Desenvolvimento de um procedimento de calibração de densímetros de referência para gases de petróleo em estado hipercrítico

Abstract

A medição de densidade reveste grande importância na indústria do petróleo e gás, pois permite conhecer a relação entre a massa e o volume do produto, importante nas transações comerciais. A medição de densidade do Gás Liquefeito de Petróleo produzido nas unidades da Petrobras envolve o uso de densímetros digitais instalados na linha de produção. Esses densímetros devem ser calibrados seguindo normas e regulamentos da ANP (Agência Nacional de Petróleo e Biocombustíveis) e outras entidades que regulam o comércio. A calibração dos densímetros de linha é realizada atualmente utilizando picnômetros pressurizados, que retiram uma amostra do gás em estado hipercrítico para ser pesada em um laboratório, às vezes distante da estação de medição. Esse método, embora atenda aos requisitos metrológicos, acarreta uma logística complicada e demora a emissão do certificado de calibração. Visando acelerar o processo de calibração de densímetros da linha de produção, está sob estudo a adoção de densímetros padrão que possam realizar a calibração por comparação utilizando o mesmo gás, em estado hipercrítico, que circula na linha de produção. Dado seu potencial para atender os requisitos normativos e metrológicos vigentes, decidiu-se testar um densímetro digital de tubo oscilatório da marca Anton Paar, modelo L-Dens 427T Ex, apto para trabalhar em atmosfera explosiva. Antes da utilização do densímetro, precisa-se calibrá-lo, nas condições de temperatura, pressão e densidade nas quais será utilizado, para conhecer seu estado metrológico e garantir a rastreabilidade de suas medições. Para a data desta dissertação não encontrou-se, no Brasil, laboratórios que pudessem fornecer o serviço de calibração desse tipo de densímetros nas condições de pressão e temperatura necessárias para atender os requisitos estabelecidos pelas normas e regulamentos vigentes. Por tanto, visando uma solução para a calibração em laboratório do densímetro digital padrão, esta dissertação de mestrado teve como objetivo principal desenvolver um procedimento de calibração de densímetros de referência para gases de petróleo em estado hipercrítico, incluindo o correspondente cálculo da incerteza de medição; assim como estabelecer a infraestrutura e as condições técnicas e metrológicas que devem ser satisfeitas pelo equipamento e instrumentos necessários para a calibração. O procedimento foi desenvolvido com base em informações obtidas de normas técnicas, recomendações do fabricante e informações do usuário do instrumento, e nas regras básicas da metrologia. Experimentos de calibração piloto utilizando água, nitrogênio e propano a distintas pressões e temperaturas, próximas às condições da linha de produção de GLP foram realizados nas instalações do CENPES (Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo A. Miguez de Mello) da Petrobras, Os resultados mostram que o densímetro testado tem potencial de atender os requisitos, apontando para requisitos críticos de estabilidade das variáveis ao longo do experimento e propondo melhorias para o alcance das metas de erro máximo admissível.

Abstract : The measurement of density is of great importance in the oil and gas industry, since it allows to know the relationship between the mass and the volume of the product, which is important in commercial transactions. The determination of the density of the Liquefied Petroleum Gas produced at Petrobras facilities involves the use of digital density meters installed in the production line. These density meters must be calibrated following the standards and regulations of the ANP (National Agency for Petroleum and Biofuels) and other entities that regulate trade. The calibration of on-line density meters is currently performed using pressurized pycnometers, which extract a sample of the gas in the hypercritical state to be weighed in a laboratory, sometimes distant from the measuring station. Although this method reaches all metrological requirements, it involves a complicated logistic and delays issuing the calibration certificate.In order to accelerate the calibration process of the density meters of the production line, the adoption of master density meters that can perform the calibration by comparison, using the same gas in the hypercritical state that circulates in the production line, has been studied. Due to its potential to meet current normative and metrological requirements, an Anton Paar digital density meter, oscillating tube type, model L-Dens 427T Ex, was tested. It is suitable for working in an explosive atmosphere. Before using the density meter, it is necessary to calibrate it, under the conditions of temperature, pressure and density in which it will be used. Additionally, the maximum error in those conditions should be known and the traceability of its measurements should be guaranteed. Up to the date of this dissertation, there are not, laboratories in Brazil, capable to provide the service of calibration of this type of density meters under the conditions of pressure and temperature to meet the requirements established by norms and regulations. Therefore, this master dissertation had as main objective to develop a procedure of calibration of reference density meters for petroleum gases in the hypercritical state, including the corresponding measurement uncertainty calculation; as well as establishing the infrastructure and the technical and metrological conditions that must be satisfied by the equipment and instruments required for calibration.The procedure was developed based on the information obtained from technical standards, manufacturer's recommendations, the instrument user?s information, and the basic rules of metrology. A pilot calibration test was carried out at CENPES (Leopoldo A. Miguez de Mello Research and Development Center) facilities, using water, nitrogen and propane at different pressures and temperatures, close to the conditions of the LPG production line. The results show that the tested density meter has the potential to meet the requirements, pointing to critical stability requirements of the variables throughout the experiment and proposing improvements to reach the maximum permissible error targets.