Por Gayla Broostin, setembro de 2022
Uso de energia da Zenith Energy antes e depois do retrofit Zeeco
Antecedentes
Os sistemas de recuperação de vapor em instalações de armazenamento de tanques estão em uso há mais de 40 anos e foram desenvolvidos para atender às regulamentações ambientais, principalmente no que diz respeito ao controle das emissões de Compostos Orgânicos Voláteis (COV) gerados durante a transferência de produtos petrolíferos. O tratamento de vapor também pode ser necessário devido a problemas de odor ou exposição tóxica.
Ao longo dos anos, houve muitas evoluções e melhorias diferentes nos equipamentos de controle de vapor, não apenas no projeto, nos processos e na eficiência das unidades, mas também na capacidade de reduzir as emissões. Este artigo descreve como a Zeeco ajudou uma instalação de armazenamento de tanques a fazer atualizações estratégicas em sua Unidade de Recuperação de Vapor (VRU) existente. Essas atualizações melhoraram a confiabilidade do sistema e, ao mesmo tempo, reduziram os custos operacionais e a pegada de carbono.
Situação
Os sistemas VRU de carbono ativado são amplamente utilizados em instalações de armazenamento de tanques. Uma unidade de carvão ativado é essencialmente um grande sistema de filtração. Os vapores dos tanques são encaminhados para um leito de carvão ativado que remove os hidrocarbonetos do vapor por um processo chamado adsorção. Quando o leito fica saturado com hidrocarbonetos, o leito é isolado e os vapores adicionais são encaminhados para um segundo leito de carbono limpo.
O primeiro leito de carbono é limpo através de um processo chamado regeneração, criando um vácuo dentro do leito, que faz com que os hidrocarbonetos adsorvidos sejam liberados do carbono ativado e removidos do leito. Uma ou mais bombas de vácuo são necessárias para regenerar o leito e mover o fluxo de vapor, agora rico em hidrocarbonetos, para uma coluna absorvedora. Na coluna de absorção, um líquido de hidrocarbonetos (tipicamente gasolina) entra em contato com o rico fluxo de vapor para condensar grande parte dos hidrocarbonetos da fase de vapor em um líquido. O líquido absorvente, agora contendo os hidrocarbonetos recuperados, é devolvido ao tanque de armazenamento absorvente. Em média, um VRU típico de leito de carbono pode recuperar aproximadamente 1-2 galões de gasolina por 1.000 galões de gasolina carregada.
Figura 1 - Esquema do VRU de Carbono Ativado
Desafio
Como muitas instalações de carga envelheceram, criou oportunidades para trazer equipamentos de controle de vapor mais antigos até os padrões atuais. Também houve um crescimento significativo nos mercados de distribuição de gasolina, o que levou muitos operadores de terminais a buscar soluções para a expansão de suas instalações. Também se está pensando mais em como as melhorias podem não apenas melhorar as operações e a capacidade, mas também reduzir as emissões e a pegada de carbono.
Em 2020, um terminal de armazenamento de tanques da Zenith Energy no nordeste dos EUA entrou em contato com a Zeeco sobre problemas com seu VRU de carvão ativado existente. O terminal tem uma capacidade de armazenamento de quase 400.000 barris de biodiesel, butano, destilados, etanol e gasolina. A Zenith Energy estava buscando soluções que permitissem aumentar a capacidade geral de carregamento e reduzir a pegada ambiental/energética e os custos operacionais.
O principal problema com este VRU antigo era a bomba de vácuo de anel líquido (LRVP) do sistema e seu equipamento auxiliar. Como o nome sugere, os LRVPs dependem de um anel de líquido que é mantido dentro da carcaça da bomba. Este líquido, freqüentemente chamado de fluido de vedação, é uma mistura de água e aditivos químicos necessários para a proteção contra congelamento e corrosão. A manutenção freqüente é necessária para manter o fluido de vedação em um nível e mistura adequados.
Os vapores que saem da bomba de vácuo conterão algum fluido de vedação que requer que eles sejam encaminhados para uma unidade separadora. O fluido de vedação do separador deve então ser encaminhado de volta para a bomba de vácuo. Um trocador de calor também é normalmente necessário para resfriar o fluido de selagem recuperado antes que ele possa ser devolvido à bomba de vácuo. Ver Figura 2 para componentes de um sistema de manuseio do fluido de vedação.
Figura 2 - Laço de Fluido de Vedação LRVP
As questões comuns de manutenção relacionadas aos sistemas LRVP incluem:
- Tratamento regular do fluido de vedação com aditivos caros
- Monitorar e substituir o fluido de vedação consumido
- Deterioração dos aditivos do fluido de vedação quando o fluido de vedação é exposto ao vapor de etanol
- Descarte do fluido de vedação usado
- Reparo/substituição do interior do trocador de calor devido à corrosão
- Reconstrução de LRVP LRVP necessária em intervalos regulares
- Manutenção da bomba de fluido de vedação
Outro desafio da operação LRVP é que estas bombas devem operar sempre à velocidade total de projeto e não podem ser desligadas ou operadas a taxas reduzidas. Isto leva a um consumo de energia superior ao necessário e a uma manutenção mais freqüente da bomba de vácuo.
O LRVP do VRU neste local experimentou muitos dos requisitos de manutenção listados acima. Além disso, como o sistema VRU utilizava a antiga tecnologia LRVP que não podia ser recusada, ele tinha um uso constante de alta potência, mesmo durante períodos de carga reduzida no terminal.
Como este terminal tinha apenas um VRU, a manutenção do sistema ou um desligamento inesperado forçaria o terminal a cessar a maioria das operações de transferência. Isto resultou em perda significativa de receita e dificuldades na cadeia de abastecimento.
Solução
Os operadores do terminal pediram aos especialistas do site Zeeco que propusessem soluções que lhes permitissem aumentar o volume e a velocidade das operações de carregamento, reduzir o custo das operações e da manutenção e atender aos requisitos futuros de emissões. A solução também precisaria ser econômica e executada sem interromper as operações do terminal.
ZeecoO plano de atualização da empresa incluía várias recomendações para ajudar os operadores do terminal a atingir suas metas. A principal mudança seria atualizar o LRVP existente e seu equipamento auxiliar com uma bomba de vácuo de parafuso seco de última geração. A bomba de vácuo de parafuso a seco é mais eficiente e elimina a necessidade de fluido de vedação e seu respectivo vaso separador auxiliar, bomba e trocador de calor.
Figura 3 - LRVP Versus Dry Vacuum Pump Components
Além disso, a bomba de vácuo de parafuso seco pode ser desligada com um acionamento de freqüência variável quando a capacidade total de vácuo não é necessária. Estas mudanças não só melhoraram as ineficiências da bomba de vácuo líquida anterior, mas também eliminaram os equipamentos e serviços adicionais necessários para operar a bomba, levando à redução de manutenção, custos de utilidades e tempo de parada.
Zeecotambém recomendou a substituição de várias válvulas com vazamento, a atualização dos interruptores de pressão e temperatura para transmissores e um novo controlador lógico programável (PLC) com uma tela de interface homem-máquina (HMI) para facilitar a operação e o monitoramento do VRU. A substituição das válvulas aumentou a eficiência da recuperação, enquanto a instalação dos novos transmissores e do PLC permitiu um controle mais preciso do processo. A programação no novo PLC também adicionou a capacidade de o VRU entrar em um "modo de economia de energia" durante os períodos de baixa utilização, reduzindo bastante o consumo de energia e aumentando significativamente os intervalos de manutenção.
A adição do novo CLP e IHM também permitiu que o sistema registre dados históricos, como histórico de alarmes, horas de operação da bomba, níveis e pressões de concentração de emissões de saída, e tendências de vácuo e temperatura. Isto permitiu a geração de cronogramas de manutenção mais precisos para componentes individuais do sistema, com base nas horas e ciclos de operação. As informações sobre alarmes e tendências de dados também foram valiosas tanto para identificar problemas operacionais quanto para a solução de problemas.
No inverno de 2020, a Zeeco iniciou o retrofit e forneceu aos operadores do terminal uma ZEECO® Zephyr™; uma unidade de combustão de vapor montada em reboque (VCU) que faz parte da extensa frota de aluguel da Zeeco. O Zephyr foi projetado para obter uma combustão sem fumaça em uma ampla gama de taxas de fluxo com uma eficiência de destruição de COV de 99% ou mais. Com a utilização do Zephyr, o Zeeco conseguiu redirecionar 100% dos vapores da VRU para a VCU, onde foram queimados com segurança. Isso permitiu que o terminal mantivesse a segurança para funcionários e clientes, permanecesse dentro das normas ambientais e mantivesse o terminal funcionando em sua capacidade operacional normal enquanto o trabalho na VRU era realizado.
Ilustração 1 - Zephyr™ Unidade de Combustão em Serviço Enquanto as Atualizações no VRU ESTIVERAM CONCLUSAS
Resultados
As atualizações do sistema resultaram em melhorias drásticas nas operações do VRU, com um maior rendimento e maior confiabilidade. O modo de economia de energia também reduziu o uso de energia elétrica do VRU em mais de 40% (Veja Figura 3). Os níveis de emissões também foram significativamente reduzidos, permitindo que a unidade já esteja em conformidade com regulamentos mais rígidos que se espera que sejam implementados no futuro. Essas melhorias também estão alinhadas com os atuais critérios ambientais, sociais e de governança (ESG). Do ponto de vista financeiro, a atualização também foi um sucesso. O retorno sobre o investimento (ROI) para o reequipamento total foi inferior a dois anos.
A Zenith tomou a iniciativa de melhorar seu sistema VRU e se beneficiou em várias áreas sem exigir nenhum tempo de inatividade para as instalações.
Figura 3: Zenith Energy Power Usage Antes e Depois do Retrofit