Aplicação do interruptor de nível por ultrassom ELL no sistema SIS da área de tanques esféricos

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Resumo: Com base nas propriedades físicas dos hidrocarbonetos líquidos, bem como no princípio de funcionamento e nos formatos de saída do interruptor de nível por ultrassom ELL, foram analisadas as características desse dispositivo em uso prático. Para os tanques de armazenamento de hidrocarbonetos líquidos, que são substâncias perigosas, foram analisados os parâmetros de controle do sistema SIS dos tanques, levando em consideração o nível SIL e as condições específicas do local. Foi desenvolvido um sistema de instrumentação de segurança que inclui um interruptor de nível por ultrassom ELL. Adotou-se também um esquema de controle em tripla redundância. O interruptor de nível por ultrassom ELL possui confiabilidade adequada durante a operação, além de ser fácil e simples de manter, o que garante a segurança na produção nas áreas de armazenamento de hidrocarbonetos liquefeitos. Palavras-chave: Interruptor de nível por ultrassom para ELL, hidrocarbonetos liquefeitos, transmissão remota de falhas nos interruptores, sistema de instrumentação de segurança. Os hidrocarbonetos liquefeitos são considerados substâncias com risco de incêndio e explosão da categoria A e A1, apresentando um alto risco de incêndio e explosão. De acordo com as exigências das “Diretrizes Técnicas para Tanques de Armazenamento de Petróleos Leves da China National Petroleum Corporation”, os tanques devem estar equipados com dispositivos de alarme para detecção do nível do líquido, temperatura, nível muito alto, nível alto, nível baixo e nível muito baixo. O Artigo 13 das “Regulações Provisórias para a Supervisão e Gestão de Fontes de Risco Significativas relacionadas a Substâncias Perigosas” (**Decreto nº 40 da Administração Geral de Segurança) estipula que, no caso de fontes de risco significativo de primeiro ou segundo grau que envolvam gases tóxicos, gases liquefeitos ou líquidos altamente tóxicos, deve haver um sistema independente de instrumentação de segurança (SIS). O departamento de refino da Sinopec em Tianjin implementou, neste projeto de correção de riscos nas áreas de armazenamento de hidrocarbonetos liquefeitos, um novo sistema de instrumentação de segurança. Em cada tanque de armazenamento, foi instalado um conjunto de interruptores de nível por ultrassom. Esses interruptores, juntamente com os interruptores de nível de tipo forquilha e os medidores de nível por radar, formam um sistema de intertravamento que permite o fechamento emergencial das válvulas, segundo o princípio “dois em três”. Para garantir as necessidades normais de produção dos vários equipamentos de produção da empresa, levando em consideração as exigências da área de tanques e sua aplicação no sistema SIS, os novos interruptores de nível devem atender aos seguintes requisitos: a. Área de tanques à prova de explosão; instalação sem uso de chamas ； b. O recipiente está cheio; instale sem abrir a tampa ； C. Não é necessário esvaziar o tanque, o que economiza tempo e custos. É fácil de instalar, além de ser um instrumento adequado para uso em áreas classificadas como zona 1, resistentes a explosões ； d. O instrumento possui funções de autodiagnóstico inteligente e transmissão remota de falhas ； e. As medições devem ser precisas e estáveis. Atualmente, os interruptores de nível mais utilizados em ambientes industriais são os interruptores de nível com esfera flutuante, os interruptores de nível com esfera flutuante acoplada a um cabo, os interruptores de nível capacitivos e os interruptores de nível por ultrassom ELL. Foi realizada uma análise comparativa dos princípios e características dos diferentes tipos de interruptores. Considerando as condições do local onde será implementado o projeto, decidiu-se, por fim, optar pelo interruptor de nível ultrassônico ELL. 1 Princípio de funcionamento e aplicações do interruptor de nível por ultrassom ELL 1.1 Princípio de funcionamento O próprio sensor do interruptor de nível por ultrassom ELL é capaz de gerar pulsos de ultrassom de frequência variável. Esses pulsos se propagam por uma certa distância dentro do tanque (0,8 a 1,5 m), refletindo-se nas paredes do tanque, ao mesmo tempo em que se propagam também pelo líquido ou gás presente no interior do recipiente. Devido às diferentes taxas de transmissão dos ultrassons em líquidos e gases, ou seja, às diferentes perdas de energia após a propagação dos ultrassons, a energia restante no ponto a ser medido é diferente quando há líquido presente e quando não há. O interruptor de nível por ultrassons ELL detecta essa energia restante e, com base nela, determina se há líquido no tanque no ponto em questão. Em seguida, ele envia um sinal digital através de seu relé para o sistema SIS, permitindo assim que o sistema controle o nível do líquido de forma automatizada. A propagação e a refração das ondas ultrassônicas dentro da parede do tanque não são afetadas por fatores como bolhas de ar no meio ou pressão. O interruptor de nível por ultrassom ELL possui tecnologia de frequência variável patenteada, o que permite que o interruptor não seja afetado por mudanças de temperatura, condições climáticas como chuva e neve, nem pelo acúmulo de resíduos no interior do dispositivo. O interruptor possui uma função de autodiagnóstico inteligente; em caso de falha, o sinal de erro pode ser enviado à sala de controle. Por meio da análise dos códigos de erro exibidos pelo interruptor, é possível identificar o tipo de falha e realizar a manutenção necessária. 1.2 Instruções de instalação: A instalação do interruptor de nível ultrassônico ELL em posição elevada no tanque esférico é mostrada na Figura 1. A parede do recipiente é feita de material Q345R. O sensor é fixado na parte externa da parede do recipiente por meio de atrito magnético. A posição de instalação escolhida deve atender às seguintes condições: a. Os dois sensores de medição de nível, ou seja, o sensor emissor e o sensor receptor, devem ser instalados no mesmo plano horizontal ； b. A distância entre a sonda emissor e a sonda receptor é de 0,8 a 1,5 m ； Figura 1: Esquema de instalação. Perto do tanque no local, deve-se fixar um tubo vertical de aço carbono de 2” (50 mm), com altura de 1,0 a 1,5 m, utilizando parafusos de expansão. O transmissor é fixado ao tubo vertical por meio de suportes em forma de curva, utilizando abraçadeiras em formato de “U”. A conexão dos tubos está mostrada na Figura 2. Figura 2: Conexão de tubulações – Área de tanques de armazenamento. O sistema SIS fornece alertas e mecanismos de intertravamento para o sistema de controle de produção da fábrica, tornando-se, assim, um componente importante no controle automático das fábricas. O sistema SIS da área de tanques configura alarmes sonoros e visuais, além de controle de intertravamento automático, para parâmetros como pressão, temperatura, nível do líquido e vazão nos tanques de armazenamento. Após a identificação e cálculo dos materiais presentes no interior do tanque, foi determinado que os tanques de armazenamento de hidrocarbonetos liquefeitos constituem uma fonte de risco grave de segundo grau. Ao mesmo tempo, foi realizada a análise de riscos e viabilidade operacional (HAZOP), exigida pelos departamentos responsáveis, para determinar que o nível de risco de segurança dos tanques de armazenamento de hidrocarbonetos liquefeitos é de classe SIL2. Para aumentar ainda mais a segurança intrínseca da área de tanques, garantir a produção segura e evitar acidentes, foi implementado o sistema SIS. Em caso de algum problema de segurança nos tanques, o sistema SIS consegue agir de forma imediata e precisa, realizando o desligamento de emergência e interrompendo o processo de produção de maneira segura, ou então colocando o sistema em um estado de segurança pré-determinado. 2.1 Parâmetros principais de controle Na gestão dos tanques de armazenamento, o nível do líquido contido no tanque é um dos principais parâmetros de controle. O nível do líquido nos tanques de armazenamento de hidrocarbonetos liquefeitos muda constantemente devido às entradas e saídas de material. Isso pode causar riscos de esvaziamento total do tanque ou vazamento do material. Portanto, o parâmetro de controle fundamental no sistema SIS é o nível do líquido no tanque. Os sensores utilizados para medir esse nível são independentes entre si. São usados sensores de nível por ultrassom, sensores de tipo diapasão e medidores de nível por radar. Esses sensores formam um sistema de intertravamento “três contra dois”. Os sinais gerados são enviados ao sistema SIS para comparação. Se ambos os sensores atingirem os valores definidos, o sistema envia um sinal para acionar as medidas de emergência. 2.2 Projeto do sistema SIS O sistema SIS inclui instrumentos de campo e atuadores, conforme um design de segurança contra falhas ； Pode se comunicar com o DCS, mas o sistema DCS é relativamente independente do sistema SIS. No sistema SIS, a utilização de interruptores de nível ultrassônicos ELL, que são dispositivos de detecção de nível sem contato, reduz as aberturas necessárias nos tanques, bem como as operações que envolvem uso de fogo. Isso, por sua vez, diminui a probabilidade de vazamentos de materiais perigosos e de incêndios ou explosões em locais de alto risco. O instrumento possui verificação automática inteligente e alertas em caso de falhas, o que reduz a necessidade de manutenção e reparos. Além disso, oferece alta estabilidade, funcionamento confiável e maior segurança. 3 Conclusão Desde a sua concepção, construção e entrada em operação, o sistema SIS da área de tanques de armazenamento de hidrocarbonetos liquefeitos da unidade de refino da Sinopec em Tianjin tem funcionado de maneira estável e confiável. As inspeções diárias e a manutenção do sistema são fáceis de serem realizadas. Além disso, a empresa adotou diversas medidas de segurança e confiabilidade, de acordo com as suas condições específicas, para garantir o funcionamento seguro do sistema. Dessa forma, é possível assegurar a produção segura dos hidrocarbonetos liquefeitos, a segurança ambiental, bem como a operação contínua e estável das instalações de produção por um longo período de tempo