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Universidade Federal de Pernambuco

Centro de Tecnologia e Geociências

Departamento de Engenharia Mecânica

Gerenciamento dos Riscos

Caso de Estudo da RNEST/UDA

Projeto Conceitual

Dayse Duarte

Você foi o engenheiro contratado para estruturar o programa de gerenciamento de riscos da

Unidade de Destilação da RNEST, o qual deverá ser baseado no desempenho. Qual a sua proposta?

Inicie a estruturação da sua proposta respondendo aos seguintes questionamentos.

1 O que pode dar errado? E o mais importante como pode dar errado?

2 Quem são os stakeholders? Qual o desejo dos stakeholders?

3 Há conflitos entre os objetivos (ou seja, desejos) dos stakeholders?

4 Quais os indicadores de danos da Unidade de Destilação Atmosférica-UDA?

O PETRÓLEO

Do latim, petra (pedra) e oleum (óleo), o petróleo, no estado líquido é uma substância oleosa,

flamável, menos densa que a água, com cheiro característico e cor variando entre o negro o

castanho escuro.

Os hidrocarbonetos, principais constituintes do petróleo, são compostos orgânicos formados por

carbono e hidrogênio. O petróleo é então composto por hidrocarbonetos saturados (parafinas,

isoparafinas, naftenos), aromáticos, resinas e asfaltenos. Além dos compostos orgânicos o petróleo

contém outros elementos, como nitrogênio (N), oxigênio (O) e enxofre (S) existem ainda metais e

sais de ácidos orgânicos.

As principais características do tipo de petróleo são: a densidade do óleo, o tipo de hidrocarboneto

(ou base) predominante na mistura e o teor de enxofre. Essa classificação é convencionada de

acordo com as normas do American Petroleum Institute-API, sendo por isso conhecida como grau

API. Quanto menor a densidade do petróleo, maior o grau API e maior o valor comercial do

petróleo, pois com um tipo de petróleo com um grau API maior é possível produzir, em princípio,

uma parcela maior de derivados nobres, de elevados valores comerciais. Petróleos com grau API

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maior que 32º são considerados leves; entre 24º e 31º API, são médios; abaixo de 23º API, são

considerados pesados; e com grau API igual ou inferior a 10º, são petróleos ultrapesados.

Durante o refino, o petróleo é submetido a uma série de processos:

Processos de Separação:

São processos de natureza física, não alterando a estrutura das moléculas envolvidas.

Eles ocorrem por ação de energia (ou seja, na forma de modificações de temperatura

e/ou pressão) ou de massa (na forma de relações de solubilidade a solventes) sobre o

petróleo ou suas frações. Exemplo: destilação atmosférica.

Processos de Conversão

São processos de natureza química, englobando reações de quebra, reagrupamento e

reestruturação molecular. As reações específicas de cada processo são obtidas por

ação conjugada de temperatura e pressão sobre os cortes, sendo bastante frequente

também a presença de um agente promotor reacional (i.e. o catalisador). Conforme a

presença ou ausência desse agente, estes processos podem ser classificados em

catalíticos ou não catalíticos, como por exemplo, o hidrotratamento e o coqueamento

retardado, respectivamente.

Processos de Tratamento

São processos de natureza química, porém não provocam reações profundas nas

frações e causam a melhoria de cortes de produtos semi-acabados, eliminando ou

reduzindo impurezas presentes em suas constituições; sendo utilizados em frações

leves (tais com gases, GLP e naftas) não requerendo condições operacionais severas

nem de grandes investimentos para sua implantação. Exemplos: tratamento cáustico

simples e regenerativo- Merox e o tratamento com etanolaminas – MDEA.

Processos Auxiliares:

São processos que se destinam a fornecer insumos à operação dos processos de

separação, conversão e tratamento, bem como para o tratamento dos rejeitos desses

mesmos processos. Exemplos: geração de hidrogênio, recuperação de enxofre e

utilidades.

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A REFINARIA ABREU E LIMA - RNEST Projeto conceitual da RNEST é do domínio público.

O parque de refino do Brasil é majoritariamente controlado pela PETROBRAS que também é a

principal produtora de petróleo. Isto faz com que este parque seja, crescentemente, otimizado para

uma carga de petróleo nacional, logo a operação das refinarias é cooperativa, e não competitiva. A

lógica para a construção das refinarias da PETROBRAS é a minimização do custo do abastecimento

nacional com integração do sistema produtivo de óleo e de refino. O atual parque de refino

brasileiro é composto de 13 refinarias, as quais foram posicionadas de maneira a abastecer o

mercado de combustível ao menor custo de transporte de insumos e produtos finais.

Para o processamento dos óleos intermediários e pesados, predominantes da Bacia de Campos, o

parque de refino brasileiro, no curto prazo, ainda continuará importar óleos leves, de maneira a

formar uma blend de carga compatível com sua capacidade de conversão. A despeito dos

investimentos em capacidade e unidades de conversão realizadas, o atual conjunto de refinarias

ainda não logra a maximização da agregação de valor do cru brasileiro. Por outro lado, no que se

refere ao tratamento dos derivados produzidos, o parque brasileiro possui apenas algumas unidades

como hidrodessulfurização para diesel (HDS D) e unidades de hidrotratamento (HDT) de instáveis.

Em outras palavras, a nossa capacidade de hidrotratamento é baixa, visto que inviabilizaria a venda

de combustíveis para os mercados mais exigentes, com referência as características ambientais.

Os investimentos previstos pela PETROBRAS para os próximos anos permitirão ao refino

brasileiro melhores condições de processamento de cru pesado se comparado ao contexto atual.

Dentro desse contexto, a Refinaria Abreu e Lima, no Complexo Industrial e Portuário de SUAPE,

está projetada para processar 230 mil barris/dia de crus pesados. A refinaria brasileira vai processar

um óleo pesado e produzir um óleo diesel com baixíssimos teores de enxofre. O óleo diesel

produzido terá o mesmo padrão do combustível adotado pela Europa. A Refinaria Abreu e Lima

será a primeira refinaria brasileira a produzir um diesel limpo, ou seja, aproximadamente 36 vezes

menos poluente do que o diesel consumido atualmente no Brasil que contém um teor de enxofre de

500ppm.

A Refinaria do Nordeste foi batizada de Refinaria Abreu e Lima em homenagem ao general

pernambucano que lutou junto com Simon Bolívar pela independência da Venezuela.

A Refinaria Abreu e Lima irá processar 230.000 (duzentos e trinta mil) barris de petróleo por dia,

permitindo ao Brasil uma significativa redução com importação de derivados de petróleo, a

exemplo do diesel com baixo teor de enxofre, i.e 50ppm. A RNEST ocupará uma área de

6.300.0000m² no Complexo Portuário de SUAPE, município de Ipojuca, no Estado de Pernambuco.

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Vale ressaltar, que a RNEST será a principal empresa do setor químico pernambucano e a maior

indústria do nordeste do país, com o objetivo de abastecer os mercados do norte e nordeste do Brasil

com derivados de petróleo, visando reduzir as importações.

A refinaria é também o maior investimento individual da PETROBRAS em Pernambuco. A

capacidade de refino prevista é de 31,8 milhões de litros diários de petróleo, equivalentes a 230.000

(duzentos e trinta mil) barris, representando 10,1% da produção nacional, transformados nos

produtos: óleo diesel (65,6%); gás de cozinha – GLP (3,0%); óleos combustíveis (10%); nafta

petroquímica (9,77%); coque (19,6 %) e compostos a base de enxofre (2 %). A refinaria é

interligada ao Porto de SUAPE através de um sistema de dutos para o recebimento do óleo cru e

escoamento dos derivados. A Figura 1 e Tabela 1 apresentam as unidades de refino da Refinaria

Abreu e Lima. As fotos apresentadas na Figura 1 são da REPLAN.

Figura 1. Principais unidades de processamento da futura Refinaria Abreu e Lima.

Fotos da REPLAN

DESTILAÇÃO

GERAÇÃO DE HIDROGÊNIO

HIDROTRATAMENTO DIESEL

FUTURA REFINARIA ABREU E LIMA

HIDROTRATAMENTO NAFTA COQUE RETARDADO

ESTOCAGEM E TRANSFERÊNCIA

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Refino de petróleo constitui a separação do óleo cru, via processos físico-químicos, em frações de

derivados, que são processados em unidades de separação e conversão até os produtos finais. O

petróleo a ser processado na RNEST será proveniente da Bacia de Campos e da Venezuela. Na

Figura 2 encontra-se esquematizado o esquema de refino proposto para a refinaria de SUAPE.

Tabela 1 Especificações das unidades de refino da RNEST.

CONSTITUIÇÃO DAS UNIDADES DA REFINARIA ABREU E LIMA

UNIDADES ESPECIFICAÇÕES

Duas Unidades de Destilação Atmosférica De 15.900 m³/d (100.000 barris/dia), cada.

Duas Unidades de Coqueamento Retardado De 10.500 m³/d, cada.

Duas Unidades de Hidrotratamento de Diesel De 13.000 m³/d, cada.

Duas Unidades de Hidrotratamento de Nafta De 3.000 m³/d, cada.

Duas Unidades de Geração de Hidrogênio De 3.000.000 Nm³/d, cada.

Duas Unidades de Tratamento Cáustico

Regenerativo De 600 ton/d cada.

Dois sistemas de Tratamento de Amina

Para remoção de H2S do gás combustível e

do GLP produzido nas unidades de

Coqueamento Retardado e Destilação, para

uma vazão de 40.000 kg/h de GLP e de

48.000 kg/h de gás combustível em cada

sistema respectivamente, além de mais

24.000 kg/h de Gás Combustível oriundo

das unidades de Hidrotratamento de Nafta

e de Diesel.

Quatro Unidades de

Tratamento de Águas Ácidas

Com capacidade para tratar 3.500 m³/d

cada.

Duas Unidades Recuperação de Enxofre Para produção de 250 ton/d de enxofre

cada.

Duas SNOX (Unidade de Abatimento de

Emissões) De 600.000 Nm³/h cada.

Unidades Auxiliares

Uma Estação de Tratamento de Água Bruta

Uma Estação de Tratamento de Efluentes

Unidades de utilidades

Duas Tochas.

Na disposição física das unidades de refino, os critérios e recomendações utilizados foram

compatibilizados com os aspectos de disponibilidade do terreno, economicidade, segurança,

preservação ambiental e de facilidades para operação, inspeção e manutenção, tais como:

1. A segurança das pessoas antes, durante e após a ocorrência de situações de emergências é

assegurada.

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2. As unidades de refino possuirão um grau de isolamento. Ou seja, distâncias mínimas, para

que na ocorrência de um incêndio, explosão ou vazamento de produto tóxico ou perigoso, as

unidades de processamento adjacentes ao acidente, bem como as áreas além dos limites de

bateria da refinaria sejam preservadas.

Figura 2 Esquema básico de refino da Refinaria Abreu e Lima.

3. Equipamentos que processam gases ou líquidos flamáveis não são enclausurados. Esses

estão localizados em áreas que permitirão uma rápida dispersão de gases para a atmosfera.

4. A sequência lógica dos fluxos de processo e de utilidades demonstra a preocupação em

reduzir o consumo de energia com o bombeamento dos fluxos em contra corrente para

reaproveitamento da energia e consequentemente redução do consumo de combustível, bem

como na redução dos custos com a malha de tubulações.

5. O atendimento às legislações ambientais de segurança e medicina do trabalho é assegurado

conforme estabelecido na política da Petrobras de Segurança, Meio Ambiente e Saúde

(SMS).

6. O acesso adequado e seguro a toda e qualquer área da planta para execução das atividades

de montagem, segurança, operação, manutenção e inspeção é assegurado mediante normas

Petrobras.

Petróleo

Bruto

Unidade de

Destilaçã

o

Unidade Hidrotratamento

de Nafta Diesel

Unidade

Coque

Unidade Recuperação

Enxofre

Unidade de Hidrogênio Gás

COQUE

ENXOFRE

DIESEL

GÁS COMBUSTÍVEL Unidade

Hidrotratamento de Diesel

Nafta de Coque

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7. Redução das emissões por hidrocarbonetos na área de tancagem, através da utilização de

tanques com teto flutuantes, selo flutuante ou selagem de nitrogênio, além de tratamento

com filtros de carvão e biológico. Cabe ressaltar que todas as bocas de visita dos tanques

serão seladas e somente utilizadas quando o tanque estiver vazio e disponível para a

manutenção. Os tanques também possuirão radar para controle de nível, dispensando a

medição através dos bocais que serão selados, com consequente redução das emissões

fugitivas.

O processo de refino se caracteriza por elevadas temperaturas e pressões. As torres, vasos,

trocadores de calor, entre outros dispõem de válvulas de segurança que descarregarão no evento de

uma situação anormal gases e produtos combustíveis para um sistema coletor e deste para as

chaminés de segurança (i.e. tochas) onde serão queimados em condições seguras. Cada sistema

coletor foi projetado com a possibilidade de usar duas chaminés o que permitirá uma maior

flexibilidade operacional e de manutenção. A RNEST possuirá duas tochas com 110m de altura:

tocha convencional e tocha química.

Uma tocha (ou flare) é um dispositivo de segurança utilizado para queima de gases quando da

despressurização de equipamentos, os quais não podem ser enviados para atmosfera. Isso acontece

tanto em operação normal como em emergências operacionais. A tocha convencional recebe

descartes gasosos de equipamentos de altas e baixas pressões das Unidades de Processo e do Setor

de Transferência e Estocagem. A tocha química que recebe o desvio de gases ácidos da Unidade de

Águas Ácidas (UTAA), gases desviados da Unidade de recuperação de Enxofre (URE) e todos os

outros tipos de gases corrosivos.

UNIDADE DE DESTILAÇÃO ATMOSFÉRICA

A Unidade de Destilação Atmosférica é a etapa inicial de transformação do petróleo bruto. A

destilação é o processo básico de separação do petróleo que consiste na vaporização e posterior

condensação de seus componentes, ou seja, os hidrocarbonetos e as impurezas, devido à ação da

temperatura e da pressão. O processo está baseado nas diferenças entre os pontos de ebulição dos

diversos constituintes do petróleo. O petróleo bruto na Unidade de Destilação é transformado em

querosene, diesel leve, diesel pesado, resíduo atmosférico - RAT e os produtos do topo da coluna

(i.e., hidrocarbonetos leves e naftas).

A Unidade de Destilação Atmosférica é constituída de dois sistemas de destilação. Cada sistema

tem a capacidade de 15.900 m3/d (100.000 barris/dia).

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Especificações de temperatura e pressão da Unidade de Destilação Atmosférica:

P R E S S Ã O

1. Pressão máxima nos vasos ...................................................... 21,0 kgf/cm2

2. Pressão máxima nas descargas das bombas de transferência.. 28,0 kg/cm2

3. Pressão máxima nos trocadores de calor ................................ 20,0 kgf/cm2

T E M P E R A T U R A S

1. Temperatura máxima na saída do forno .................................. 385 º C

2. Temperatura máxima em tubulação na descarga de bomba.... 384 º C.

3. Temperatura máxima em vasos .............................................. 172 º C

O arranjo físico da Unidade de Destilação e seus procedimentos operacionais são distintos de

refinaria para refinaria, ou seja, as condições de operação da torre dependem das propriedades do

óleo e dos produtos (i.e. quantidades e qualidades desejadas). Cada refinaria está otimizada para

uma determinada seleção de crus e produtos. Os princípios básicos operacionais das unidades de

destilação são similares. Na unidade de destilação o petróleo é bombeado continuamente passando

por vasos, trocadores de calor, onde é pré-aquecido com fluxo em contra corrente ou resfriado

através de outros agentes tais como: água e ar. Após ser dessalgada (vide sistema de dessalgação) a

carga é pré-aquecida em trocadores de calor. Sendo em seguida direcionada ao forno e deste para a

torre de destilação, onde a carga se vaporiza e se fraciona em diferentes cortes, cada um

correspondendo a uma diferente temperatura de condensação.

O sistema de pré-aquecimento permite uma economia operacional relevante em termos de energia,

além de permitir um menor dimensionamento dos fornos. Os produtos aquecidos da base da coluna

ao serem encaminhados aos trocadores pré-aquece a carga proveniente da dessalgação.

Os sistemas da Unidade de Destilação são compostos dos seguintes subsistemas:

Petróleo pré-aquecido

Sistema de dessalgação.

Sistema de pré-vaporização.

Sistema de fornos.

Fracionamento

Sistema de torre de destilação.

Sistema de torre retificadora de querosene.

Sistema de torre Estabilizadora.

Sistema de fundo.

Sistema de Blowdown

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1. PETRÓLEO PRÉ-AQUECIDO

Antes de ser fracionada a carga da destilação é bombeada para uma bateria de pré-aquecimento (i.e.

permutadores e fornos). No percurso, o petróleo recebe uma injeção de água visando facilitar a

retirada dos sais. Nesta bateria o petróleo passa por permutadores de calor, onde há troca de calor

com as correntes de resíduo atmosférico, diesel leve, diesel pesado, querosene ao mesmo tempo

também está sendo resfriado para serem estocados. Esse sistema de pré-aquecimento permite

economia operacional significativa, economizando combustível que seria necessário para

aquecimento total da carga propiciando um menor dimensionamento dos fornos.

1.1 Sistema de Dessalgação

Tem a função de remover as impurezas do petróleo bruto, tais como: sais corrosivos, sólidos em

suspensão, alguns metais, areias e óxido ferroso.

No processo de dessalgação o petróleo é lavado sob condições controladas para dissolver sais, diluir

a água residual dispersa e remover parte das impurezas insolúveis em água, por arraste na fase

gasosa, sendo aquecido através de permutadores após ser misturado com água, tendo por objetivo

melhorar a dissolução das impurezas indesejáveis. Como resultado, há a formação de uma lama

oleosa, conhecida como borra, a qual é enviada para a estação de tratamento de efluente.

Se a remoção das impurezas do óleo cru não é realizada de forma satisfatória durante a sua

dessalgação há probabilidade de danos na própria torre de destilação e demais unidade de refino,

tais como:

1) Danos na coluna de destilação devido ao aparecimento de incrustações nas suas bandejas.

2) O surgimento de incrustações nas paredes dos trocadores de calores resultará em entupimentos

com consequente redução da sua eficiência, reduzindo a integridade mecânica dos tubos dos

trocadores.

3) Danos aos catalisadores (ou seja, reduz a seletividade do catalisador) que são usados nos

sistemas de hidrotratamento de diesel e nafta, na unidade de geração de hidrogênio.

4) Redução do tempo de campanha da torre de destilação com consequente aumento do custo

operacional. E aumento da probabilidade de falhas no decorrer da vida útil das demais unidades

de refino.

5) Concentração elevada de sais e sólidos nos produtos resultantes da destilação atmosférica

poderá resultar em um elevado teor de cinzas, desvalorizando o produto final (i.e. o diesel) e

provavelmente inviabilizando o investimento.

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1.2 Sistema de Pré-Vaporização

Este sistema permite que os hidrocarbonetos leves e a água sejam parcialmente vaporizados sob

condições de pressão controlada, atuando no alívio dos vapores de topo do vaso, através de

permutadores a jusante da dessalgadora, os quais elevam a temperatura da corrente de petróleo para

uma determinada temperatura transferindo para um vaso de armazenagem (V-11001). Do topo deste

vaso um fluxo constituído de gases contendo hidrocarbonetos leves é transferido diretamente para a

linha de transferência dos fornos atmosféricos para alimentação da torre (T-11001) e a fase líquida é

transferida para o forno (F-11001 A/B).

1.3 Sistema de Fornos

O forno possui uma geometria de forma a garantir melhor distribuição de calor nos dutos,

uniformizando a temperatura, tendo por objetivo eliminar pontos com elevadas temperaturas. Está

dividido em zonas de convecção e radiação com distribuição de dutos nessas zonas dispostos em

forma de passes.

São constituídos por:

1. Sistema de prevenção de sobrepressão e explosão.

2. Fotocélula indicadora de presença de chama.

3. Janelas de explosão para atuação quando houver aumento súbito de pressão e temperatura.

4. Sistema de intertravamento em redundância para atuação quando houver variação de fluxo,

temperatura e pressão.

5. Malha de controle de temperatura, pressão e fluxo.

6. Sistema de abafamento de vapor.

2. FRACIONAMENTO

2.1 Sistema Torre de Destilação

O efluente parcialmente vaporizado nos fornos, após se combinar com os vapores do vaso de pré-

vaporização, na linha de transferência, é direcionado para a torre T-11001 iniciando o processo de

fracionamento atmosférico.

A função da torre de destilação, também é conhecida como torre fracionamento, é de efetuar a

separação de hidrocarbonetos sem transformação química.

A torre de fracionamento no seu interior é constituída por várias bandejas com borbulhadores

valvulados. O petróleo aquecido ascende através da coluna e à medida que passa pelas bandejas

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sofre condensação sendo fracionado. O produto de base sendo o mais pesado é transferido para a

unidade de coque retardado para purificação. O produto intermediário forma a corrente de diesel

(i.e. querosene, diesel leve e o diesel pesado) que é purificado na unidade hidrotratamento. O

produto de topo, i.e, mistura de gases é enviada para unidade hidrotramento de nafta e para a

unidade de coque retardado.

A torre de destilação do topo para o fundo é composta por:

1. Seção de troca térmica de refluxo circulante de topo.

2. Seção de fracionamento de nafta versus querosene.

3. Seção de fracionamento de querosene versus diesel leve.

4. Seção de troca térmica de refluxo circulante intermediário.

5. Seção de fracionamento de diesel leve versus diesel pesado.

6. Seção de troca térmica de refluxo circulante de fundo.

7. Seção de fracionamento de diesel pesado versus sobre vaporizado.

8. Região de retificação de fundo.

9. Seção de fundo.

2.2. Sistema Torre Retificadora de Querosene (T-11002)

As correntes no sentido do topo para o fundo como querosene seguem para uma retificadora lateral

(T-1102) para remoção de componentes leves que retornam como vapor para a torre atmosférica (T-

11001) e produto de fundo, após passar por permutadores para aproveitamento da carga térmica

minimizando o consumo de combustível, em seguida se junta às demais correntes de diesel leves e

pesados, as quais são submetidas a um aproveitamento da carga térmica. Estes fluxos (i.e.

querosene, diesel leve e diesel pesado) são direcionados para tanques de acúmulo através de malhas

de controle de pressão, localizadas no alinhamento a montante dos permutadores, os quais são

tratados na unidade de hidrotratamento de diesel.

2.3. Sistema Torre Estabilizadora (T-11003)

Os vapores de topo da torre atmosférica são parcialmente condensados e direcionados para um vaso

de acúmulo. A fase líquida é devolvida para o topo da torre como refluxo. A temperatura neste vaso

de acúmulo é controlada de forma que não haja condensação de água minimizando o surgimento de

prováveis processos corrosivos. Vapores deste vaso são condensados e enviados para outro vaso de

acúmulo. A fase gasosa é transferida como gás combustível para a unidade de coqueamento

retardado. Enquanto a fase líquida que é a nafta instabilizada é tratada na torre estabilizadora (T-

11003), o gás combustível e o GLP são removidos do topo da torre. A nafta instabilizada é o

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produto de fundo que é direcionada para um vaso de acúmulo através de uma malha de controle de

pressão no alinhamento do vaso e deste para a unidade de hidrotratamento de nafta.

De forma a neutralizar componentes ácidos e controlar possíveis processos corrosivos nos sistemas

de topo é prevista a adição de produtos químicos que atuam como inibidores de corrosão como, por

exemplo, uma amina fílmica e uma amina neutralizante. Esta solução é preparada com diluente

denominado de querosene.

2.4. Sistema de Fundo

O resíduo de fundo da torre é retirado de forma contínua através de um controle de vazão e

temperatura.

Devido à elevada temperatura deste fluxo a carga é aproveitada para elevar as temperaturas de

outros fluxos inerentes ao sistema através de permutadores, o qual é direcionado para um vaso de

acúmulo e deste para unidade de coqueamento retardado.

3. SISTEMA DE BLOWDOWN

As descargas das válvulas de Seguranças (PSV) de líquido são enviadas para um tanque

denominado de vaso de blowdown. O efluente de vapor deste tanque é enviado para um sistema de

tocha com controle de fluxo do tipo ultra-sônico. A fase aquosa é enviada para o sistema de água

oleosa. A fase líquida de hidrocarbonetos é enviada para um tanque de slop.