Modelagem e simulação da perda de carga de um sistema de trocadores de calor em refino de petróleo

• Autor(a) principal: Andréia Abrahão Sant'Anna
• Data de Publicação: 2021
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/38662; https://orcid.org/ 0000-0002-6513-5972
• topic: Trocadores de calor; Perda de carga; Modelagem e simulação; Análise de sensibilidade; Simulação fluidodinâmica; Engenharia química; Trocadores de calor; Simulação por computador; Análise de sensibilidade; Fluidodinâmica computacional; Modelagem

Trocadores de calor são amplamente utilizados na indústria por meio de diversas aplicações, como resfriamento, condensação, aquecimento de uma mistura e quebra de emulsões entre o petróleo e água. É comum utilizar diversos desses equipamentos em paralelo, para aumentar a produtividade, cujo efeito esperado é que tenham as mesmas condições operacionais na saída do processo. Quando um conjunto de equipamentos idênticos apresentam resultados diferentes, devem ser investigadas as causas que levam a esses desvios operacionais. O objetivo deste trabalho é realizar um estudo de um sistema de trocadores de calor de uma refinaria de petróleo, mais especificamente do sistema de condensadores de topo da fracionadora de uma unidade de craqueamento catalítico. O sistema constituído de seis trocadores de calor, denominados com sufixos A a F operam em pares e apenas o último par E/F opera com características muito diferentes dos outros dois conjuntos A/B e C/D. A metodologia empregada no trabalho foi utilizar técnicas de modelagem e simulação para avaliar o desempenho do sistema, como balanços de energia, cálculos de perda de carga em tubulações e trocadores de calor, estudos de análise de sensibilidade e construção de um modelo fluidodinâmico. Os resultados mostraram que os balanços de energia e o modelo fluidodinâmico apresentaram divergências em relação ao modelo analítico. Este último, constituído pelos cálculos da perda de carga e a análise de sensibilidade, apontam que o problema está na alta queda de pressão do lado da água, tanto nos tubos dos trocadores quanto nos headers de distribuição, principalmente do conjunto E/F. Para minimizar esse problema, conclui-se que a melhor solução seria a instalação de placas de orifício nos trechos A/B e C/D para equalizar a variação de pressão entre os três pares de trocadores de calor, precedida de uma etapa de instalação de sensores de pressão e vazão nas entradas e saídas de água de cada um dos pares de equipamentos e monitoramento em tempo real dessas variáveis.