Indústrias

Refinarias

As refinarias de petróleo são as instalações industriais mais intensivas em equipamentos de combustão do mundo. Uma única refinaria grande pode operar de 30 a 60 fornos de processo, uma dúzia ou mais de caldeiras, múltiplos HRSGs, unidades de recuperação de enxofre, sistemas de flare e oxidantes térmicos, todos queimando gás combustível de refinaria, gás natural ou combustíveis líquidos em um sistema interconectado onde cada peça de equipamento afeta todas as demais. A CPE projeta os equipamentos de combustão, caldeiras, sistemas de vapor, recuperação de calor residual e controles de emissões dentro dos limites da refinaria.

fornos de processo

Os aquecedores de processo consomem a maior parte do combustível de uma refinaria, o que torna o desempenho dos fornos de processo a maior alavanca sobre a eficiência energética e o custo operacional. A CPE fornece engenharia em cada configuração presente no serviço de refinaria: cilíndrico vertical, caixa de tubos horizontal, serpentina helicoidal, refervedores de fogo direto e aquecedores multisserviço com múltiplas serpentinas em uma seção radiante comum. Nosso escopo inclui a avaliação e o diagnóstico do desempenho do aquecedor (levantamentos de temperatura do metal do tubo, perfis de tiragem, análise de gases de combustão, cálculos de balanço de calor), a avaliação e especificação de queimadores (tecnologias de baixo NOx, projeto de BMS conforme NFPA 86 e API 556, sistemas multicombustível e bicombustível), e a avaliação da vida remanescente do tubo conforme API 530, incluindo a vida por fluência, as taxas de oxidação e o re-rating do forno

A CPE também aborda os serviços de aquecedores especializados que definem as operações térmicas de refinaria. Os fornos de carga de coqueamento retardado (que aquecem resíduo de vácuo pesado a 900-950 °F (480-510 °C) em alta velocidade para prevenir o coqueamento prematuro do tubo) exigem considerar simultaneamente a transferência de calor, a química do processo e o projeto mecânico. Os inter-aquecedores do reformador catalítico operam em um ambiente de alta temperatura e rico em hidrogênio onde o ataque por hidrogênio a alta temperatura (HTHA) e a fragilização impulsionam a avaliação de materiais conforme API 941. A CPE traz o conhecimento específico do processo que esses serviços exigem.

Sistemas de Caldeiras e Vapor

Os sistemas de vapor de refinaria tipicamente operam em três ou mais níveis de pressão de coletor, com vapor gerado por múltiplas fontes caldeiras de queima direta, HRSGs, caldeiras de calor residual, recuperação de calor de processo) e consumido em todo o complexo. A CPE fornece a seleção e especificação de caldeiras, a avaliação de desempenho, o ajuste de combustão e a avaliação de capacidade para caldeiras de utilidade que queimam gás combustível de refinaria e gás natural. Modelamos sistemas de vapor multipressão integrados, mapeando a geração e o consumo em cada nível, avaliando o desempenho das estações de redução e dos dessuperaquecedores, e quantificando o impacto das ineficiências, incluindo falhas de purgadores, purga (blowdown) excessiva e baixas taxas de retorno de condensado.

Recuperação de Calor Residual

A CPE projeta caldeiras de calor residual e HRSGs para aplicações de refinaria, incluindo a recuperação de gases de combustão do regenerador da FCCU (abordando os finos de catalisador erosivos, a corrosão agressiva por ponto de orvalho ácido e a ciclagem térmica), os gases de exaustão do incinerador de gás de cauda da SRU, e os gases de exaustão de cogeração de turbinas a gás. O gás de chaminé dos aquecedores de processo a 600-900 °F (315-480 °C) representa a maior perda de calor recuperável na maioria das refinarias; a CPE projeta economizadores e pré-aquecedores de ar para as chaminés dos aquecedores, gerenciando o compromisso entre a recuperação de calor e o risco de corrosão por ponto de orvalho ácido do enxofre no gás combustível. Também realizamos análise de pinch e estudos de integração de calor, e avaliamos sistemas ORC para correntes de calor residual de baixa temperatura onde outras rotas de recuperação não são práticas.

Unidades de Recuperação de Enxofre

As SRUs do processo Claus são instalações de equipamentos de combustão com requisitos específicos de combustão, metalúrgicos e de emissões. A CPE fornece o projeto e a otimização do queimador da fornalha de reação (controle da relação ar/gás ácido, estabilidade de chama com concentração variável de H₂S, gestão de contaminantes), a especificação de refratários para serviço de 1800-2500 °F (980-1370 °C), a engenharia da caldeira de calor residual abordando a corrosão do espelho de tubos e a incrustação por sais de amônio, os sistemas de reaquecimento do conversor catalítico, e o projeto do incinerador de gás de cauda. À medida que as refinarias mudam para petróleos mais pesados e de maior teor de enxofre, a capacidade da SRU se torna com frequência um gargalo em nível de toda a refinaria; a CPE avalia as limitações em toda a unidade e projeta modificações para aumentar a capacidade de processamento.

Sistemas de Flare

A CPE fornece a seleção e o dimensionamento da ponta de flare (elevada, de solo enclausurada e de múltiplos pontos) a avaliação do sistema de recuperação de gás de flare, o projeto do coletor e do sistema de coleta para toda a gama de cenários de alívio, os sistemas piloto e de ignição, e os planos de gestão de flares para a conformidade com os requisitos de eficiência de flare da EPA.

Geração de Energia e Cogeração

A CPE fornece a seleção e avaliação de desempenho de turbogeradores a vapor, o projeto de HRSG de cogeração com turbinas a gás e a avaliação da queima em duto, a modelagem do balanço de calor ao longo dos níveis de pressão do sistema de vapor, e os estudos de viabilidade que avaliam a autogeração de energia em relação à compra da rede, incluindo a otimização do despacho econômico para refinarias em mercados elétricos desregulados.

Controle de Emissões

O controle de emissões de refinaria abrange fontes de combustão, fontes de processo e fontes fugitivas. O escopo da CPE foca na engenharia específica de equipamentos que determina a conformidade: queimadores de baixo NOx, SCR e SNCR em aquecedores e caldeiras (abordando o envenenamento do catalisador por compostos de enxofre), lavadores de gás úmido da FCCU, precipitadores eletrostáticos (ESP) e separadores ciclônicos de terceiro estágio para partículas, engenharia da caldeira de CO para regeneradores de FCCU de queima parcial, e otimização da SRU e tratamento do gás de cauda para reduzir o SO₂ na fonte. A CPE projeta sistemas que cumprem as sobrepostas MACT I e II de Refinaria, NSPS de Refinarias de Petróleo Subpartes J e Ja, e os padrões aplicáveis de MACT e NSPS de caldeiras.

Controle e Instrumentação

A CPE fornece o projeto de BMS conforme NFPA 85/86 e API 556 com integração ao DCS e SIS da refinaria, sistemas de controle de combustão (trim de O₂, limitação cruzada, controle de tiragem) que respondem às mudanças de carga do lado do processo mantendo uma combustão estável, e a identificação de funções instrumentadas de segurança, a determinação do SIL e o projeto do SIS conforme ISA 84/IEC 61511.

Engenharia de Paradas de Manutenção e Instalações Existentes

Os projetos de capital de refinaria são quase exclusivamente em instalações existentes. A CPE fornece escaneamento a laser 3D, estudos de detecção de interferências e roteamento em unidades de processo congestionadas, planejamento e engenharia de execução de conexões a quente (hot tap) engenharia de instalações temporárias durante a construção e o comissionamento, e o desenvolvimento do escopo de paradas de manutenção com sequenciamento, alocação de recursos e análise de caminho crítico.

Códigos e Normas

A CPE executa o trabalho de refinaria sob API 530, 556, 560, 579-1/ASME FFS-1 e 941, ASME Seções I, II, IV e VIII, ASME B31.3, NFPA 85/86, ISA 84/IEC 61511, NACE MR0103/ISO 17945, EPA NSPS de Refinarias Subpartes J e Ja, MACT I e II de Refinaria (Subpartes CC e UUU), MACT de Caldeiras (Subparte DDDDD), e programas estaduais de qualidade do ar e Título V.

Por Que a CPE

A engenharia de refinaria é trabalho de especialistas. As tecnologias de fornos de processo, os mecanismos de dano metalúrgico, as composições de gás combustível, as regulações de emissões e as restrições operacionais são específicas do refino de petróleo, e uma firma de engenharia que trata um aquecedor de processo como uma caldeira, ou especifica aço-carbono onde se exige Cr-Mo, ou ignora as implicações do ponto de orvalho ácido do enxofre no gás combustível, cria problemas que custam à refinaria muito mais do que o honorário de engenharia original.

A CPE traz expertise em aquecedores de processo e equipamentos de combustão, e não expertise em caldeiras readaptada para o serviço de refinaria. A firma entende as normas API que regem o projeto do aquecedor e a vida do tubo, os mecanismos de dano metalúrgico que impulsionam a seleção de materiais, a variabilidade do gás combustível que afeta o projeto de combustão, e o marco sobreposto de MACT e NSPS que determina a estratégia de conformidade. Essa profundidade especializada, aplicada do forno de carga da unidade de destilação à fornalha de reação da SRU e à casa de caldeiras de utilidade, é o que a CPE entrega.

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