Campo da invenção

[001] A presente invenção descreve um sistema autónomo aplicado às operações de drenagem de fluidos contam inantes presentes em tanques de armazenamento de fluidos orgânicos, capaz de permitir uma operação autónoma e contínua, com alta eficiência de separação entre os fluidos contam inantes e os fluidos orgânicos armazenados, com redução significativa de perda de produtos quando comparado com a operação de drenagem comumente feita de forma manual, com consequente eliminação da exposição humana a produtos nocivos à saúde e redução dos impactos ambientais da operação, e minimização dos níveis dos fluidos contaminantes nos tanques e nas linhas, de modo a reduzir a exposição dos fluidos orgânicos e dos equipamentos a esses contaminantes.

Fundamentos da invenção

[002] O ingresso de fluidos contaminantes em tanques de armazenamento de fluidos orgânicos é condição inerente às características dos processos produtivos industriais de vários fluidos orgânicos e o acúmulo desses contaminantes gera impactos dos mais diversos. Reduz o volume útil do tanque, acentua o processo de corrosão das chapas do fundo do tanque, gera o acúmulo de resíduos sólidos (borras), altera as propriedades do fluido armazenado por contaminação direta ou por degradação do fluido orgânico ocasionado por ação microbiológica, dentre outros. Faz parte, portanto, da rotina operacional de qualquer tanque de armazenamento de processos produtivos industriais de fluidos orgânicos o descarte dos fluidos contaminantes que nele se acumulam.

[003] A operação de drenagem desses fluidos contaminantes dos tanques de armazenamento de fluidos orgânicos é realizada manualmente, com um operador abrindo a válvula de descarte do tanque e monitorando visualmente o fluido sendo descartado. Ao observar a saída do que lhe parece o fluido orgânico armazenado, de forma visual ou através do olfato, o operador fecha a válvula de descarte manualmente. Essa operação é pouco eficaz, levando à significativa perda de produto pela drenagem junto com o fluido de descarte, bem como aumento não só dos riscos de exposição do operador aos produtos frequentemente perigosos, mas também de potenciais impactos ambientais.

[004] No intuito de se reduzir os impactos indesejáveis gerados pela operação de drenagem manual supramencionada, sistemas capazes de automatizar tal processo foram propostos. Os sistemas utilizados atualmente para automatizar o descarte de fluidos contam inantes de tanques de armazenamento de fluidos orgânicos são específicos para o descarte de água de tanques de óleos minerais, como petróleo, diesel e gasolina. Esses sistemas são baseados na identificação e quantificação de água e óleo através de diferentes sensores e na atuação em uma válvula de controle para descarte da água quando um limite de concentração de água pré-estabelecido é atingido.

[005] A invenção PI9605709-2 descreve um sistema de quantificação da fração de água presente no fundo do tanque de armazenamento através de um sensor gravimétrico posicionado dentro do tanque, na extremidade da linha de descarte. Esse sensor é capaz de acionar uma válvula interna quando a quantidade de água detectada no interior do tanque atinge o valor ajustado na calibração da válvula interna. O sistema exige também a instalação de um outro sensor de nível de água no costado do tanque para acionar a linha de equalização de pressão que permite a operação da válvula interna. Por fim, os autores sugerem a instalação de mais um sensor na linha de descarte para evitar a passagem inadvertida de fluido orgânico pelo sistema. A invenção PI9803624-6 e a invenção US5918622 propõem a utilização de um sensor gravimétrico capaz de atuar diretamente em uma válvula de forma semelhante à invenção PI9605709-2. No entanto, essas duas últimas sugerem a instalação desse sistema fora do tanque, diretamente na linha de descarte. A invenção US20120017998A1 propõe um sistema micro controlado capaz de atuar na válvula de descarte a partir da quantificação do teor de água na linha de descarte determinado através de um sensor não intrusivo de medição da velocidade do som do fluido. Uma análise desses sistemas propostos revela que, embora eles consigam interromper o descarte quando da passagem de um fluido com baixo teor de água, nenhum deles é capaz de atuar de forma autónoma. A operação desses sistemas deixaria a linha de descarte cheia de água com altos teores de fluido orgânico ou até mesmo um fluido constituído predominantemente pelo fluido orgânico, impedindo que um novo descarte possa ser reiniciado sem a intervenção de um operador. Todo esse conteúdo deverá ser descartado pelo operador na reabertura do sistema de drenagem, sendo impossível o retorno desse material retido na linha de descarte para o tanque de armazenamento de forma autónoma, tornando inevitável o descarte desse fluido orgânico. Além disso, esses sistemas não são capazes de evitar a formação de vórtices de drenagem dentro do tanque, gerando misturas entre o fluido orgânico e a água, impactando a eficiência do processo de descarte da água.

[006] Na invenção US5139653, os autores reconhecem a limitação dos sistemas descritos acima em evitar o descarte do fluido orgânico que fica retido na linha de descarte após a interrupção automática da drenagem do tanque de armazenamento, e propõem um sistema de recirculação para o retorno ao tanque do fluido rico em fluido orgânico retido na linha de drenagem após o fechamento da válvula. O sistema descrito na invenção conta com uma bomba para aumentar a vazão do fluido no sistema de descarte em relação ao fluxo puramente gravitacional e garantir uma vazão contínua na linha, garantindo também o completo preenchimento da linha. O fluido é bombeado através do sistema de medição capaz de quantificar o teor de água nesse fluido. O teor de água identificado é enviado a um sistema micro processado que, em função desse teor, direciona o fluxo de fluido para o dreno ou para a linha de retorno para o tanque de armazenamento. Os autores argumentam ainda que a alta velocidade nas linhas de descarte garante a limpeza do sistema de medição por evitar o acúmulo de detritos por efeitos do cisalhamento. A invenção US20140216998A1 apresenta um sistema similar ao descrito na invenção US5139653. O sistema descrito utiliza uma bomba para recircular o fluido presente no fundo do tanque de armazenamento e inclui um sistema de medição do teor de água presente no fluido em recirculação. O sistema de recirculação pode ser alinhado para diferentes posições no fundo do tanque de armazenamento, favorecendo a limpeza e reduzindo o acúmulo de detritos e borras. O acionamento do sistema de circulação é realizado por um temporizador. O teor de água medido no fluido em recirculação é enviado a um sistema micro controlado que, em função desse teor de água, abre uma válvula de descarte e direciona o fluido para o dreno. No entanto, a eficiência do descarte está intimamente associada à separação entre as fases dentro do tanque. Se o fluido contam inante for removido em altas vazões, formar-se-á um vórtice de mistura entre as fases ainda dentro do tanque, impedindo uma drenagem eficiente do fluido contam inante. Além disso, quanto mais próxima a interface estiver do ponto de drenagem, ou seja, quanto menor for a quantidade de fluido contaminante a ser drenado, maior será o impacto de vórtices, mesmo que de pequena extensão. Portanto, a vazão ótima de drenagem depende da quantidade de fluido contaminante presente no tanque. Por fim, o sistema de medição exigirá calibração periódica para garantir medidas precisas, necessitando de intervenção e reduzindo o tempo de autonomia do sistema. O sistema descrito, portanto, não é capaz de atingir uma condição de drenagem ótima.

Breve descrição dos desenhos

[007] As figuras descritas abaixo apresentam a visão esquemática de um exemplo de configuração do sistema autónomo de drenagem de tanques de armazenamento da presente invenção, abrangendo os equipamentos, os sistemas auxiliares e as linhas e tubulações que compõem a invenção, bem como as interconexões entre essas partes. Entende-se que essa configuração do sistema autónomo pode ser utilizada de acordo com quadro reivindicatório da presente invenção, mas não se limitando a essa configuração.

A Figura 1 apresenta um exemplo de configuração do sistema autónomo de drenagem de fluidos contam inantes de tanques de armazenamento de fluidos orgânicos.

A Figura 2 apresenta dois exemplos de configuração do sistema de circulação bidirecional (2a, 2b), com a disposição das bombas, válvulas de controle e tubulação.

A Figura 3 apresenta um exemplo de configuração do sistema de limpeza (x), com a disposição do reservatório de solução de limpeza, da bomba, das válvulas de controle e da tubulação.

Descrição da invenção

[008] De modo geral, é apresentado um sistema autónomo de drenagem de fluido contaminante (iii) separado por gravidade do fluido orgânico (ii) contido em tanque de armazenamento (i), instalado à jusante da válvula de drenagem manual (iv) deste tanque. [009] Os fluidos contaminantes (iii) são imiscíveis ou de baixa miscibilidade (menor que 10% v/v) nos fluidos orgânicos armazenados (ii) e tendem a se separar por gravidade nos tanques de armazenamento (i) após o fechamento dos lotes de produção dos fluidos orgânicos (ii). Esses fluidos contaminantes (iii) chegam ao tanque juntamente com os fluidos orgânicos (ii) por estarem misturados aos fluidos orgânicos (ii) ou, em condições de temperatura elevada, solubilizados nesses fluidos orgânicos (ii). Esses contaminantes podem ainda ter origem externa ao processo, ingressando nos tanques de armazenamento (i) por vazamentos nesses equipamentos ou nas tubulações atravessadas pelos fluidos (ii, iii).

[0010] O fluido contaminante (iii) mais comum encontrado em tanques de armazenamento (i) é a água, que é imiscível ou que possui baixa solubilidade em uma série fluidos orgânicos (ii) de origem mineral, vegetal, animal ou sintética, tais como combustíveis, óleos lubrificantes, solventes, óleos vegetais, entre outros. Outros tipos de fluidos contaminantes (iii) separados nos tanques de armazenamento (i) por razão de imiscibilidade ou baixa solubilidade, são, por exemplo, álcoois de baixo peso molecular e salmouras.

[0011] O sistema autónomo tem especial aplicação em processos industriais que demandam o armazenamento de grandes volumes de fluidos orgânicos (ii) em tanques de armazenamento (i), da ordem de alguns milhares de litros até várias dezenas de milhões de litros de capacidade de armazenamento de fluido orgânico (ii). O armazenamento desses fluidos orgânicos (ii) demanda frequentes operações de drenagem de fluidos contaminantes (iii) que podem estar presentes em volumes expressivos, não raramente podendo atingir a ordem de milhares de litros em tanques de armazenamento (i) com grandes capacidades de estocagem, consequentemente exigindo grande intervalo de tempo para completar a operação de drenagem.

[0012] O funcionamento do sistema se baseia no descarte de fluido contaminante pela abertura das válvulas de controle (v, vi), mediante o acionamento dessas válvulas pelo sistema de controle (ix), que atua mediante a resposta dos teores do fluido contaminante (iii) e do fluido orgânico (ii) no líquido sendo drenado, obtidos pelos sensores de detecção e quantificação presentes no sistema de medição (vii). O sistema permite o descarte do fluido contaminante (iii) pela linha de dreno (xiii) até que a concentração do fluido orgânico (ii) atinja um valor pré-definido no fluido de descarte, e nesse momento o sistema de controle (ix) atua no fechamento da válvula de controle (vi), interrompendo a drenagem.

[0013] Tomando como referência a Fig. 1 , o sistema autónomo inclui válvulas de controle para regulação do fluxo da drenagem (v, vi), que possuem como características a possibilidade de acionamento automático pelo sistema de controle (ix). Essas válvulas são preferencialmente do tipo solenoide, de abertura ou fechamento total quando acionadas, mas podem ainda ser válvulas de controle progressivo, se o sistema assim demandar. O diâmetro dessas válvulas é projetado para se adequar às características da saída da válvula de drenagem (iv) e para garantir uma vazão de drenagem lenta o suficiente para não induzir a formação de vórtices durante a operação.

[0014] A válvula (v) instalada antes do sistema de medição (vii) é projetada para trabalhar de modo normalmente fechado, garantindo um duplo isolamento do tanque de armazenamento (i) a todo o momento. Essa válvula (v) tem ainda a função de isolar o fluido contido na tubulação de drenagem do tanque (i) quando se faz necessário acionar o sistema de limpeza (x) dos sensores contidos no sistema de medição (vii), de modo a evitar contaminação do fluido armazenado e garantir a eficiência da limpeza dos sensores.

[0015] A válvula (vi) instalada após o sistema de medição (vii) determina a abertura ou fechamento do sistema de drenagem, permitindo ou não a passagem de líquido para a linha de dreno (xiii). Essa válvula é atuada pelo comando do sistema de controle (ix), em função da resposta do sistema de medição (vii). As dimensões dessa válvula, bem como a frequência e tempo de sua abertura durante a operação, definem a vazão de drenagem, que está diretamente relacionada à eliminação da possibilidade de formação de vórtices durante a operação.

[0016] O sistema de medição (vii) visa à realização da caracterização física e/ou físico- química do fluido sendo drenado (ii, iii), tendo como principal função a detecção e a quantificação do fluido contaminante (iii) e do fluido orgânico (ii) no líquido sendo drenado. O sistema possui sensores para detecção e quantificação de fluido contaminante (iii) em fluido orgânico (ii), assim como para detecção e quantificação de fluido orgânico (ii) em fluido contam inante (iii), de modo a garantir a eficácia da resposta do sistema do sistema de controle (ix) na atuação da válvula de controle (vi) e o atendimento das características pré-definidas para o descarte.

[0017] Ainda sobre o sistema de medição (vii), a detecção e quantificação dos fluidos pode ser realizada por instrumentos intrusivos e não-intrusivos, utilizando princípios diversos, escolhidos dentre medidas espectroscópicas, espectrométricas, acústicas, reológicas, gravimétricas e de condutividade e/ou impedância elétricas, desde que sejam adequados para garantir a especificação do descarte requerido. Essa flexibilidade no princípio de medição permite a adequação desse sistema autónomo à operação de drenagem de uma série de fluidos orgânicos (ii) com características distintas, permitindo assim a busca de alternativas que garantam redução do custo do sistema de medição (vii) e consequentemente do sistema autónomo.

[0018] O sistema de medição (vii) também é projetado para conter instrumentos capazes de realizar outras medidas auxiliares do sistema de controle (ix), tais como a pressão e a temperatura dos fluidos (ii, iii) contidos no tanque de armazenamento (i), a temperatura ambiente e a vazão de descarte dos fluidos pela linha de dreno (xiii).

[0019] A medida de pressão visa a alimentar o sistema de controle (ix) com informações sobre as operações de carga e descarga dos tanques de armazenamento (i), que são relevantes para a correta operação do sistema.

[0020] A medida de vazão de descarte é importante para que o sistema autónomo possa aprender sobre o volume de fluido contam inante gerado durante a operação normal do tanque de armazenamento (i), para continuamente realizar o ajuste da vazão ótima de descarte ao longo da operação, de modo a garantir um descarte autónomo e contínuo, bem como eliminar a formação de vórtices durante a operação.

[0021] As medidas de temperatura ambiente e do fluido de descarte permite avaliar informações relativas às características dos fluidos sendo descartados (concentrações dos fluidos e volume de descarte) e possibilita que o sistema possa fazer ajustes na operação com base nessas informações. [0022] O sistema de controle (ix) é projetado para receber dados do sistema de medição (vii), dentre esses dados o teor de fluido contaminante (iii) e do fluido orgânico (ii) presente no fluido sendo descartado, assim como a vazão de descarte para o dreno (xiii) e as temperaturas ambiente e do fluido sendo descartado, processar esses dados e atuar nas diversas válvulas de controle (v, vi, xvi) e bombas (xv). O sistema de controle (ix) contém algoritmos embarcados que o permitem adaptar-se por técnicas e algoritmos de Inteligência Artificial (AI) e Aprendizado de Máquina (ML) às características particulares do tanque de armazenamento (i), do fluido orgânico armazenado (ii) e do fluido contaminante (iii) a ser descartado, permitindo uma melhoria contínua da vazão de descarte.

[0023] O correto funcionamento do sistema autónomo demanda a instalação de um sistema de circulação bidirecional (viii), que permite deslocamento de fluido entre o sistema de medição (vii) e o tanque de armazenamento (i).

[0024] O sistema autónomo é projetado para realizar o descarte de fluido contaminante (iii) até que a concentração do líquido orgânico (ii) atinja o valor definido para o fechamento da válvula de controle (vi) e interrupção do descarte. Nesse momento, a tubulação à montante de válvula de drenagem manual (iv), bem como a linha de tubulação entre a válvula de drenagem manual (iv) e a válvula de controle (vi) ficam preenchidas com uma mistura contendo o fluido contaminante (iii) e o fluido orgânico em concentração superior à requerida para o descarte. O sistema de circulação (viii) tem como função principal garantir a renovação do fluido contido nessas linhas de tubulação, em vista a garantir que o sistema de medição (vii) possa detectar uma nova porção do fluido contaminante (iii) decantada no fundo do tanque de armazenamento (i) que esteja em condições especificadas para o descarte. Sem o sistema de circulação (viii), o sistema de medição (vii) não envia o sinal correto sobre a qualidade do fluido para que o sistema de controle (ix) possa atuar na válvula de controle (vi) e prosseguir com o descarte, impedindo sua atuação autónoma.

[0025] O sistema de circulação (viii) tem como função complementar circular o fluido orgânico (ii) isento de fluido contaminante (iii) pela linha de tubulação do sistema de medição (vii), de modo a permitir a calibração interna periódica dos sensores, sem necessidade de intervenção no sistema autónomo para tal fim. Para a correta operação, o sistema de circulação (viii) é projetado para se conectar a um ponto do tanque de armazenamento (xiv) localizado em posição fisicamente superior à região normalmente ocupada pelo o fluido contaminante (iii).

[0026] Tomando como referência a Fig. 2, o sistema de circulação (viii) é projetado para ser capaz de deslocar os fluidos (ii, iii) entre o tanque de armazenamento (i) e o sistema de medição (vii), permitindo fluxo em ambas as direções. Esse sistema pode ser composto por uma bomba (xv) e um conjunto de válvulas de controle (xvi) montadas em uma árvore de manobra ( manifold ), conforme ilustrado no esquema exemplificado na Fig. 2a, de modo que o sistema de controle (ix) atue na abertura e fechamento pré-definido para cada uma das válvulas de controle (xvi) em função da operação requerida de esgotamento das linhas de tubulação do sistema de drenagem ou calibração interna do sistema de medição (vii). Alternativamente, o sistema de circulação (viii) pode ser projetado com duas bombas (xv) e um conjunto de válvulas de controle (xvi) montadas em um outro arranjo da árvore de manobra {manifold), conforme ilustrado no esquema exemplificado na Fig. 2b, permitindo o dimensionamento das bombas (xv) com diferentes dimensões em função das diferentes demandas de vazão entre as operações requeridas para ao correto funcionamento do sistema autónomo.

[0027] A instalação do sistema de limpeza (x) é necessária para garantir a correta operação do sistema de medição (vii), sendo projetado para eliminar os resíduos acumulados em torno dos sensores instalados no sistema de medição (vii). A operação de limpeza pode ser realizada com uma periodicidade definida ou em função da identificação de redução da intensidade dos sinais gerados pelos sensores do sistema de automação.

[0028] O sistema de limpeza (x) é utilizado para promover a limpeza mecânica e química do sistema de medição (vii), por meio da circulação de soluções de limpeza tais como solventes, tensoativos, abrasivos, decapantes, ácidos ou álcalis, que são escolhidos em função do tipo de fluido orgânico (ii) armazenado e da característica de resíduo formado por esse fluido, que pode ser depositado na região dos sensores do sistema de medição (vii). [0029] Tomando como referência a Fig. 3, a circulação da solução de limpeza (xvii) ocorre de forma independente, utilizando bomba de circulação (xviii) própria do sistema de limpeza (x) e válvulas de controle (xix), que se mantém inoperantes durante a operação normal do sistema autónomo e que são acionadas pelo sistema de controle (ix) em função da necessidade da operação de limpeza.

[0030] A circulação da solução de limpeza (xvii) ocorre de forma contida no sistema de medição (vii), de modo a não haver descarte da solução de limpeza no dreno (xiii) tampouco qualquer contato da solução de limpeza com os fluidos do tanque de armazenamento (i).

[0031] O sistema de limpeza (x) pode ser equipado com equipamentos que promovam ação de vibração no conjunto de sensores do sistema de medição (vii), como por exemplo sistema de ultrassom, instalado ao redor dos sensores, com objetivo de auxiliar na limpeza promovida pela solução de limpeza (xvii) e promover o condicionamento das superfícies dos sensores.

[0032] O sistema autónomo de drenagem de tanques de armazenamento (i) prevê a montagem de uma linha de drenagem (xi) e uma válvula de drenagem manual (xii) independentes, projetadas para serem acopladas à jusante da válvula de drenagem (iv) de tanques de armazenamento (i) em paralelo ao sistema autónomo, com o objetivo de permitir a realização de operação manual ( by-pass ) em caso de intervenção do sistema autónomo para manutenção.