Detecção de falhas em válvulas borboleta em unidades de PSA

• Autor(a) principal: Trindade, Daniel Sfreddo
• Data de Publicação: 2023
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/267635
• topic: Engenharia química; Válvulas (Engenharia); Detecção de falhas; Failure prevention; Pressure Swing Adsorption; Compressible single-phase flow; Butterfly valves; Pressure equalization; Modeling and simulation; PSA units

Em unidades de PSA, o processo de purificação de hidrogênio é orquestrado por sincronismos rápidos e chaveamentos complexos de válvulas entre leitos de adsorção pressurizados, onde a operação correta dessas válvulas é crucial para garantir uma alta eficiência e pureza do produto final. Por ser uma unidade intermediária do processo, o correto funcionamento das válvulas em unidades de PSA afeta também as cadeias produtivas adjacentes da refinaria, que fornecem alimentação a essa unidade ou dependem de suas correntes de hidrogênio purificado, como as unidades de hidrotratamento (HDT). Desta forma, a detecção proativa de falhas em válvulas de PSA pode ser uma estratégia interessante a fim de se manter a operação contínua de uma refinaria e evitar perdas potenciais de produção. Considerando a importância de um bom desempenho das válvulas envolvidas no processo, este trabalho visa desenvolver uma metodologia para detectar falhas de válvulas borboleta em unidades de PSA, com o objetivo de se evitar perdas de produção e paradas não programadas ocasionadas pela falha crítica dessas válvulas, auxiliando na otimização de seu tempo de manutenção através de uma melhor sincronia entre a equipe de operação, engenharia e manutenção O presente trabalho também tem como objetivo abrir caminho para estudos mais avançados que visem auxiliar o monitoramento, tomada de decisões e projetos de engenharia no ambiente industrial, em unidades de PSA. Através de modelagem de uma válvula borboleta e do balanço de massa de uma etapa de equalização, foram realizadas simulações com válvulas em funcionamento normal e com mal funcionamento, ditas em falha e com coeficiente de vazão menor que o de projeto. Tal abordagem demonstrou diferenças no comportamento de abertura das válvulas rotativas dessas válvulas para um mesmo perfil de pressão em uma mesma etapa do processo, indicando a diminuição do coeficiente de vazão da válvula com o passar do tempo. Através do acompanhamento das curvas de tendência encontradas para a variação de abertura das válvulas, é possível determinar a proximidade da válvula com o comportamento de falha crítica. Para estudos mais avançados onde o interesse repouse no comportamento temporal do avanço da falha, essa metodologia também pode ser aplicada. Desta forma, o estudo contribui para a detecção preventiva de falhas de válvulas borboleta em unidades de PSA, analisando uma etapa de equalização de pressão, através de uma estratégia com abordagem prática para o ambiente industrial, utilizando dados de pressão dos leitos de adsorção e abertura rotativas de válvulas durante operação. Os resultados obtidos demonstraram uma diferença perceptível no padrão de abertura das válvulas para uma mesma etapa do processo, onde válvulas em falha demonstraram variações de abertura maiores e posição de abertura mais próximas do máximo de 90°, indicando um desvio de eficiência no comportamento de abertura das válvulas simuladas com falha