MONITORAMENTO REMOTO DE VÁLVULAS DE CONTROLE ATRAVÉS DO GERENCIAMENTO DE ATIVOS

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OS BENEFÍCIOS DO MONITORAMENTO REMOTO DE VÁLVULAS DE CONTROLE ATRAVÉS DO GERENCIAMENTO DE ATIVOS.

Paulo F. Fernandes - Engenheiro Eletricista 

Emerson Process Management Ltda.

Gerente de Negócios PAM – América Latina

 1. Introdução

 A crescente demanda global por petróleo, associado com ao iminente fechamento de poços de petróleo dos países normalmente conhecidos como grandes produtores, como o Oriente Médio por exemplo, fez com que a Petrobras, aproveitando a sua experiência de décadas de exploração em águas profundas, fosse buscar ainda mais longe e mais fundo, e hoje, a camada pré-sal já é uma realidade. Reservatórios com estimativa de 8 bilhões de barris, o pré-sal poderia ser a "Mina de Ouro" do país, se não fosse pelos enormes desafios tecnológicos a serem superados; começando com a profundidade dos poços, que podem atingir mais de 7000 metros da lâmina d’água e não menos complicada, a grande distância da costa.

 Atualmente, o meio de transporte mais utilizado para acessar as plataformas é o helicóptero que realiza vôos diários levando todos os tipos de passageiros, desde médicos e engenheiros a técnicos e operadores. Esta viagem, além de ter um custo muito elevado, é muitas vezes perigosas e os acidentes são iminentes. Apesar destas empresas fazerem o seu trabalho seguindo os mais rigorosos procedimentos de segurança, ainda hoje é possível ver e sentir os danos que um acidente em uma plataforma pode causar. A Petrobras é um exemplo de empresa que segue uma rigorosa política de boas práticas e de alta precisão técnica nos aspectos relacionados aos equipamentos e treinamento de pessoal.

 E pensando em melhoria da segurança e redução de custos, a Petrobras busca a cada dia novas formas de operar e manter suas plataformas com um número mínimo de técnicos a bordo (POB), sem abrir mão da eficiência e confiabilidade da produção.

 Porém, adotar uma solução para reduzir o efetivo a bordo, leva a necessidade de operação e manutenção remota; algumas plataformas instaladas no mar do Norte - Noruega, por exemplo, já tem essas características, onde cerca de 1000 válvulas de controle, são monitoradas remotamente por uma equipe de especialistas que identificam, através de um sistema de gestão de ativos, problemas operacionais ocorridas precocemente em tais equipamentos, fazendo com que a equipe de manutenção atue antes de uma quebra total do equipamento, evitando paradas não programadas e possíveis acidentes.

 Entretanto, a implantação de um sistema de gerenciamento remoto de ativos não é uma tarefa simples, o sistema deve ser capaz de monitorar de forma on-line (em tempo real) a "saúde" dos equipamentos, aumentando a disponibilidade, reduzindo a variabilidade do processo, evitando paradas não programadas, assim, reduzindo os custos de manutenção e de logística da plataforma e principalmente, aumentando a segurança.

1.1. O exemplo de sucesso que vem do Mar do Norte

 Localizado no campo de Oseberg, Noruega, a Norsk Hydro ASA, pertencente ao grupo Statoil ASA, tem 4 plataformas chamadas de Oseberg A, B, C e D.

 Através de uma parceria entre a Emerson Process Management e a Solberg Bjørge & Andersen, foi criado em suas instalações on-shore, um Centro de Colaboração para diagnóstico remoto de válvulas de controle. Todas as válvulas de controle da plataforma foram equipados com posicionadores inteligentes capazes de diagnosticar o desempenho do conjunto válvula-atuador em tempo real.

 Com o uso do software de gestão de ativos (AMS Device Manager), eles monitoram remotamente, todos os indicadores de desempenho da válvula, como perda de pressão no atuador, desvios de curso, haste com fricção excessiva, contagem de ciclo, entre outros diagnósticos disponíveis. Além disso, a equipe de terra também pode realizar calibrações e ajustes do posicionador, eliminando ou minimizando a necessidade de embarques de técnicos especialistas.

 O monitoramento em tempo real do status e desempenho da válvula de controle, fez com que o modelo de manutenção adotado deixasse de ser corretiva ou preventiva para se tornar preditiva. Além disso, a maneira que o monitoramento é realizado, ou seja, à distância, fez com que o custo de manutenção fosse drasticamente reduzido, principalmente devido à redução na quantidade de embarques e que os intervalos entre manutenções fosse extendidos. Mas o maior benefício dessa arquitetura foi, sem dúvida, o aumento da segurança pessoal.

2. As válvula de controle e seus desafios na manutenção

 Tipicamente, durante uma parada de manutenção, todas as válvulas de controle são removidas do processo e enviadas para manutenção, onde são testadas, abertas, reparadas, calibradas e instaladas novamente. Mas, muitas vezes, esta desmontagem não é necessária, o que aumenta os custos e o tempo da parada. Um exemplo claro deste retrabalho ocorreu em uma refinaria no Brasil, onde 230 válvulas foram retiradas do processo e enviadas para a oficina de manutenção, porém, foi detectado que apenas 37% das válvulas só precisavam de calibração, 27% poderiam ter sido reparadas no local e 5% das válvulas não exigiam qualquer ação, ou seja, apenas 31% ou 71 válvulas de 230 realmente precisava ser reparados e as outras 159 poderiam ter sido reparadas apenas com o uso do software de gestão de ativos.

 Segundo especialistas do setor, a manutenção preditiva não substitui totalmente os métodos mais tradicionais (preventiva e corretiva), mas os complementa. Embora os métodos tradicionais de manutenção estejam baseadas em serviços de rotina (preventivo) ou quando as falhas ocorreram (corretiva), o programa de manutenção preditiva age apenas quando é realmente necessário, reduzindo o número de interrupções não planejadas e proporcionando uma gestão mais confiável na rotina de manutenção.

 A fim de mitigar falhas inesperadas e reduzir gastos desnecessários, as plataformas estão cada dia mais conscientes de que é necessário estabelecer um sistema de manutenção preditiva. Estas plataformas já vem desenvolvendo um sistema de manutenção preditiva de válvulas de controle, onde são periodicamente testados e diagnosticados por especialistas qualificados através de software e equipamentos especiais, que emitem relatórios informando sobre a "saúde" do conjunto válvula-atuador-posicionador, permitindo uma melhor  coordenação das tarefas de manutenção.

3. O sistema de monitoramento de ativos

 Podemos dizer que houve sim um grande avanço tecnológico no modelo de manutenção aplicada nestas plataformas, no entanto, é muito importante salientar que, atualmente, estes testes são feitos offline, ou seja, para gerar um diagnóstico completo do conjunto, é necessário a ida do técnico ao campo, muitas vezes é necessário montar andaimes, e, principalmente, a válvula deve sofrer um by-pass.

 Porém, no início deste trabalho, ficou claro que o objetivo das empresas offshore é reduzir o número de pessoas a bordo e a utilização de ferramentas offline vai totalmente contra esses princípios. Assim, a pergunta é: como realizar diagnósticos preditivos online, sem a necessidade de técnicos especializados estarem presentes para realizar essa tarefa? É possível fazê-lo remotamente?

 A resposta é sim, mas para isso, deve-se estar preparado para executar esta tarefa. E estar preparado é ter um sólido sistema de gestão de ativos.

 O conceito de gestão de ativos não é novo: ele se originou na década de 1980 quando as empresas reclassificaram os modelos de manutenção, agregando os conceitos de preditiva e pró-ativa, adicionando as já existentes  corretivas e preventivas. Através destes novos modelos, é esperado um aumento na disponibilidade e confiabilidade, aumento na segurança, melhor qualidade final do produto, menor variabilidade, maior vida útil do equipamento e sem esquecer da preocupação com o meio ambiente, tornando-se um elemento vital na busca de Excelência Operacional .

 No entanto, a implantação correta do sistema de gestão de ativos não é uma tarefa simples. Primeiro, as empresas devem quebrar alguns paradigmas do modelo tradicional de manutenção e fazer uma clara mudança cultural na forma de trabalho de sua equipe, onde o técnico vai trabalhar de forma pró-ativa, atento aos sinais de cada equipamento, prevenindo que pequenas falhas resultam em grandes problemas, ou mesmo no pior dos casos, acidentes

 Outro ponto muito importante na tomada de decisões é a escolha correta do sistema de gestão de ativos: ele deve ser capaz de comunicar com todos os instrumentos na planta, independentemente do fabricante, deve ter uma interface gráfica clara, simples e uniforme, onde os alertas dos instrumentos sejam facilmente identificados e interpretados, deve permitir fácil acesso a todos os parâmetros de configuração dos instrumentos e, especialmente, ser capaz de realizar testes e análises de diagnósticos preditivos em válvulas de controle remoto de forma on-line, eliminando a necessidade de embarques, aumentando assim a segurança operacional. Um sistema completo de gestão de ativos deve também ajudar o pessoal de manutenção na gestão de calibração, permitindo assim o aumento dos intervalos entre as ações preventivas nos equipamentos.

3.1. A arquitetura tradicional do sistema de gerenciamento de ativos:

 Definir a correta arquitetura do sistema de gestão de ativos é o primeiro passo para o sucesso, no entanto, não é suficiente, os equipamentos (instrumentos e válvulas de controle) devem estar aptos a se comunicarem com este sistema, ou seja, possuir protocolos de comunicação digitais tais como como HART ou Fieldbus Foundation. Em adicional, as válvulas de controle devem ser equipadas com posicionadores inteligentes, que proporcionam diagnósticos que permitem, através de software de gestão de ativos, avaliar a integridade do conjunto ou mesmo, anormalidade do processo.

 Estes posicionadores inteligentes tem a capacidade de realizar diagnósticos com a válvula em serviço (on-line), sugerindo ações específicas, ou com a válvula fora de serviço (offline), realizando diagnósticos avançados, proporcionando uma análise detalhada do conjunto. Esta análise, em geral, é feita a partir de um gráfico de deslocamento do atuador x pressão aplicada, o qual é chamado de Assinatura da Válvula

Através deste gráfico, é possível identificar

·         Problemas com os componentes internos da válvula

·         Integridade do atuador

·         Desvio de curso

·         Calibração do Bench Set

·         Calibração do I/P

·         Assentamento

·         Histerese e Banda Morta

·         Altos níveis de fricção

·         E outros.

 Uma vez definidas que as válvulas de controle e a instrumentação devem ser conectadas ao sistema de gestão de ativos, o próximo passo é definir a arquitetura da rede. Hoje, as novas plataformas já são desenhadas com redes de multiplexadores de sinais, que permite que o sinal HART seja “separado” do sinal de controle (4-20mA) e, em seguida, enviado para o software de gestão de ativos.

4. Os Benefícios do Monitoramento Remoto de Válvulas de Controle

  A implementação de um programa de diagnóstico preditivo de válvulas de controle tras benefícios significativos para as plataformas, reduzindo custos, diminuindo a variabilidade ou mesmo evitando paradas desnecessárias. Nós também vimos na seção 3, que é totalmente possível a realização de diagnósticos preditivos on-line, ou seja, com a válvula em serviço podemos ter uma grande visibilidade do que está acontecendo com o conjunto, no entanto, a arquitetura dos atuais sistemas de gerencimanto de ativos ainda faz-se necessário o embarque de técnicos especialista, já que servidor do sistema está disponível apenas na plataforma.

 Um estudo realizado pela Emerson Process Management mostrou que em uma plataforma que já participa de um programa de manutenção preditiva através de diagnósticos frequentes com o uso de software específico, porém com a necessidade de embarque de técnico especialista, esta plataforma deverá ter uma redução no custo das análises de aproximadamente 55%, se considerarmos 150 válvulas de controle a serem analisadas remotamente, ou seja, pela equipe de terra.

 Vale ressaltar, que neste estudo foi considerado apenas os custos h-h do especialista para realizá-lo on-shore x off-shore. No entanto, destaco que não consideramos os custos relacionados ao transporte à plataforma, tampouco alojamento no local, profissionais na plataforma e o mais importante, o custo da segurança pessoal. Esses custos não são facilmente mensuráveis, no entanto, são extremamente sentidos quando ocorre um acidente.

5. O Gerenciamento de Ativos através da Tecnologia Sem-fio

 A implementação do software de gerenciamento de ativos pode ser uma tarefa simples, quando pensamos, por exemplo em plataformas onde uma rede de multiplexadores foi concebida no projeto original, mas os desafios são muito maiores quando aplicados a projetos antigos, quando não havia o conceito de gestão de ativos. Nessas plataformas, instalar redes de multiplexadores é inviável, em primeiro lugar devido ao alto custo e segundo pela falta de espaço físico na plataforma.

 Para resolver este problema, foi desenvolvido um adaptador wireless para sinais HART. Este equipamento pode ser instalado em qualquer instrumento de campo que tenha o protocolo de comunicação HART, incluindo posicionadores inteligentes, e através da tecnologia WirelessHART, enviam sinais a um receptor, chamado gateway, que converte estes sinais, e envía-os para o software de gerenciamento de ativos. Esses adaptadores não exigem qualquer tipo de infra-estrutura de cabeamento, utilizando a energia do próprio posicionador onde está instalado para alimentar-se, dispensando o uso de baterias. Os adaptadores WirelessHART devem ser certificados pela Anatel, e seguir as normas específicas, tais como IEC 62 591 Ed.1.

5.1. A Tecnologia WirelessHART - IEC 62591Ed. 1.0

 Aprovada em Março de 2010 pela International Electrotechnical Commission (IEC) a tecnologia WirelessHART passou a ser adotada como padrão internacional para comunicação sem-fio em automação de processo. Esta tecnologia, apesar de ser extremamente robusta, é muito simples de ser implementada, o que permite aos usuários obter os benefícios da tecnologia sem fio de forma rápida e fácil, mantendo a compatibilidade com os dispositivos, ferramentas e sistemas HART

 Instalações industriais com infra-estruturas densas, movimento freqüente de grandes equipamentos, condições de mudança, ou várias fontes de energia de radiofreqüência e interferência eletromagnética podem ser os grandes desafios de comunicação. Entretanto, a tecnologia WirelessHART inclui vários recursos para fornecer a mais alta confiabilidade em qualquer ambiente industrial.

 Topologia Mesh Auto-Organizada: Todos os dispositivos têm a capacidade de rotear, passar adiante, a informação sem depender de pré-configuração ou qualquer interferência do operador. Uma vez que as melhores rotas são selecionadas dinamicamente pelo gateway, pode-se aumentar a tolerância a falhas e também eliminar a redundância desnecessária. Se um elemento da rede, por algum motivo, perde comunicação ou entra em falha, os equipamentos que o utilizavam como parte da rota até chegar ao gateway passam a utilizar, automaticamente, uma outra rota onde todos os elementos estejam operacionais.

Segurança:

 Encriptação: trata-se de uma estratégia para codificar a informação que sai do equipamento, utilizando um algoritmo específico.

 Autenticação, Verificação e Gerenciamento de senha: antes de qualquer equipamento tentar enviar informações através da rede, o mesmo deve “pedir permissão” para isso. Apenas os elementos que realmente pertencem a rede, conseguem enviar e receber informações. Isso impede a invasão de elementos estranhos para roubar ou distorcer a informação. Além desse cuidado, uma senha também é verificada antes que o equipamento participe da rede.

 Anti-jamming: a informação, a fim de evitar colisão de dados, utiliza vários canais dentro da banda de 2.4GHz para atingir o seu objetivo. Caso a informação esteja trafegando por um canal e nesse mesmo canal ocorra um ruído (causado por radio freqüência ou outras fontes de transmissão sem fio) o pacote de informação passa para um outro canal para que a informação continue seu percurso até chegar ao gateway.

 Dentro do mesmo estudo realizado e destacado na seção 4 deste trabalho, também concluimos que com a economia atingida com a possibilidade de diagnósticos remotos, é possível implantar um sistema completo de gerenciamento de ativos utilizando-se da tecnologia WirelessHART com adaptadores sem-fio, com retorno sobre o investimento (ROI) de pouco mais de 1 ano.

  O Sistema de Gerenciamento de Ativos proposto utilizando a tecnologia WirelessHART pode ser visto na figura abaixo, a qual destaca ainda a rede para monitoramento remoto.

6. Conclusão:

 Um completo Sistema de Gerenciamento de Ativos para o monitoramento de válvulas de controle deve conter um software adequado capaz de identificar todos os diagnósticos com precisão e corrigir problemas nos equipamentos, deve ser capaz de ser instalado remotamente, proporcionando o acesso remoto à plataforma da equipe técnica da base, e finalmente, a infra-estrutura adequada, que pode ser através de redes de multiplexadores, ou mesmo utilizando o que há de mais moderno no mercado, a tecnologia WirelessHART

 Nosso estudo também mostrou que, em uma plataforma que executa o diagnóstico preditivo de 150 válvulas de controle a cada três meses, pode ter uma redução de custo anual de até 55% por fazê-lo remotamente, também mostrou que o custo para implantar esse sistema deverá ser recuperado em pouco mais  de 1 ano.

 Vale ressaltar ainda que um sistema de gestão de ativos pode ir muito além das válvulas de controle e pode adicionar outros instrumentos inteligentes de campo (pressão, temperatura, detectores de gás, etc), equipamentos rotativos (turbo-geradores, compressores, bombas, etc.) tanto quanto os equipamentos de processos e ativos elétricos. Todos estes ativos podem ser monitorados remotamente e em um único ambiente, tornando-se uma poderosa ferramenta para a equipe de confiabilidade.

 Os benefícios esperados com a implantação correta do sistema de gerenciamento de ativos remoto em uma plataforma, além de identificar os problemas precocemente, aumentando a manutenção preditiva, e evitanto gastos desnecessários, também gera uma redução gradual das pessoas a bordo (POB), aumentando, assim, a segurança pessoal.

7. Referências:

LIMA, LUIS; MACHADO, MARCOS BRUNO. A importância da manutenção preditiva na indústria. Disponível em: <http://www.emersonprocess.com.br/scripts/cgiip.exe/WService=webdesk203/layout/layout_epm_secundario.p?WDDocto=15715&WDNews=67514> Acesso em: 24 jun. 2010

Emerson's Asset Optimization services remotely monitor Norsk Hydro installations in the North Sea. Disponível em: <http://www.documentation.emersonprocess.com/groups/public/documents/press_releases/ogppr0303e_norskhydrox.pdf?&xBusinessUnit=Asset%20Optimization> Acesso em: 21 mar. 2010

Proven Results from AMS Device Manager Users – Emerson Process Management Website. Disponível em: <http://www2.emersonprocess.com/EN-US/BRANDS/AMSSUITE/AMSDEVICEMANAGER/Pages/ProvenResults.aspx> Acesso em: 22 mar. 2010

WirelessHART Technology – HART Communication Foundation. Disponível em: <http://www.hartcomm.org/protocol/wihart/wireless_technology.html> Acesso em: 23 jun. 2010

WirelessHART Adaptor. Disponível em: <http://www.hartcomm.org/protocol/training/resources/wiHART_resources/WirelessHART_adaptor_LIT118.pdf> Acesso em: 23 jun. 2010

< http://www.hartcomm.org/protocol/wihart/wireless_overview.html> Acesso em: 12 nov. 2010