Uso dos ciclos rankine orgânicos para o aproveitamento do calor residual em instalações de produção de petróleo e gás

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Torres, Julian Esteban Barrera
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFSC
Texto Completo: https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/129211
Resumo: Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014.
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spelling Uso dos ciclos rankine orgânicos para o aproveitamento do calor residual em instalações de produção de petróleo e gásEngenharia mecânicaPetroleoGasIndústria petrolíferaDissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014.A presente dissertação contempla o melhoramento do desempenho energético de uma plataforma de processamento de óleo e gás por meio da incorporação hipotética de um ciclo Rankine orgânico (ORC). Esse ciclo termodinâmico recuperaria parte do calor residual associado aos gases de exaustão das turbinas na planta, para geração de potência adicional, permitindo um decréscimo na carga das mesmas e, portanto no consumo de combustível. O modelamento do processo foi desenvolvido com o propósito de caracterizar a operação normal da plataforma e assim estabelecer as condições de referência para comparar o desempenho energético da mesma. A partir da informação obtida do modelo, uma análise exergética permitiu identificar as operações com maior irreversibilidade e também com potencial para recuperação da exergia perdida. Além disso demonstrou diferenças significativas na ordem de grandeza entre os fluxos de exergia associados às correntes de óleo e gás produzidos e as demais correntes relacionadas com o seu processamento. Considerando isto, foram considerados três indicadores de eficiência, dois relacionados com os fluxos de exergia e um relacionado com o gasto energético. De outro lado, o sistema ORC foi definido tendo em conta os resultados de estudos recentes focados na seleção do fluido de trabalho e na configuração do ciclo, visando as melhores condições de operação do ciclo enquadrado dentro das restrições impostas pelo processo. Considerando a grande variabilidade dos parâmetros de produção deste tipo de instalação, a comparação dos resultados do modelo incluindo o ORC integrado com o processo foi feita ao longo de um perfil de produção que contempla a variação de cinco parâmetros de maneira independente: (i) vazão de óleo, (ii) vazão de água de produção, (iii) pressão de poço, (iv) vazão de gás injetado e (v) vazão de água injetada. Os resultados mostraram que a implementação do ciclo traz um melhoramento dos indicadores de eficiência energética propostos, independentemente da variação nos parâmetros de produção, com um melhoramento dos indicadores relativamente uniforme ao longo do perfil analisado. Os parâmetros de produção com maior impacto sobre a potência gerada pelo ORC correspondem às vazões de gás e de água injetadas no reservatório, sendo essas as operações que demandam maior potência e portanto uma maior produção de gases de exaustão nas turbinas. Em geral, a metodologia adotada pretende avaliar o impacto de uma tecnologia para o melhoramento da eficiência energética (nesse caso o ORC) em um processo industrial existente, considerando a caracterização detalhada do processo em questão e a variação dos parâmetros mais relevantes de produção, de tal forma que os resultados ofereçam um panorama mais amplo na hora de aplicar este tipo de sistema.<br>The present dissertation contemplates the energy performance enhancementof an oil and gas processing platform by means of the hypotheticalincorporation of an Organic Rankine Cycle (ORC). This thermodynamiccycle would recover part of the waste heat associated with exhaustgases coming from gas turbines in order to produce additional power,allowing a decrease in their load and consequently in their fuel consumption.The process modeling was developed with the aim of characterizingthe plant normal operation and thereby establish the referenceconditions for comparing its energy eciency. With the informationobtained from the model, a detailed exergy analysis enabled the identi-cation of the operations with greatest irreversibility and with potentialfor the exergy losses recovering. In addition, it showed a great dierencebetween the exergy uxes associated with produced oil and gasstreams when compared with the other streams associated with theirprocessing. Considering that, the use of three energy eciency indicatorswas analyzed, two of these indicators are related to the exergyuxes and the other with the energetic expense. On the other side, theORC system was dened taking into account the results of recent studiesfocused on the selection of the ORC working uid and the ORCconguration, aiming the best operating conditions framed into processconstraints. Considering the great variability of the productionparameters in this kind of installations, the comparison of the modelresults with the ORC integrated was made along a production prolethat comprises the variation of ve parameters independently: (i) oilow, (ii) production water ow, (iii) well pressure, (iv) injected gas owand (v) injected water ow. The results demonstrated that the implementationof the ORC improves the proposed indicators, independentlyof the variation of the chosen production parameters. The energy improvementwas found relatively uniform along the production prole.The production parameters with a greater impact over the ORC outputcorrespond to the gas and water ows injected back into the reservoir.These operations demand the highest amount of power and thus thegreatest production of exhaust gases at gas turbines. This procedurepretends to evaluate the eect of an energy enhancement technology(in this case the ORC) in an existing process, characterizing its behaviorunder variable production conditions. In this way, the results cangive a wider panorama when applying this kind of systems for energyperformance improvement.Bazzo, EdsonUniversidade Federal de Santa CatarinaTorres, Julian Esteban Barrera2015-02-05T20:49:22Z2015-02-05T20:49:22Z2014info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis158 p.| il., grafs., tabs.application/pdf327913https://repositorio.ufsc.br/xmlui/handle/123456789/129211porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2015-02-05T20:49:22Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/129211Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732015-02-05T20:49:22Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false
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