Internal model control method applied to a biphasic separator under slugging using coupled output valves - Bertolini, Ligia Baechtold (2022)
A extração de petróleo em campos offshore é uma atividade complexa e desafiadora para a engenharia. Com a exploração em campos cada vez mais profundos, surge a necessidade do desenvolvimento de estratégias que diminuam os riscos e os problemas que envolvem essas atividades. Uma das principais etapas de produção é o processamento primário do petróleo, onde a mistura multifásica é separada por fases no separador bifásico, um vaso separador gravitacional. Nele, o fluxo recebido pelos rises pode ter padrão de golfadas, onde o escoamento é intermitente, apresentando variações oscilatórias. Ao atingir a planta de processamento primário, o fluxo oscilatório pode trazer danos ao processo ao alterar nível e pressão dentro do separador. Visto isso, é necessário projetar sistemas que superem os efeitos do fluxo em golfadas, ou então aplicar estratégias de controle a fim de minimizar ou até mesmo extinguir, os efeitos deste fluxo no sistema. Portanto, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver uma estratégia de controle em malha fechada, com o intuito de manter o nível do separador bifásico de petróleo estável. Duas estratégias de controle são avaliadas, o Método de Alocação de Polos e o Controle do Modelo Interno (IMC), que visam atuar sobre as válvulas de saída de gás e de líquido do separador. Durante o desenvolvimento, foi observado que o Método de Alocação de Polos não pode ser aplicado, uma vez que a planta não é de estado completamente controlável. Já durante o desenvolvimento do Controle do Modelo Interno, foram desenvolvidas funções de transferências onde as válvulas de saída (descarga) do separador foram acopladas a fim de reduzir a planta para uma única entrada. A implementação da planta foi realizada por meio do software Scilab, onde o nível e pressão dentro do separador foram considerados como variáveis controladas, enquanto as aberturas das válvulas acopladas de líquido e gás consideradas como variáveis manipuladas. A partir do controlador encontrado, é simulado o comportamento da planta linearizada e não linear quando submetidas ao fluxo em golfadas em diversas situações. O controle utilizando o Controle do Modelo Interno aplicado no modelo linearizado do separador se mostrou eficiente para manter o nível estável no valor de regime permanente desejado na presença de golfadas de líquido e de gás. Entretanto, quando aplicado ao modelo não-linear, este controle somente é eficiente para golfadas de líquido, indicando que outras linearizações são necessárias em novos pontos de equilíbrio