Visão geral do projeto
Como uma das maiores empresas integradas de energia e produtos químicos do mundo, a Sinopec opera dezenas de refinarias e complexos petroquímicos por toda a China. Em uma importante refinaria no leste da China, a equipe de gestão das instalações identificou uma lacuna sistemática em sua infraestrutura de amostragem de processos: várias unidades de destilação e parques de tanques intermediários ainda dependiam de métodos tradicionais de amostragem em circuito aberto (amostragem pontual), o que representava riscos significativos à segurança, ao meio ambiente e à qualidade dos dados.
A Wanan Technology foi contratada para projetar, fabricar e fornecer um sistema abrangente sistema de amostragem em circuito fechado pacote que abrange 18 pontos de amostragem distribuídos por três unidades de processo — destilação de petróleo bruto, craqueamento catalítico e acabamento de produtos. O escopo do projeto incluiu projeto de engenharia, seleção de materiais, fabricação, testes de aceitação em fábrica (FAT) e suporte ao comissionamento no local.
O desafio: infraestrutura de amostragem obsoleta
O sistema de amostragem existente na refinaria consistia em simples válvulas de agulha e frascos abertos — um método que vinha sendo utilizado desde a construção original da instalação. Ao longo de anos de operação e de diversas auditorias de Saúde, Segurança e Meio Ambiente (HSE), várias questões críticas foram documentadas:
- Exposição do operador: O pessoal responsável pela amostragem era rotineiramente exposto a fluxos contendo benzeno, sulfeto de hidrogênio (H₂S) e vapores de hidrocarbonetos voláteis. Apesar das exigências relativas aos EPIs, o risco de exposição aguda durante operações de amostragem em alta pressão continuava sendo uma preocupação constante para o departamento de Saúde, Segurança e Meio Ambiente (HSE).
- Emissões fugitivas de COV: Cada operação de amostragem em circuito aberto liberava, segundo estimativas, de 0,5 a 2 litros de vapor de hidrocarbonetos na atmosfera. Com centenas de operações de amostragem por semana em toda a refinaria, as emissões acumuladas foram identificadas na auditoria de conformidade ambiental da instalação como um item prioritário a ser corrigido.
- Imprecisão da amostra: A equipe do laboratório relatou resultados inconsistentes da pressão de vapor de Reid (RVP) e pontos finais de destilação variáveis em amostras idênticas de matéria-prima. A análise da causa raiz atribuiu a discrepância às perdas de frações leves durante a transferência das amostras ao ar livre — o que é particularmente problemático para a análise de nafta e de matérias-primas para mistura de gasolina.
- Pressão regulatória: A evolução da norma chinesa GB 31570-2015, relativa aos limites de emissão de poluentes na refinação de petróleo, aliada ao programa interno de atualização de HSE da Sinopec, estabeleceu um prazo firme para a modernização do sistema de amostragem.
Projeto e Engenharia de Soluções
A equipe de engenharia da Wanan realizou um levantamento no local para mapear todos os 18 pontos de amostragem, documentando as condições do processo em cada local:
| Unidade de Processo | Pontos de amostragem | Fluido típico | Faixa de pressão | Faixa de temperatura |
|---|---|---|---|---|
| Destilação de petróleo bruto | 7 pontos | Carga bruta, nafta, querosene, diesel, resíduo atmosférico | 0,5 – 3,5 MPa | 40 – 350 °C |
| Craqueamento catalítico | 6 pontos | LCO, gasolina, GLP, amina rica, água ácida | 0,8 – 4,0 MPa | 40 – 200 °C |
| Acabamento do produto | 5 pontos | Gasolina refinada, diesel, combustível de aviação, reformado | 0,3 – 2,0 MPa | 30 – 80 °C |
Com base nessa pesquisa, foram elaboradas três configurações de painéis de amostragem:
1. Painéis de cilindros de pistão de pressão constante (8 pontos)
Para correntes voláteis (nafta, GLP, gasolina, reformado), cilindros de amostragem de pressão constante foram especificados pistões com mola. Estes mantêm a amostra na pressão do processo durante toda a extração e o transporte, evitando a vaporização instantânea dos componentes leves, o que prejudicaria a análise do RVP e da destilação. Os painéis foram equipados com isolamento por válvulas duplas, manômetros e circuitos de purga integrados.
2. Painéis padrão de amostragem cilíndricos (7 pontos)
Para fluxos líquidos estáveis (diesel, querosene, resíduo atmosférico, LCO), foram selecionados cilindros de amostragem padrão de aço inoxidável 316L com válvulas de agulha. Esses conjuntos incluíam uma válvula de isolamento do processo, uma válvula de purga/ventilação e uma conexão do cilindro com conexões de engate rápido para agilizar o fluxo de trabalho do operador.
3. Painel de amostragem aquecido (3 pontos)
Para fluxos de alta viscosidade (resíduo atmosférico a 350 °C), foram projetados painéis aquecidos com traço de vapor e tubulação de diâmetro ampliado (mínimo de 3/8 de polegada) para manter a fluidez durante o ciclo de amostragem. O projeto do painel incluiu uma seção de resfriamento para levar a amostra a uma temperatura controlável antes de entrar no cilindro.
Equipamentos fornecidos
| Item | Especificações | Quantidade | Certificação |
|---|---|---|---|
| Painéis de amostragem de pressão constante | Aço inoxidável 316L, com pressão nominal de 6,4 MPa, com cilindro de pistão (500 mL) | 8 séries | Certificação ASME U-Stamp, GB/T 150 |
| Painéis de amostragem padrão | Aço inoxidável 316L, classificado para 4,0 MPa, com cilindro (1 L) | 7 séries | Certificação ASME U-Stamp, GB/T 150 |
| Painéis de amostragem aquecidos | Aço inoxidável 316L, com aquecimento por vapor, pressão nominal de 4,0 MPa, com cilindro (1 L) | 3 séries | Certificação ASME U-Stamp, GB/T 150 |
| Cilindros de amostragem sobressalentes | Aço inoxidável 316L, 500 mL e 1 L, com válvulas nas duas extremidades | 40 conjuntos | EN 10204 3.1, GB 5099 |
| Kits de vedação e juntas de reposição | PTFE/grafite, conjunto completo para 2 anos de operação | 1 lote | Testado na fábrica |
Implementação e Colocação em Operação
O projeto foi executado ao longo de um prazo de 14 semanas:
- Semanas 1 a 3: Engenharia detalhada, revisão de P&IDs e cálculo de quantidades de materiais. Os engenheiros da Wanan trabalharam em conjunto com o departamento de engenharia de processos da refinaria para confirmar todos os pontos de conexão, a localização das válvulas de isolamento e os percursos das amostras.
- Semanas 4 a 10: Fabricação e montagem nas instalações da Wanan em Honghu, Hubei, certificadas com o selo ASME U. Todos os componentes sujeitos a pressão foram submetidos a testes hidrostáticos a 1,5 vez a pressão de projeto. A rastreabilidade dos materiais, conforme a norma EN 10204 3.1, foi mantida durante todo o processo.
- Semanas 8 a 9: Os Testes de Aceitação em Fábrica (FAT) foram realizados nas instalações da Wanan, com a presença de engenheiros de inspeção da Sinopec. Os testes incluíram testes de manutenção de pressão, testes de funcionamento das válvulas, testes de vazamento dos cilindros (detector de hélio com sensibilidade de 1×10⁻⁶ cc padrão/segundo) e verificação dimensional.
- Semanas 11 a 13: Transporte, instalação no local e conclusão mecânica. Os engenheiros de serviço de campo de Wanan supervisionaram a instalação de todos os 18 painéis de amostragem, incluindo conexões ao processo, traçados de tubulação e suportes estruturais.
- Semana 14: Comissionamento e treinamento dos operadores. Cada ponto de amostragem foi submetido a testes funcionais com o fluido real do processo. Os operadores receberam treinamento prático sobre procedimentos de purga, manuseio de cilindros e protocolos de manutenção. Foi entregue um manual detalhado de operação e manutenção (em chinês e inglês).
Resultados e desfechos
O desempenho pós-instalação foi monitorado durante um período de 6 meses, com os seguintes resultados documentados:
| Métrico | Antes da atualização | Após a atualização | Melhoria |
|---|---|---|---|
| Incidentes de exposição de operadores (por trimestre) | 3 a 5 eventos de exposição de menor gravidade | 0 incidentes relatados | Eliminação do 100% |
| Emissões fugitivas de COV decorrentes da amostragem | ~150-200 L/semana de liberação total de vapor | Quase zero (medido abaixo do limite de detecção) | >Redução 99% |
| Repetibilidade da análise de RVP | Variação de +/- 0,8 kPa | Variação de +/- 0,15 kPa | Melhoria de 5 vezes |
| Taxa de rejeição de amostras de laboratório | ~12% (contaminação/flash) | <2% (apenas processual) | Redução de 85% |
| Tempo por operação de amostragem | 10 a 15 min (método aberto) | 4 a 7 min (circuito fechado) | ~50% mais rápido |
Além dos indicadores quantificáveis, o departamento de Saúde, Segurança e Meio Ambiente (HSE) da refinaria informou que a modernização do sistema de amostragem em circuito fechado foi mencionada de forma positiva na auditoria de segurança corporativa realizada posteriormente. A equipe de conformidade ambiental confirmou que as emissões fugitivas relacionadas à amostragem foram efetivamente eliminadas do relatório de inventário de emissões da unidade.
Principais conclusões para operadores de refinarias
Este projeto ilustra vários princípios que se aplicam de maneira geral às modernizações de sistemas de amostragem em qualquer refinaria ou instalação petroquímica:
- Não existe uma solução única para todos. Um único projeto de painel de amostragem não é capaz de atender a todas as condições do processo. Correntes voláteis exigem cilindros de pistão de pressão constante; correntes viscosas requerem painéis aquecidos; líquidos estáveis podem utilizar configurações padrão. É essencial que a engenharia seja adequada para cada ponto.
- A rastreabilidade dos materiais é importante. Para aplicações em refinarias, o aço inoxidável 316L com certificação completa EN 10204 3.1 é o padrão mínimo exigido. O serviço em ambiente ácido (contendo H₂S) exige conformidade com a norma NACE MR0175/ISO 15156. Deixar de apresentar a documentação do material para economizar custos é uma falsa economia.
- O treinamento dos operadores é imprescindível. Mesmo o sistema de circuito fechado mais bem projetado terá um desempenho abaixo do esperado se os operadores voltarem a cair nos velhos hábitos. Um treinamento prático e estruturado durante o comissionamento, complementado por procedimentos visuais claros em cada ponto de amostragem, garante o uso adequado e sustentável do sistema.
- O planejamento de peças de reposição evita paradas de produção. Vedações, juntas e cilindros de reposição devem ser encomendados junto com o equipamento inicial. Um estoque de peças de reposição para dois anos foi incluído neste projeto e se mostrou essencial quando um cilindro precisou ser testado novamente após um episódio de exposição a condições de serviço ácidas.
Para instalações que planejam atualizações semelhantes, a Wanan Technology oferece levantamento do local, projeto de engenharia e fabricação sob medida de sistemas de amostragem em circuito fechado em conformidade com as normas ASME, GB, ATEX e PED. Nossa experiência abrange mais de 40 países e inclui trabalhos para instalações da Sinopec, PetroChina, ExxonMobil, Lukoil e BASF.
Perguntas frequentes
Quanto tempo leva, normalmente, a modernização de um sistema de amostragem em circuito fechado em uma refinaria?
Para uma refinaria de médio porte (20 a 30 pontos de amostragem), o cronograma típico do projeto é de 12 a 16 semanas, desde o início da engenharia até o comissionamento final. Isso inclui 2 a 3 semanas de engenharia detalhada, 6 a 8 semanas de fabricação, 1 a 2 semanas para o teste de aceitação no fabricante (FAT) e 2 a 3 semanas para instalação no local e comissionamento. Instalações maiores ou que exijam painéis aquecidos para serviços com fluidos viscosos podem exigir tempo adicional.
Os pontos de amostragem existentes podem ser adaptados para receber painéis de circuito fechado?
Sim, a grande maioria das atualizações de amostragem em circuito fechado consiste em adaptações. Os engenheiros da Wanan avaliam cada ponto de amostragem existente quanto à compatibilidade da conexão de processo (tamanho do flange, padrão de rosca), disponibilidade de suporte estrutural e espaço livre para acesso. A maioria das adaptações utiliza o bocal de processo existente com um novo conjunto montado no painel, minimizando o trabalho a quente e o tempo de inatividade do processo.
Quais certificações são exigidas para os sistemas de amostragem nas refinarias chinesas?
Para refinarias nacionais, as normas principais são a GB/T 150 (vasos de pressão), a GB 5099 (cilindros de gás de aço sem costura) e, quando aplicável, os controles de emissão aprovados pela SEPA. Os painéis de amostragem e cilindros da Wanan possuem a certificação ASME U-Stamp (reconhecida internacionalmente), além da documentação de conformidade com a norma GB nacional. Para instalações voltadas para a exportação ou sujeitas a auditorias internacionais, também podem ser exigidas as certificações ATEX e PED.
De que maneira os pontos de amostragem de gás sulfídrico (H₂S) são tratados de forma diferente?
A amostragem em serviço ácido exige materiais em conformidade com as normas NACE MR0175/ISO 15156 em todo o trajeto molhado. A Wanan especifica aço inoxidável 316L endurecido ou duplex para as partes internas das válvulas, vedações especializadas para serviço ácido (PTFE com enchimentos resistentes a ácidos) e passivação interna dos cilindros. Os cilindros em serviço ácido exigem inspeções mais frequentes — normalmente anuais, em vez do intervalo padrão de 5 anos para o reteste hidrostático.
Qual é o prazo para o retorno sobre o investimento (ROI) de uma atualização para amostragem em circuito fechado?
A maioria das modernizações de amostragem em refinarias alcança um ROI positivo em um prazo de 12 a 24 meses por meio de uma combinação de: eliminação dos custos decorrentes de incidentes de exposição (licença médica, seguro), redução da mão de obra necessária para novas amostragens em laboratório, prevenção de multas por descumprimento de normas ambientais e melhoria na qualidade do produto (menos lotes fora das especificações devido à amostragem precisa). O maior impacto financeiro isolado é, normalmente, a prevenção de uma única carga fora das especificações — um único resultado incorreto de RVP em um carregamento de gasolina pode custar mais do que todo o investimento no sistema de amostragem.
Está planejando uma atualização do sistema de amostragem? A equipe de engenharia da Wanan Technology pode ajudá-lo a avaliar as necessidades de suas instalações, projetar soluções personalizadas e fornecer equipamentos certificados pela ASME com documentação completa. Já fornecemos sistemas para refinarias e fábricas de produtos químicos em mais de 40 países.
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