RELATÓRIO DE ESTÁGIO 2/3 (segundo de três) Período: de 03/03/2008 a 03/05/2008

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1 Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico Departamento de Engenharia Mecânica Coordenadoria de Estágio do Curso de Engenharia Mecânica CEP Florianópolis - SC - BRASIL estagio@emc.ufsc.br RELATÓRIO DE ESTÁGIO 2/3 (segundo de três) Período: de 03/03/2008 a 03/05/2008 Nome do aluno: Bernardo Garrozi Cardoso Nome do(a) supervisor(a): Paula Gomes de Oliveira Rio de Janeiro, 10/03/2008

2 BERNARDO GARROZI CARDOSO PÁGINA 2 / 13 ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO ATIVIDADES DESENVOLDIDAS CONCLUSÃO REFERÊNCIAS...13

3 BERNARDO GARROZI CARDOSO PÁGINA 3 / INTRODUÇÃO Este relatório tem como principal objetivo descrever as atividades realizadas durante o período de 03/03/08 até 03/05/2008 dentro da empresa Chemtech Engenharia e Software LTDA. Tem como objetivo também descrever sobre as áreas de atuação, história e política da empresa.

4 UFSC UNIVERSIDADE FEDERAL BERNARDO GARROZI CARDOSO 2. PÁGINA 4 / 13 ATIVIDADES DESENVOLDIDAS PROJETO REFINARIA ABREU E LIMA (RNEST) BREVE DESCRIÇÃO DO PROJETO Em meados de março foi iniciado o maior projeto de engenharia do Brasil dos últimos anos. A Chemtech foi contratada pela PETROBRAS para realizar Serviços de Engenharia de Pré-detalhamento (FEED) para as unidades on-site e off-site, de Engenharia de Detalhamento, de Gerenciamento do suprimento de equipamentos (exceto equipamentos de fornecimento PETROBRAS) e de Assistência técnica à construção e montagem das unidades on-site para UDA (Unidades de Destilação Atmosférica), UCR (Unidades de Coqueamento Retardado), HDT (Unidades de Hidrotratamento) e UGH (Unidades de Geração de Hidrogênio), para a Refinaria do Nordeste - Abreu Lima. A nova refinaria se situará em Ipojuca, no estado de Pernambuco. Figura 1 Área onde se situará a nova Refinaria do Brasil.

5 BERNARDO GARROZI CARDOSO PÁGINA 5 / 13 Figura 2 Detalhe da localização das unidades (Plano Diretor). Foi escolhido o Nordeste, em especial Pernambuco, pois há uma necessidade de óleo diesel e nafta na região que são, hoje, importados e que podem ser escoados pelo porto de Suape. A refinaria será construída em uma área de 630 hectares e terá capacidade para processar 200 mil barris/dia (32 milhões de litros/dia) de petróleo nacional (Marlim) ou venezuelano (Carabobo). Nesta, será também produzido coque, para geração de energia elétrica, e H-Bio. A produção de H-Bio favorecerá ao desenvolvimento dos produtores rurais da região que se destinarem a produzir oleaginosas como mamona, pinhão manso e outros. O empreendimento tem um custo estimado em 4,3 bilhões de dólares. DESCRIÇÃO DAS UNIDADES DE COQUEAMENTO RETARDADO O projeto considerou a implementação de duas Unidades de Coqueamento Retardado, as UCR s designadas U-21 e U-22, idênticas e intercambiáveis no que diz respeito ao processamento das diferentes cargas de resíduo atmosférico

6 BERNARDO GARROZI CARDOSO PÁGINA 6 / 13 provenientes do processamento dos petróleos Marlim 16 API e Carabobo 16 API nas Unidades de Destilação Atmosférica que fazem parte da refinaria. O coqueamento retardado é um processo térmico no qual a carga passa por rápido aquecimento nos Fornos de Coque e é então enviada para os Tambores de Coque nos quais a porção líquida da carga que foi termicamente craqueada nos fornos será convertida em um produto sólido (coque) e em hidrocarbonetos vaporizados. O sólido permanece no interior dos Tambores e os vapores são enviados destes para a Fracionadora, onde serão produzidos: Gás Combustível (GC), Gás Liquefeito de Petróleo (GLP), Nafta Leve (NL), Nafta Pesada (NP), Gasóleo Leve (GOL), Gasóleo Médio (GOM) e Gasóleo Pesado (GOP). O processo de Coqueamento Retardado é um processo endotérmico e basicamente ocorre em três etapas: vaporização parcial e craqueamento da carga à medida que a mesma flui ao longo dos passos dos Fornos de Coque; craqueamento dos vapores gerados à medida que escoam através dos Tambores de Coque craqueamento e condensação do líquido no interior dos Tambores de Coque. Para uma dada qualidade da carga fresca a ser processada, o rendimento e a qualidade dos produtos estão relacionados com a pressão e temperatura dos Tambores de Coque e com a razão de reciclo implementada na unidade. O projeto PETROBRAS para a Refinaria do Nordeste Abreu e Lima visa maximizar a produção de destilados e dentre estes privilegia a produção de óleo diesel. O projeto contempla a existência de três Fornos e seis Tambores de Coque. Cada Forno de Coque alimenta um par de Tambores de Coque, de modo que existirão sempre três Tambores de Coque na etapa de enchimento e os seus respectivos pares estarão nas etapas relativas ao descoqueamento. Cada Forno de Coque é constituído por duas câmaras, com dois passos de carga por câmara, portanto temos quatro passos por forno. As Bombas de Carga Combinada enviam o produto contido para os três fornos que operam em paralelo. Nestes fornos a carga combinada atinge a temperatura de craqueamento térmico. A carga é recebida na zona de convecção de cada forno, que está dimensionada para recuperar calor dos gases de combustão. Adicionalmente, na zona de convecção existem serpentinas para preaquecimento de água de caldeira para posterior geração de vapor e para o superaquecimento do vapor gerado internamente à unidade.

7 BERNARDO GARROZI CARDOSO PÁGINA 7 / 13 Vapor de água é injetado nas serpentinas de carga, tanto na zona de convecção quanto na zona de radiação para propiciar o aumento de velocidade do fluido no interior das mesmas e retardar o início das reações de coqueamento. O efluente bifásico de cada forno é enviado para os correspondentes tambores que estão preparados para a etapa de enchimento. As reações de coqueamento ocorrerão no interior de cada tambor, onde a fase líquida é convertida em coque sólido e vapores de hidrocarbonetos mais leves os quais serão enviados para a Fracionadora. A operação de coqueamento requer sempre que para cada forno em operação, um dos seus tambores associados esteja na fase de enchimento, enquanto o outro está em uma das fases relativas à etapa de preparação para remoção de coque, descoqueamento e retorno à fase de enchimento. Após a conclusão da etapa de coqueamento em um dos tambores, o efluente do forno será enviado para o outro tambor de seu par através da movimentação da Válvula Switch daquele par. Existem três Válvulas Switch, uma para cada conjunto forno/dois reatores. O sistema de descoqueamento foi projetado para operar em ciclos de 20 e 18 horas, sendo este o tempo necessário para a completação da etapa de enchimento de um tambor e conseqüentemente este será também o tempo necessário para a etapa de preparação para remoção de coque, descoqueamento e retorno à fase de enchimento do seu par. A operação de descoqueamento consiste em diferentes etapas, a saber: purga com vapor resfriamento com água drenagem abertura do tambor corte e remoção do coque fechamento do tambor purga com vapor preaquecimento do tambor Completadas as etapas mencionadas o tambor de coque estará pronto para receber o efluente do forno. Embora o tempo de residência do fluido no Forno de Coque seja muito pequeno, durante a operação normal ocorre deposição indesejada de coque no interior dos tubos. Para remoção periódica desse depósito, os fornos da Refinaria do Nordeste Abreu e Lima são dotados de sistemas que permitem a remoção desses depósitos através das seguintes técnicas: descarbonização com água e vapor spalling on line pigging

8 BERNARDO GARROZI CARDOSO PÁGINA 8 / 13 RENDIMENTO DOS PRODUTOS (%) 100 RENDIMENTO ,5 3,5 9,8 48,5 8,1 25,6 0 PRODUTOS Gás Combustível GLP Nafta de Coque Diesel de Coque Gasóleo Pesado Coque Figura 3 Rendimento dos Produtos após o Coqueamento Retardado. DESCRIÇÃO DE UM FORNO TUBULAR SUJEITO À CHAMA Fornos tubulares sujeitos à chama e instalados em unidades de processo de Refinarias de Petróleo e de Plantas Petroquímicas são normalmente usados para prover calor a um fluido de processo e são compostos basicamente de: a) Câmara de Radiação: câmara onde é instalada parte da serpentina de processo e onde é queimado um combustível através dos queimadores. Recebe esta denominação porque a transferência de calor se dá basicamente por radiação dos gases de combustão resultantes da queima do combustível. b) Seção de Convecção: caixa normalmente de base retangular montada acima da câmara de radiação onde são instaladas a outra parte da serpentina de processo e as serpentinas de outros serviços, tais como: geração de vapor d água, superaquecimento de vapor d água e pré-aquecimento de água de caldeira. Tem o objetivo de aumentar a eficiência do forno. Recebe esta denominação porque o calor dos gases de combustão é transferido para as serpentinas de tubos basicamente por convecção. c) Chaminé: trecho cilíndrico, montado normalmente acima da seção de convecção, através do qual os gases de combustão são lançados a atmosfera. Os fornos utilizados em refinarias e plantas petroquímicas podem ser divididos basicamente em duas categorias:

9 BERNARDO GARROZI CARDOSO PÁGINA 9 / 13 Fornos de Aquecimento Categoria que engloba todos os fornos em que a carga, ao passar pela serpentina de processo, sofre apenas um aquecimento, podendo ser ou não vaporizada. Fornos de Reação Categoria que engloba todos os fornos em que a carga, ao passar pela serpentina de processo, além de sofrer um aquecimento tem sua composição química alterada. O forno da Unidade de Coqueamento Retardado é de aquecimento uma vez que a carga coqueia apenas dentro do tambor de coque. É um forno do tipo cabine com tubos horizontais. Possui tubos horizontais dispostos ao longo das superfícies internas das paredes laterais e do teto das duas células (câmaras de radiação). A seção de convecção com serpentinas de tubos horizontais, comum às duas células, fica montada imediatamente acima das mesmas. Admite tanto a queima vertical de baixo para cima quanto á queima horizontal com queimadores instalados nas paredes terminais (sem tubos) de cada célula. Segue abaixo um desenho esquemático de um forno similar ao da Unidade de Coqueamento Retardado. CHAMINÉ SERPENTINA DA CONVECÇÃO SERPENTINA DA RADIAÇÃO QUEIMADORES QUEIMADORES Figura 4 Desenho Esquemático do Forno da UCR DESCRIÇÃO DAS ATIVIDADES REALIZADAS Como o projeto no qual estava anteriormente (GASODUTO DO SISTEMA DE GNL DA BAÍA DE GUANABARA) estava sendo finalizado, fui transferido para o projeto RNEST. Neste tenho trabalhado com equipamentos estáticos, principalmente com fornos. Fiquei com a tarefa de realizar a estimativa de peso e planilha de quantitativos dos fornos da Unidade de Destilação Atmosférica, Unidade de

10 BERNARDO GARROZI CARDOSO PÁGINA 10 / 13 Coqueamento Retardado, Unidade de Hidrotratamento de NAFTA e Diesel e Unidade de Geração de Hidrogênio. ESTIMATIVA DE PESO DO FORNO DA UNIDADE DE COQUEAMENTO RETARDADO (U-21) A PETROBRAS tem a necessidade de saber o peso dos fornos para que possa ser estipulado seu custo além de que os engenheiros civis da Chemtech precisam deste para dimensionar a base de concreto que sustentará o mesmo. Parece ser uma tarefa simples, mas não é, pois além de nunca ter visto e nem estudado um forno industrial anteriormente, estes fornos possuem desenhos complexos com inúmeros detalhes que aos poucos, somam um bom montante ao peso total. A metodologia de cálculo utilizada é simples. Primeiro calcula-se o volume e depois se multiplica pela densidade do material para saber o peso. Segue abaixo uma figura que mostra o índice da planilha utilizada no cálculo de peso dos fornos da Unidade de Coqueamento retardado para identificação das partes contadas do mesmo. Figura 5 Índice da planilha utilizada no cálculo do peso dos fornos da UCR.

11 BERNARDO GARROZI CARDOSO PÁGINA 11 / 13 Uma das partes mais difíceis deste trabalho foi a de conseguir informações de fabricantes dos materiais e componentes utilizados nos fornos, tais quais ventiladores de tiragem forçada e induzida, pré-aquecedores de ar e densidade de materiais isolantes específicos. Estas informações demoram, muitas vezes, até semanas para serem conseguidas.

12 BERNARDO GARROZI CARDOSO PÁGINA 12 / CONCLUSÃO Para poder realizar as estimativas de peso dos fornos da Unidade de Coqueamento Retartado, necessitou-se primeiro de um estudo mais aprofundado sobre fornos e suas metodologias de cálculo de seus balanços de energia e massa. Depois sobre as partes que compõe um forno e como são especificadas, seja por normas ou fabricantes. Esta parte do trabalho tomou cerca de 15 dias de trabalho. Após este estudo inicial, teve início o relatório que consta a estimativa de peso de um dos fornos dessa unidade de refino, uma vez que os 3 fornos que a compõe são idênticos. Por sigilo de informações da empresa, não foi possível mostrar partes mais detalhadas do relatório de estimativa de peso, nem um desenho esquemático do forno em questão.

13 BERNARDO GARROZI CARDOSO PÁGINA 13 / REFERÊNCIAS Tubulações Industriais Materiais, Projeto, Montagem Telles, Pedro C. Silva 10ª Edição Norma API 5L Specification for Line Pipe API STD 560 Fourth Edition - Fired Heaters for General Refinery Services API STD 530 Fifth Edition - Calculation of Heater Tube Thickness in Petroleum Refineries API Recommended Practice 535 Second Edition Burners for Fired Heaters in General Refinery Services N-550 REV. E - Projeto de Isolamento Térmico de Alta Temperatura N-1617 REV. E - Aplicação de Concreto Refratário N-1618 REV. E - Material para Isolamento Térmico N-1671 REV. D - Projeto e Fabricação de Fornos N-1728 REV. J - Concreto Refratário N-1910 REV. E - Projeto de Revestimento de Concretos Refratários