: < 1 ppm vol;
• Tamanho máximo de partículas: 3 µm (micrômetro).
As condições operacionais desse compressor são dadas a seguir:
• Pressão mínima no alimentador principal: 7,0 kgf/cm²g;
• Pressão máxima no alimentador principal: 10,5 kgf/cm²g;
• Pressão mínima nas extremidades da rede: 5,5 kgf/cm²g;
• Temperatura máxima: 50 oC;
• Temperatura normal: 40 oC.
27
Os compressores serão acionados por motor elétrico, alimentados por
energia elétrica da rede ou por gerador elétrico, no caso de falta da primeira.
A Figura 5 mostra esse sistema de ar comprimido.
Figura 5 – Fluxograma de Produção e Sistema de Ar Comprimido.
28
3.5. SISTEMA DE MEDIÇÃO
Todo o óleo recebido na Estação Coletora A passará pelo sistema de medição da
Estação Coletora B, onde este fluido será medido e computado, quantificando assim o
volume coletado.
Na Estação B, existem quatro ramais de medição e, com a ampliação, serão
adicionados mais dois ramais de medição, sendo que um deles ficará em stand by.
Os medidores existentes são do tipo deslocamento positivo e foram especificados
para uma vazão máxima de 400 m³/h. Os medidores apresentam compensação de
temperatura e pressão para correção da densidade. Dessa forma, os dois novos
medidores irão seguir as mesmas especificações dos medidores existentes.
Esse sistema de medição pode ser visualizado através da Figura 6.
Figura 6 – EMED
29
4. IDENTIFICAÇÃO DOS CONTEÚDOS ESTUDADOS
Durante a realização do estágio, destacou-se a importância das seguintes
disciplinas do curso de Engenharia Química:
• Operações Unitárias Sólido-Fluído: Apresentou grande importância em relação
aos conhecimentos teóricos necessários para o dimensionamento das bombas;
• Transporte e Quantidade de Movimento: Forneceu uma excelente base teórica
para as análises de escoamentos, cálculos das perdas de carga e
dimensionamento das tubulações;
• Qualidade e Segurança na Indústria Química: Auxiliou na aplicação das
normas de Combate a Incêndio, cálculos de vazão de água e espuma em
sistemas fixos e nas instalações de hidrantes;
• Princípios dos Processos Químicos: Auxiliou no preenchimento dos
fluxogramas de processo;
• Instrumentação na Indústria Química: Apresentou uma excelente base teórica
para a construção de fluxogramas de engenharia e para o preenchimento de folha
de dados de instrumentos;
• Modelagem e Simulação: Foi de grande importância para a utilização dos
softwares de simulação de processos, em especial a do Aspen HYSYS.
30
5. CONSIDERAÇÕES GERAIS
O estágio supervisionado na PETROENG proporcionou um grande
crescimento pessoal e técnico. O estagiário, além de lidar com as diversas áreas
da empresa, tem um aprofundamento dos conhecimentos adquiridos durante o
curso de Engenharia Química, através do setor de Processo da empresa. O auxílio
de engenheiros experientes na área traz uma contribuição enriquecedora para o
indivíduo que está ingressando no mercado de trabalho.
Além do crescimento no âmbito técnico, a empresa proporciona ao aluno o
contato com clientes através de reuniões, a execução de mais de um projeto ao
mesmo tempo e o contato com o ambiente corporativo, favorecendo assim, o
crescimento pessoal e complementando a formação acadêmica.
31
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Falcon, R.; Mattos, E. E. Bombas Industriais, Editora Interciência, 2ª edição, Rio de
Janeiro (1998).
[2] DR-ENGP-1.1 – Rev. 5: Piping Standard and Material for Oil Production and Process
Facilities, 2011;
[3] DR-ENGP-T-I-1.3 – Rev. 0: Diretriz de Engenharia de Produção do E&P – Filosofia
de Segurança,2011;
[4] ABNT NBR 17505-7 – Armazenamento de líquidos inflamáveis e combustíveis –
Parte 7: Proteção contra incêndio para parques de armazenamento com tanques
estacionários;
[5] ABNT NBR 17505-1 – Armazenamento de líquidos inflamáveis e combustíveis –
Parte 1: Disposições Gerais;
[6] ABNT NBR 12615 – Sistema de combate a incêndio por espuma, 1992;
[7] ABNT NBR 13714 – Sistemas de hidrantes e de mangotinhos para combate a
incêndio;
[8] API STD: Requirements for Safe Entry and Cleaning of Petroleum Storage Tanks;
[9] NFPA 20: Standard for the Installation of Stationary Pumps for Fire Protection, 2015;
[10] N-1203 – Rev. F: Projeto de Sistemas Fixos de Proteção contra Incêndio em
Instalações Industriais Terrestres.
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GLOSSÁRIO
B
Boosters – Bombas usadas a montante das bombas de transferência, evitando assim a
cavitação destas.
G
Gasoduto – Tubulação que transporta gás natural entre estações de compressão/plataformas
ou destas para um usuário. Geralmente, reúne a vazão de diversos poços, que chegam à
estação de compressão/plataforma por meio de dutos de coleta.
H
Header – Tubulação na qual recebe a vazão de mais de uma linha do sistema.
M
Manifold – Estrutura que acomoda a vazão de diversos poços, encaminhando assim o fluido para as tubulações, as quais destinarão para os sistemas primários de produção.
O
Oleoduto – Tubulação que transporta petróleo e seus derivados líquidos.
P
PIG – Abreviatura de Pipeline Inspection Gauge, ferramenta sólida, rígida ou flexível,
destinada a ser introduzida na tubulação e deslocada pela vazão do fluido conduzido.
Tem por função a limpeza da linha.
Plug Fusível – Dispositivo sensível ao calor concebido para controlar a evacuação da
pressão, a uma temperatura pré-determinada. Ao chegar na temperatura determinada, o
mesmo faz soar um alarme de segurança.
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ANEXO
34
35
