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AUTORES:
Marcos Bruno Machado - (
Marcos.Machado@emerson.com )
Brazil PAM Sales Leader
Emerson Process Management
Luís Gustavo Lima
Engenheiro de Vendas
INTRODUÇÃO
A necessidade de manter a confiabilidade dos instrumentos e de aumentar cada vez mais a capacidade de produção sem fazer o mesmo com os custos envolvidos, é assunto comum entre os departamentos e equipes de manutenção das empresas. Cada dia mais a cobrança aumenta para que sejam implementados programas de manutenção mais eficientes e que tragam maiores benefícios operacionais. Dois terços das idas ao campo realizadas pelos operadores resulta, tipicamente, em absolutamente nenhuma ação corretiva e quase um terço de todo o dinheiro gasto na manutenção são desperdiçados. Várias Plantas ainda são controladas de forma totalmente reativa, que é a forma mais cara entre todos os tipos de manutenção. Se os operadores suspeitam a ocorrência de algum problema, reagem da forma mais tradicional possível: vão
pessoalmente ao campo checar a falha. Quando algo problemático ocorre, todos ficam em estado de pânico, gastam então mais do que podem para colocar a planta em serviço.
As tecnologias existentes hoje proporcionam a obtenção, em tempo real, das informações originadas direto no campo, dados e status da saúde dos instrumentos críticos do processo. Tais informações podem – e devem – ser a base para a tomada de decisões importantes da equipe de manutenção.Este artigo trata da manutenção preditiva em válvulas de controle com a utilização de ferramenta microprocessada para diagnósticos, mostrando como a tecnologia de Diagnósticos Preditivos contribui para a redução de custos e ganhos operacionais, evitar a troca desnecessária de peças, a retirada das válvulas da linha, a parada da planta; reduzir o tempo das paradas; através da manutenção preditiva das válvulas de controle, permitir economia com inventário de peças sobressalentes, consequentemente, possibilitar o planejamento de Compras com antecedência.
ELEMENTOS FINAIS DE CONTROLE
Para melhorar o rendimento de uma malha de controle é fundamental a escolha do elemento final, porém esta escolha nem sempre recebe a atenção necessária por parte da equipe de manutenção, resultando prejuízos com reengenharia, especificações incorretas e uma série de outros retrabalhos. É consenso entre os engenheiros de processo, técnicos e operadores que a válvula de controle é o elemento final de maior importância. Aproximadamente 5% dos custos totais de uma indústria química, por exemplo, se referem à compra de válvulas. Em termos de número de unidades, as válvulas perdem apenas para as conexões de tubulação. É um mercado estável de aproximadamente US$ 2 bilhões por ano.
De forma genérica pode-se dizer que a válvula é um dispositivo cuja finalidade é a de provocar uma obstrução na tubulação, com o objetivo de permitir maior ou menor passagem de fluido. Esta obstrução pode ser parcial ou total, manual ou automática, em outras palavras, é todo dispositivo que através de uma parte móvel abra, obstrua ou regule uma passagem através de uma tubulação. Seu objetivo principal é a variação da vazão do fluxo.
Uma válvula de controle consiste basicamente de dois conjuntos principais: corpo e atuador.
O corpo é a parte da válvula que executa a ação de controle permitindo maior ou menor passagem do fluido no seu interior, conforme a necessidade do processo. O conjunto do corpo divide-se basicamente nos seguintes subconjuntos:
a) corpo propriamente dito;
b) internos;
q) castelo;
d) flange inferior.
Nem todos os tipos de válvulas possuem obrigatoriamente o seu conjunto do corpo formado por todos os subcomponentes acima mencionados. Em algum tipo de válvulas, corpo e castelo formam uma só peça denominada apenas corpo, em outros nem existe o flange inferior, porém vamos desconsiderar tais particularidades, optando por um conceito mais geral. Sendo o conjunto do corpo, a parte da válvula que entra em contato direto com fluido, deve satisfazer os requisitos de pressão, temperatura e corrosão do fluido. Trata-se portanto de um vaso de pressão e como tal deve ser considerado.
MANUTENÇÃO
Segundo o Dr. Eng. Márcio Tadeu de Almeida, professor da Escola Federal de Engenharia de Itajubá, a manutenção preditiva não substitui totalmente os métodos mais tradicionais de gerência de manutenção. Entretanto, esta filosofia é uma valiosa adição para constituir um abrangente programa de gerência de manutenção total da planta industrial. Ao passo que os programas tradicionais de gerência de manutenção se baseiam em serviços de rotina e resposta rápida à falhas inesperadas. Um programa de manutenção preditiva programa tarefas específicas de manutenção, somente quando elas forem realmente necessárias. Ela não elimina totalmente todos os aspectos dos programas tradicionais preventivos e corretivos, porém a manutenção preditiva, reduz o número de falhas inesperadas e fornece uma ferramenta de programação mais confiável para tarefas rotineiras de manutenção preventiva. Basicamente temos três tipos de manutenção, são eles:
CORRETIVA: É realizada após o surgimento de algum problema no equipamento.
PREVENTIVA: É realizada à partir de uma prévia elaboração de um plano de intervenção, obedecendo a intervalos de tempo que são definidos através de informações sobre os equipamentos e a realidade de cada planta de produção.
PREDITIVA: É semelhante à Preventiva quanto ao objetivo de que a falha não ocorra, contudo se baseia na premissa e possibilidade do acompanhamento da condição e desempenho do equipamento, sem a necessidade de qualquer intervenção. Desta forma, este tipo de manutenção possibilita também a maior disponibilidade de operação, pois através do acompanhamento se estabelece um ponto ótimo de intervenção, possibilitando preparação prévia quanto aos sobressalentes e mão-de-obra necessários e planejamento junto à produção.
DIAGNÓSTICOS NAS VÁLVULAS DE CONTROLE
Os diagnósticos nas válvulas de controle são realizados, normalmente, através de um programa de manutenção preditiva, na qual os responsáveis pela instrumentação da planta acompanham a saúde das válvulas de controle, através dos relatórios elaborados após os diagnósticos realizados pela ferramenta microprocessada.
Ferramenta microprocessada Flowscanner™ 6000
A ferramenta microprocessada utilizada para realização de diagnósticos em válvulas de controle que não tem instalado o posicionador inteligente é o Flowscanner™ 6000, que analisa detalhadamente o desempenho da válvula ao longo de sua vida útil, sem que haja a necessidade de desmontá-la ou retirá-la do processo, também indica possíveis problemas e determina as ações corretivas. É uma ferramenta portátil, utilizada na coleta de dados para análise das condições dos internos e acessórios instalados na válvula de controle, independentemente da origem do fabricante.
Após coletar os dados remotamente através de conexão Ethernet ou Wireless, as informações são processadas em padrão Windows e um relatório final é gerado com diagnósticos avançados sobre o estado da parte interna da válvula de controle (danos na gaiola,obturador, sede, esfera); atrito da haste com as gaxetas; estado do atuador (mola e vazamento do diafragma); medição do curso da haste; calibração do “bench set” do atuador; força de assentamento (plug na sede); calibração do posicionador e/ou do conversor I/P; medição da “banda morta” e ainda a linearidade do conjunto válvula-atuador-posicionador.
Com o relatório e problemas devidamente identificados, os usuários podem decidir quais válvulas devem ser realmente retiradas do processo e enviadas para manutenção. Além disso, quando o diagnóstico é realizado com antecedência é possível providenciar a compra apenas das peças necessárias para a manutenção.
A ferramenta realiza basicamente 4 (quatro) testes, são eles:
DYNAMIC SCAN: Teste no qual a válvula realiza um ciclo completo de abertura e fechamento, através de um sinal em rampa gerado pela ferramenta computadorizada, registrando dinamicamente as pressões dos instrumentos e acessórios, curso da válvula e tempo de teste. Teste para análise de problemas e comportamento dinâmico do conjunto.
STEP CHANGE: Teste no qual a válvula de controle realiza uma variação degrau, através de um
sinal gerado pela ferramenta computadorizada, registrando dinamicamente as pressões dos
instrumentos/acessórios, curso da válvula e tempo de teste. Teste para análise do tempo de
resposta da válvula a variações de sinal.
STEP STUDY: Teste no qual a válvula de controle realiza degraus opostos, no mínimo de 10 degraus ao todo na mesma gráfica, com amplitudes crescentes, através de um sinal gerado pela ferramenta computadorizada, registrando dinamicamente as pressões dos instrumentos/acessórios, curso da válvula e tempo de teste. Teste para análise de resolução e sensibilidade do conjunto total válvula.
CASO DE SUCESSO
Este caso de sucesso demonstra como a manutenção preditiva, associada a tecnologia de diagnósticos em válvulas de controle, agrega valor em um programa de manutenção de instrumentação de uma plataforma de exploração de petróleo e, principalmente,contribui com a redução dos custos envolvidos e a ganhos operacionais consideráveis.Válvula de controle pertencente à Plataforma de Exploração de Petróleo responsável pelo aumento e diminuição da capacidade de exportação de gás natural.
Uma válvula de controle de processos de uma empresa que atua na área de extração de petróleo e gás natural no litoral do Brasil, tinha três principais funções no processo:
1. Manter a unidade compressora da plataforma em questão pressurizada;
2. Quando necessário, aliviar esta pressão para o sistema de queima da plataforma, o“Flare”;
3. Aumentar ou diminuir a capacidade de exportação de gás natural da plataforma.
Foi observado pelos técnicos da plataforma que a queima de gás no “Flare” encontravase acima do normal, mesmo quando o sinal de controle encontrava-se em 0% de abertura da válvula de controle. Esta anomalia causou os seguintes impactos no processo:
1. A diminuição da capacidade de compressão de gás natural do processo;
2. Queima desnecessária de gás natural, diminuindo a produção de gás da plataforma;
3. Diminuição da capacidade de exportação de gás natural.
Para obter um diagnóstico preciso, foi solicitada a realização de serviços de diagnóstico utilizando-se a ferramenta microprocessada Flowscanner™ 6000, afim de detectar a real causa.Com esta ferramenta não houve a necessidade de retirar a válvula de controle do processo, resultando em redução de custos de desmontagem e mão-de-obra. Descrição dos resultados encontrados após a realização do 1º diagnóstico:
Durante a realização do primeiro diagnóstico, após a compilação dos dados, foi possível constatar a presença de várias anomalias, como descreve a análise abaixo:
1. O curso da válvula de controle encontra-se ajustado abaixo do especificado, ver gráfico
1.1.Comentário: Esta falha impacta diretamente na capacidade máxima de vazão da válvula de
controle;
2. A característica de assentamento apresentada pelo obturador e sede no gráfico em questão caracteriza desgaste na superfície de assentamento, ver gráfico 1.1. Comentário: Está anomalia está causando queima de gás natural desnecessária e diminuindo a capacidade de compressão do sistema a qual a válvula auditada pertence. Isto porque a classe de vedação não está sendo atendida;
3. O “bench set” do atuador encontra-se abaixo do especificado, ver tabela 1.1. Comentário: Com a tensão de mola não ajustada no valor correto, existe a possibilidade da válvula de controle não abrir totalmente mesmo quando o sinal de controle encontra-se em 100%, onde a mola do atuador é responsável por manter a válvula de controle totalmente aberta;
4. O braço de realimentação do posicionador encontra-se desgastado, ver gráfico 1.2 e 1.4. Comentário: Este ítem está contribuindo para o comprometimento da linearidade do conjunto;
5. Temos a variação do valor de fricção apresentado pelo conjunto de engaxetamento por todo o curso da válvula de controle onde em alguns pontos este valor encontra-se fora do especificado, ver gráfico 1.1. Comentário: Esta característica corresponde ao desgaste não só do conjunto de engaxetamento como também da haste da válvula de controle.
AÇÕES RECOMENDADAS / EXECUTADAS:
Foram recomendadas e posteriormente executadas as seguintes ações:
1. Substituição do conjunto de internos da válvula de controle;
2. Substituição do posicionador eletropneumático existente por um posicionador inteligente DVC-6020;
3. Realizar manutenção seguindo as normas e procedimentos necessários, ajustando-se o curso da válvula de controle conforme especificado, realizar ajuste do “bench set”, ajuste do “booster”, dos filtro reguladores seguido de calibração do posicionador;
4. Realização de novo diagnóstico para verificação das melhorias implementadas.
Descrição dos resultados obtidos após a realização da manutenção requerida, segundo diagnóstico:
Todas as anomalias foram sanadas, a válvula de controle encontra-se operacional dentro de suas especificações, impactando positivamente no controle do processo em questão, reduzindo a queima desnecessária de gás natural e aumentando a capacidade de exportação.
COMENTÁRIOS FINAIS
Após a realização da manutenção requerida, ajustes, calibrações e novo diagnóstico foi
constatado que todas as anomalias foram sanadas.Realizado estudo para quantificar o quanto esta pequena manutenção está impactando no processo de forma positiva, foram constatados os seguintes dados:
1. Diminuição nas quedas da unidade de compressão em decorrência do sistema de antisurge de proteção da máquina;
2. Com a queda da unidade de compressão, é queimado no Flare aproximadamente 50.000 m3/h de gás e ocorre redução na produção e exportação de óleo.Atualmente o Flare queima 200 m3/h de gás, podendo operar com queima zero sem impactar na operação do sistema;
3. Quando a unidade compressora entram em reciclo, a queima é em média de 14.000 m³/h;
4. Antes da realização dos serviços de diagnóstico, a unidade compressora apresentava problemas e entrava em reciclo constantemente. Em alguns casos a queda ocorria por problemas de calibração do posicionador ou da válvula, em uma média mensal de 05 à 10 vezes;
Estes dados mostram que ocorreu a diminuição da queima desnecessária de gás natural e aumento da capacidade de compressão, que por sua vez aumenta a capacidade de produção da planta operacional a que pertence.
CONCLUSÃO
A utilização da tecnologia disponível hoje no mercado contribui, como discutido neste artigo, para a obtenção de benefícios operacionais e redução dos custos num programa de Manutenção Preditiva, porém, não adianta estratégia de controle avançada, algoritmos digitais,otimização do controle, se a válvula não for escolhida, dimensionada, instalada e mantida adequadamente, é muito importante a realização de um trabalho de engenharia e especificação da válvula de controle a ser utilizada num determinado processo.
Trabalhar de forma inteligente com a utilização da ferramenta microprocessada para diagnósticos em válvulas de controle, além de todos os benefícios já citados, contribui também com a fórmula custo x benefício dos investimentos da área de manutenção, pois o investimetno inicial “se paga” com os ganhos dos resultados obtidos, seja ao eliminar a troca desnecessárias de peças, a redução do tempo de paradas, diminuição do número de idas ao campo dos operadores, etc.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALMEIDA, M. T. Manutenção Preditiva: Benefícios e Lucratividade. Itajubá: Escola Federal de Engenharia de Itajubá, 2008. Disponível em: <http://www.mtaev.com.br/download/mnt1.pdf>. Acesso em: 7 jul. 2008.
ALMEIDA, M. T. Manutenção Preditiva: Confiabilidade e Qualidade. Itajubá: Escola Federal de Engenharia de Itajubá, 2008. Disponível em: <http://www.mtaev.com.br/download/mnt2.pdf>. Acesso em: 7 jul. 2008.
CHAYA, H. H.; BRAGHETTO, M. P.; SOUZA, C. M. Redução de Custos Operacionais Através de Diagnósticos Avançados em Válvulas de Controle e Sistema de Gerenciamento de Ativos. Paulínia, fev. 2008. Disponível em <http://www.emersonprocess.com.br/scripts/cgiip.exe/WService=webdesk203/layout/layout_epm
_secundario.p?WDDocto=15715&WDNews=58530>. Acesso em: 25 jun. 2008.
BONIFÁCIO, M. A. Manutenção Industrial: Uma Discussão Entre a Relação dos Investimentos Aplicados e os Resultados Operacionais e Ambientais Obtidos. Araraquara: Centro Universitário de Araraquara - UNIARA, 2005. p. 105.
RIBEIRO, M. A. Válvulas de Controle e Segurança. Salvador, set. 1999. Quinta edição. p. 3. IGLESIAS, L.;MARQUES, T. M. Manutenção Preditiva em Válvulas de Controle, sua aplicação em Válvulas Anti-Surge e os Benefícios para Máquinas de Compressão de Gás.
In: PRIMEIRO CONGRESSO MUNDIAL DE MANUTENÇÃO, 2002, Rio de Janeiro. p. 20. SENAI. Companhia Siderúrgica de Tubarão. Elementos Finais de Controle. Vitória, 1999. p. 7. AMARAL, R. PORCIÚNCULA, H. 20 Anos de Manutenção Preditiva no Brasil. ABRAMAN,São Paulo, jan/fev. 2006. Manutenção, Número 108, p.2.
PODOLSKY, J. Maintenance Matters: Reducing Costs. Plant&WorksEngineering, EUA, apr.2005. p.18.
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