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Estudo de Caso: Dimensionamento de uma bomba de reforço com o AFT Impulse ™ evita problemas de contaminação nas instalações de rejeitos

15 de junho de 2020 Leave a comment
Figura 1: Vista da Workspace do AFT Impulse com a linha de 14,6 km (9,1 mi). O cenário escolhido recomendou três bombas montadas em barcaça, uma bomba a diesel e duas bombas auxiliares para se aproximarem da meta de vazão de 6.000 m3/h (26.400 gpm).

Rupesh Soni (engenheiro de processos sênior da Stone Oil & Gas), foi solicitado para projetar e dimensionar uma bomba “booster” para o reforço da estação de bombeamento de uma planta industrial. O objetivo era aumentar o pico de bombeamento de uma unidade de gerenciamento de rejeitos de 4.650 m3/h (20.500 gpm) para 6.000 m3/h (26.400 gpm).

As lagoas da unidade são um ponto crítico de contenção nas operações de mineração e, como tal, é importante regular seu nível de líquido durante ciclones e estações chuvosas para evitar contaminação ambiental. Para gerenciar o nível de água nessa instalação, a água de processo em excesso (como escoamento de rejeitos ou água da chuva) é bombeada através de uma tubulação emissária de 14,6 km (9,1 milhas) da unidade até um difusor no oceano.

O sistema existente consistia em uma bomba de barcaça flutuante localizada na bacia sul da unidade de gerenciamento de rejeitos, que tinha três bombas flutuantes conectadas em paralelo. O projeto original foi classificado para um escoamento de 4.000 m3/h (17.600 gpm) através da tubulação, o que culmina em uma saída marítima de 100 difusores, que drenam o excesso de água.

Para acomodar necessidades futuras de operação, foi determinado que uma nova estação de bomba deveria ser instalada no meio da tubulação. As novas bombas seriam instaladas ao lado da tubulação terrestre existente, a jusante da estação de válvulas, consistindo em duas bombas operando a 50% em paralelo. As bombas auxiliares não seriam necessárias para operação contínua, sendo operadas apenas quando fosse necessário fluxo adicional para gerenciar o nível da unidade. Na maioria dos casos, a estação de reforço seria contornada pela tubulação em operações normais.

Uma conseqüência do aumento da vazão é o aumento da velocidade do fluido acima da velocidade máxima permitida, atingindo 3,3 m/s (11 pés/s) em comparação com o permitido de 2,4 m/s (7,9 pés/s). Isso exigiu análises hidráulicas transitórias e de estado estacionário usando o AFT Impulse para garantir adequação do projeto da tubulação (Figura 1).

Um modelo de simulação em estado estacionário incorporando as bombas suplementares movidas a diesel foi comparado aos dados da planta fornecidos pelo cliente. Um fator de perda adicional K foi especificado para corresponder o modelo do AFT Impulse com os dados da planta, contabilizando as perdas de pressão no sistema sem modelar um grande número de cotovelos ou acessórios similares. O difusor de emissários marítimos foi modelado como um componente de fluxo geral, ajustando uma única curva de resistência para contabilizar as perdas em todas as saídas individuais.

A pressão de descarga nas bombas temporárias no modelo foi de 645 kPa (93,5 psig) em comparação com os 650 kPa (94 psig) relatados pelo cliente. A vazão da tubulação modelada foi de 4.660 m3/h (20.520 gpm) em comparação com os 4.650 m3/h relatados (20.470 gpm). Essas diferenças foram insignificantes e indicaram concordância positiva entre o modelo de simulação e o sistema de tubulação existente.

Usando o modelo calibrado, Rupesh Soni poderia dimensionar as bombas auxiliares sem interferir na tubulação. Ele testou essas bombas dimensionadas em condições de tubulação com incrustação para garantir que as linhas de gradientes hidráulicos (HGL) fossem suficientes para o fluxo e a carga operacional máxima permitida dos tubos não fosse excedida. Ele também experimentou com outras combinações de bomba para encontrar a vazão máxima possível, infelizmente abaixo da vazão de projeto desejada devido a incrustação na tubulação. A limpeza melhoraria facilmente a vazão máxima.

O AFT Impulse ajudou Rupesh Soni a finalizar a ficha de dados da bomba de reforço, permitiu-lhe analisar a carga máxima de operação da tubulação (MAOH) e garantir que houvesse HGL suficiente. Ele disse que as horas trabalhadas na finalização da ficha de dados da bomba de reforço, instrumentação relacionada e criação de modelos de estado estacionário e transitório para vários cenários foram significativamente reduzidas usando o AFT Impulse.
Por fim, sua análise resultou em custos reduzidos e um cronograma mais curto para o projeto de montante fixo.

Figura 2: HGL em estado estacionário para tubulação, com 3 bombas de barcaça + 2 bombas de reforço. Esta análise indicou gradiente suficiente para garantir o fluxo sem exceder a carga operacional permitida dos tubos.
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