PROGRAMA DE RECURSOS HUMANOS DA AGENCIA NACIONAL DE PETRÓLEO PARA O SETOR PETRÓLEO E GÁS PRH–ANP/MME/MCT

1. PROGRAMA DE RECURSOS HUMANOS DA AGENCIA NACIONAL DE PETRÓLEO PARA O SETOR PETRÓLEO E GÁS PRH–ANP/MME/MCT BOLSISTA: Alex Almeida Manólio DATA DE ENTRADA NO PROGRAMA : 01/06/2002 DATA DE SAÍDA DO PROGRAMA : 31/05/2004 TIPO DE BOLSA: GRA – GRADUAÇÃO. INSTITUIÇÃO: UNIFEI – UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ. COORDENADOR: Jamil Haddad TÍTULO DO PROGRAMA: ENGENHARIA DA ENERGIA E DO PETRÓLEO. ORIENTADOR: Carlos Alberto Murari Pinheiro

2. Título da Pesquisa Identificação Multivariável de um Forno Refervedor Atmosférico Autor: Alex Almeida Manólio Orientador: Carlos Alberto Murari Pinheiro

3. OBJETIVO Obter o modelo matemático de um forno refervedor atmosférico através de técnicas de identificação de sistemas. • A partir do modelo é possível: • Realizar novas estratégias de controle. • Predizer comportamentos diante de diferentes condições de operação. • Realizar diversos tipos de análises.

4. Introdução Nos processos de destilação de petróleo é necessário fornos. Os fornos tem a função de aquecer o petróleo bruto ou reduzido a ser destilado. Os fornos podem ser: aquecedores ou refervedores.

5. Produtos Destilados Esquema básico Nafta Leve Torre de Destilação Atmosférica Nafta Pesada Querosene Petróleo bruto Diesel / Gasóleo Forno Aquecedor Atmosférico Objeto de estudo Forno Refervedor Atmosférico Processo de Destilação Atmosférica

6. Forno Refervedor Atmosférico Otimizador Set - Points Controlador Multivariável Coleta de Dados Variáveis do processo (u1, u2, u3, y1, y2) SDCD Controle Regulatório Transdutores de Temperatura u3 y2 F-01A Carga (Petróleo Reduzido) y1 Carga Aquecida Refluxo u2 u1 Carga Térmica (Gás ou Óleo)

7. Forno Refervedor Atmosférico • Variáveis do Forno – Sistema Multivariável – 3I2O • Variáveis de Entrada • u1 = Carga Térmica [Gcal/h] – (manipulada) • u2 = Vazão de Entrada da Carga [m3/h] – (manipulada) • u3 = Temperatura de Entrada da Carga [°C] – (perturbação) • Variáveis de Saída • y1 = Temperatura de Saída da Carga [°C] – (controlada) • y2 = Temperatura de Topo de Radiação [°C] – (controlada)

8. Forno Refervedor Atmosférico Especificações do Forno Localização: Refinaria da Petrobrás Henrique Lajes, REVAP, São José dos Campos. Unidade de Destilação: U210 Capacidade da Unidade: 36.000m3/dia Forno Refervedor: F – 01A Número de Passos: 4

9. Forno Refervedor Atmosférico Bateria de Pré-Aquecimento e Pré-Flash (Petrobrás, 2004)

10. Identificação de Sistemas Identificação de Sistemas tem como objetivo obter o modelo matemático a partir dos dados do sistema. Características dos dados para Identificação do Forno F-01A: A aquisição de dados foi realizada no SDCD do sistema de operação do forno. Foram adquiridos 20160 pontos, com taxa de amostragem de 60s. Foi adotado que o sistema é linear.

11. Identificação do Forno F-01A • Etapas da Identificação do Forno Refervedor F- 01A: • Aquisição dos dados • Divisão dos dados em grupos para identificação e outro para validação • Tratamento dos dados • Escolha de vários modelos ARX multivariável (linear) • Estimação de Parâmetros dos Modelos • Validação dos modelos identificados • Escolha do modelo mais adequado para temperatura de saída • Escolha do modelo mais adequado para temperatura de topo de radiação.

12. Identificação do Forno F-01A Dados Os dados tiveram a média removida, sendo essa uma tendência. Grupo 1 - Dados para identificação: Pontos 1 – 10080 Grupo 2 - Dados para validação: Pontos 10081 – 20160

13. Identificação do Forno F-01A Dados – Carga Térmica do Forno

14. Identificação do Forno F-01A Dados – Temperatura de Entrada da Carga

15. Identificação do Forno F-01A Dados – Vazão de Entrada da Carga

16. Identificação do Forno F-01A Dados – Temperatura de Topo de Radiação

17. Identificação do Forno F-01A Dados – Temperatura de Saída da Carga

18. Em equações a diferença tem-se: Identificação do Forno F-01A Modelo ARX Multivariável – Modelo Linear Estrutura do Modelo: A(z).y(z) = B(z).u(z) + e(z) onde; A(z) e B(z) são matrizes de polinômios

19. Identificação do Forno F-01A Estimação de Parâmetros - MQ A estimação de parâmetros foi feita com o método dos Mínimos Quadrados (MQ), usando o grupo 1 de dados, 10080 pontos. F - matriz de regressores Y - matriz das saídas Θ – vetor de parâmetros a ser estimado

20. Identificação do Forno F-01A Estimação de Parâmetros - MQ Modelos testados: ARX (na, nb, nk) na – número de pólos nb – Número de zeros +1 nk – atraso entre entrada e saída Os parâmetros foram estimados usando o software MatLab

21. Identificação do Forno F-01A Validação A validação dos modelos foi feita baseado em equações de correlação. Onde; h e g são os sinais a serem correlacionados. rhg – fator de correlação

22. Identificação do Forno F-01A Modelos Identificados para a Temperatura de Saída da Carga

23. Identificação do Forno F-01A Modelos Identificados para a Temperatura de Topo de Radiação

24. Identificação do Forno F-01A Modelo ARX324 Multivariável - Temperatura de Saída da Carga Modelo Completo : Modelo para a Temperatura de Saída a equação a diferença :

25. Identificação do Forno F-01A Modelo ARX324 Multivariável - Temperatura de Saída da Carga Função de Transferência da entrada “Carga Térmica” para a saída “Temperatura de Saída da Carga”: Função de Transferência da entrada “Vazão de Entrada da Carga” para a saída “Temperatura de Saída da Carga”: Função de Transferência da entrada “Temperatura de Entrada da Carga” para a saída “Temperatura de Saída da Carga”:

26. Identificação do Forno F-01A Modelo ARX324 Multivariável - Temperatura de Saída da Carga - simulação

27. Identificação do Forno F-01A Modelo ARX331 Multivariável - Temperatura de Topo de Radiação Modelo Completo : Modelo para a Temperatura de Topo de Radiação a equação a diferença :

28. Identificação do Forno F-01A Modelo ARX331 Multivariável - Temperatura de Topo de Radiação Função de Transferência da entrada “Carga Térmica” para a saída “Temperatura de Topo de Radiação”: Função de Transferência da entrada “Vazão de Entrada da Carga” para a saída “Temperatura de Topo de Radiação”: Função de Transferência da entrada “Temperatura de Entrada da Carga” para a saída “Temperatura de Topo de Radiação”:

29. Identificação do Forno F-01A Modelo ARX331 Multivariável - Temperatura de Topo de Radiação - simulação

30. Identificação 2 do Forno F-01A Foi realizada uma segunda identificação selecionando outros dados da mesma aquisição. O processo e a etapas de identificação são idênticas às usadas nos itens anteriores. Grupo 3 - Dados para identificação: Pontos 1 – 4600 Grupo 4 - Dados para validação: Pontos 4601 - 9200

31. Identificação 2 do Forno F-01A Modelos Identificados para a Temperatura de Saída da Carga

32. Identificação 2 do Forno F-01A Modelos Identificados para a Temperatura de Topo de Radiação

33. CONCLUSÃO A identificação 2, com os grupos 3 e 4 de dados, os modelos não foram validados, devido aos coeficientes de correlação muitos baixos (em torno de 10%), ou quando negativos. Somente os modelos da identificação 1 serão considerados.

34. CONCLUSÃO Para a temperatura de saída, o modelo (ARX324) de melhor validação atingiu 70% de coerência com o sistema real. Para a temperatura de topo de radiação, o modelo (ARX331) de melhor validação teve uma coerência de quase 60% com o sistema real. Identificações com modelos não-lineares (NARX, NARMAX, etc), podem oferecer melhores resultados devido a não linearidades que sistemas reais geralmente apresentam.

35. Identificação do Forno F-01A Conclusão – Diagrama em Blocos das FT

36. PROGRAMA DE RECURSOS HUMANOS DA AGENCIA NACIONAL DE PETRÓLEO PARA O SETOR PETRÓLEO E GÁS PRH–ANP/MME/MCT FIM Obrigado a todos pela atenção