BR112015014787B1 - Composição de tratamento de água e método para mitigação de corrosão ou incrustação de uma superfície em um sistema aquoso - Google Patents

Composição de tratamento de água e método para mitigação de corrosão ou incrustação de uma superfície em um sistema aquoso Download PDF

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Abstract

MITIGAÇÃO DE CORROSÃO E INCRUSTAÇÃO USANDO ADITIVOS BASEADOS EM COMPONENTES SEM FÓSFORO. A presente invenção se refere às composições de tratamento de água que são eficazes na mitigação de corrosão e incrustação das superfícies em contato com os sistemas aquosos. As composições de tratamento de água podem incluir um ou mais compostos de azol, um ou mais metais de transição, e um ou mais dispersantes, além de vários outros aditivos. As composições de tratamento de água podem excluir o fósforo e ainda ser eficazes. Os métodos de mitigação de corrosão e incrustação de uma superfície em um sistema aquoso também estão descritos.

Description

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1. CAMPO DA INVENÇÃO
[001]A presente invenção refere-se às composições e métodos úteis para controlar corrosão. Em particular, a descrição refere-se às composições de controle de corrosão que não incluem qualquer fósforo e métodos para mitigar a corrosão dos metais nos sistemas aquosos corrosivos.
2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA
[002]A corrosão das superfícies de metal em meio aquoso tem sido um problema para indústrias, tais como a indústria de petróleo e gás, a indústria de alimen- tos/bebidas, a indústria de lavagem/sanitização, celulose e papel, geração de energia, fabricação e utilidades. Por exemplo, é bem-conhecido que durante a produção de petróleo e gás, vários outros compostos corrosivos estão presentes, tais como salmouras, ácidos orgânicos, dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio e microorganismos. Estes componentes agressivos podem causar corrosão severa, tal como evidenciado pelos poros, fragilização e perda generalizada de metal na superfície. As superfícies de metal podem ser compostas de altas ligas de aço, incluindo aços de cromo, ligas de aço ferrítico, aços inoxidáveis austeníticos, aços inoxidáveis endurecidos por precipitação e aços com alto teor de níquel, aços de cobre e carbono.
[003]Na indústria de alimentos/bebidas e lavagem/sanitização, as soluções como soluções de hipoclorito de sódio são comumente usadas e são altamente eficazes como alvejantes e desinfetantes para a limpeza de uma variedade de superfícies. No entanto, as soluções de hipoclorito de sódio são corrosivas para muitas superfícies tratadas, em especial, as superfícies de metal tornam-se altamente corroí- das.
[004]Existem vários mecanismos responsáveis pela corrosão dos metais. Em sistemas de água corrosivos, a taxa de corrosão geral é controlada pela redução do oxigênio, inibindo a reação catódica. No entanto, os programas de tratamento de água mais robustos e econômicos incluem ambos os inibidores anódicos e catódicos para bloquear as reações no anodo e no catodo.
[005]A mitigação da corrosão e da incrustação é essencial em todos os sistemas aquosos ou baseados em água. Na técnica anterior, a maioria dos aditivos que são comumente usados para mitigar corrosão e incrustação inclui fósforo, tais como ortofosfatos, polifosfatos ou fosfatos orgânicos comumente conhecidos como fosfonatos. Embora tenha havido algum êxito atribuído ao fósforo contendo composições inibidoras de corrosão e de incrustação, foi descoberto recentemente que o fósforo não é ecológico e, portanto, os órgãos ambientais ou obrigaram reduzir o seu uso ou banir seu uso completamente.
[006]Por isso, existe uma necessidade por composições mitigantes de corrosão e incrustação que não incluem fósforo e por métodos que forneçam mitigação de corrosão e incrustação usando tais composições que não contenham fósforo.
BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[007]As composições de tratamento de água úteis para mitigar corrosão e incrustação são descritas. As composições de tratamento de água podem incluir um ou mais compostos de azol, um ou mais metais de transição, e um ou mais disper- santes. As composições de tratamento de água podem excluir, ou não compreender, fósforo.
[008]Os métodos de mitigação de corrosão e incrustação de uma superfície em um sistema aquoso também são descritos. Os métodos podem incluir as etapas de prestação de um invólucro, tendo pelo menos uma superfície de metal, inserindo um meio aquoso no invólucro, e injetando uma composição de tratamento de água compreendendo uma quantidade eficaz de um ou mais compostos de azol, uma quantidade eficaz de um ou mais metais de transição e uma quantidade eficaz de um ou mais dispersantes no meio aquoso. As composições de tratamento de água podem excluir, ou não compreender, fósforo.
[009]Em outro aspecto, a presente descrição provê um método automatizado on-line de monitoramento e de controle de uma ou mais propriedades de água. O método compreende: a. a prestação de um dispositivo de armazenamento; b. a inserção de água no dispositivo de armazenamento; c. a prestação de uma unidade de monitoramento e de controle compreendendo um controlador e uma pluralidade de sensores em comunicação com o controlador, em que cada pluralidade de sensores é operável para medir uma propriedade de água; d. a prestação de uma ou mais bombas, que estão em comunicação com o controlador, em que uma ou mais bombas podem compreender uma ou mais bombas de injeção de produtos químicos; e. a inserção de uma faixa aceitável para cada uma ou mais propriedades de água a serem medidas no controlador; f. a prestação de um conduíte de distribuição tendo uma primeira extremidade em comunicação com a água no dispositivo de armazenamento e uma segunda extremidade conectada a uma entrada da unidade de monitoramento e de controle; g. o bombeamento de uma amostra de água do dispositivo de armazenamento para a unidade de monitoramento e de controle; h. a medição de uma ou mais propriedades da amostra de água com a pluralidade de sensores; i. a adição de uma composição de tratamento de água substancialmente livre de fósforo para a água no dispositivo de armazenamento por meio de uma bom- ba de injeção de produtos químicos; j. a determinação se uma ou mais propriedades medidas da amostra da água da produção está dentro da faixa aceitável inserida no controlador na etapa (e); em que k. se uma ou mais das propriedades medidas está fora da faixa aceitável associada com aquela propriedade inserida na etapa (e), causando uma alteração em um influxo de um produto químico na água de uma ou mais bombas de injeção de produtos químicos, o produto químico sendo capaz de ajustar a propriedade medida associada com a água de forma a colocar a propriedade medida dentro da faixa aceitável; e l. opcionalmente, a repetição das etapas (a) a (k) para determinar se uma ou mais das propriedades foi colocada dentro da faixa aceitável inserida na etapa (e).
[010]Qualquer um dos métodos enumerados neste documento também pode incluir a etapa de pré-tratamento de pelo menos uma superfície de metal com uma composição de tratamento de água excluindo fósforo, conforme descrito aqui.
[011]O acima exposto delineou amplamente as características e vantagens técnicas da presente invenção para que a descrição detalhada da invenção que se segue possa ser melhor compreendida. As vantagens e características adicionais da invenção serão descritas adiante e formam o objeto das reivindicações da invenção. Deve ser apreciado por aqueles versados na técnica que a concepção e as modalidades específicas descritas possam ser prontamente utilizadas como base para a modificação ou criação de outras modalidades para realizar os mesmos objetivos da presente invenção. Também deve ser compreendido por aqueles versados na técnica que as modalidades equivalentes não se distanciam do espírito e escopo da invenção conforme estabelecido nas reivindicações em anexo.
BREVE DESCRIÇÃO DAS VÁRIAS VISTAS DOS DESENHOS
[012]Uma descrição detalhada da invenção é descrita a seguir com referên- cia específica sendo feita aos desenhos, em que:
[013]A Figura 1 mostra um gráfico representando uma comparação do ganho de peso em uma microbalança de cristal de quartzo ao longo do tempo com um sistema que incorpora uma mistura de um dispersante de ácido polimaleico e um dispersante de copolímero de ácido acrílico e AMPS, comparado a um sistema de controle que não inclua esses dispersantes.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[014]A presente descrição provê um tratamento incluindo composições e métodos úteis para a mitigação de corrosão e incrustação em meios aquosos. Este tratamento elimina a necessidade de usar composições contendo fósforo.
[015]Como usado aqui, “inibidor de corrosão” destina-se a referir a pelo menos um dos, ou qualquer combinação dos inibidores de corrosão descritos, intermediários do inibidor de corrosão e formulações do produto do inibidor de corrosão. Estes compostos também podem ser referidos às composições de tratamento de água.
[016]Em um aspecto, esta descrição provê composições de tratamento de água que são úteis para inibir ou mitigar a corrosão e a incrustação das superfícies entrando em contato, contendo, ou envolvendo um sistema aquoso ou baseado em água.
[017]Em determinados aspectos, as composições de tratamento de água são substancialmente livres de fósforo. No presente pedido de patente, o termo “fósforo” não se destina a incluir apenas o fósforo, mas também aditivos que contenham fósforo, derivados de fósforo etc. Em outros aspectos, as composições não incluem qualquer fósforo.
[018]As composições de tratamento de água descritas na presente invenção podem incluir um ou mais compostos de azol. Os azóis são comumente conhecidos na técnica e qualquer azol, ou combinação de azóis, pode ser selecionada de acordo com a presente descrição. Um azol é uma classe de compostos de anel heterocí- clico de nitrogênio de 5 membros contendo pelo menos outro átomo não carbono, tal como nitrogênio, enxofre ou oxigênio. Exemplos ilustrativos não limitativos de azóis que podem ser incluídos nas composições de tratamento de água descritas na presente invenção são azóis, pirazol, imidazol, tiazol, oxazol, isoxazol, butilbenzotria- zóis, toliltriazol, substituídos por alquila e qualquer combinação destes. Por exemplo, em determinados aspectos, a composição de tratamento de água compreende tolil- triazol e exclui fósforo. Em outros aspectos, a composição de tratamento de água compreende uma mistura de dois ou mais azóis, tal como uma mistura de toliltriazol e um butilbenzotriazol e exclui fósforo.
[019]Os azóis podem estar presentes nas composições de tratamento de água descritas, em quantidades que variam de cerca de 1 ppm a cerca de 100 ppm. Por exemplo, as composições de tratamento de água descritas na presente invenção podem incluir de cerca de 2 ppm a cerca de 10 ppm de um ou mais azóis, ou de cerca de 3 ppm a cerca de 25 ppm de um ou mais azóis, ou de cerca de 10 ppm a cerca de 50 ppm de um ou mais azóis, ou qualquer subcombinação dentro da faixa de cerca de 2 ppm a cerca de 100 ppm de um ou mais azóis. Em determinados aspectos, a composição de tratamento de água descrita na presente invenção compreende cerca de 4 ppm de toliltriazol e exclui fósforo. Em outros aspectos, a composição de tratamento de água descrita na presente invenção compreende cerca de 3 ppm de uma mistura de um butilbenzotriazol e toliltriazol, enquanto exclui fósforo.
[020]Além disso, em determinados aspectos, as composições de tratamento de água também podem incluir um ou mais dispersantes. O dispersante pode ser, por exemplo, qualquer polímero, copolímero, terpolímero etc., compreendendo ácido acrílico, ácido maleico ou ácido polimaleico com monômeros sulfonados e qualquer combinação destes. Um exemplo de um dispersante é um copolímero de ácido acrílico e ácido 2-acrilamido-2-metilpropanossulfônico (AMPS). Outro exemplo de um dispersante é um copolímero de ácido maleico e AMPS. Um exemplo adicional de um dispersante é um terpolímero de ácido acrílico, acrilamida sulfonada e AMPS. Assim, em um aspecto, a composição de tratamento de água descrita na presente invenção pode incluir um dispersante compreendendo ácido acrílico e excluindo fósforo. Em outro aspecto, a composição de tratamento de água descrita na presente invenção pode incluir um dispersante compreendendo ácido polimaleico e um copo- límero de ácido acrílico e AMPS, enquanto exclui fósforo.
[021]O dispersante pode estar presente na composição de tratamento de água em quantidades que variam de cerca de 2 ppm a cerca de 50 ppm. Por exemplo, o dispersante pode estar presente em quantidades que variam de cerca de 3 ppm a cerca de 10 ppm, ou de cerca de 10 ppm a cerca de 20 ppm, ou de cerca de 20 ppm a cerca de 30 ppm, ou qualquer faixa ou subfaixa destas. Assim, em um aspecto, a composição de tratamento de água descrita na presente invenção pode incluir um dispersante compreendendo cerca de 3 ppm de uma mistura de ácido poli- maleico e um copolímero de ácido acrílico e AMPS, enquanto exclui fósforo.
[022]Além disso, em determinados aspectos, as composições de tratamento de água descritas neste documento também podem incluir um ou mais metais de transição. Os metais de transição são comumente conhecidos na técnica e são marcados como tal na tabela periódica dos elementos. Um exemplo de um metal de transição é o zinco. Assim, em um aspecto da presente descrição, a composição de tratamento de água compreende zinco e exclui fósforo.
[023]Um ou mais dos metais de transição podem estar presentes nas composições de tratamento de água em quantidades que variam de cerca de 1 ppm a cerca de 5 ppm. Assim, em determinados aspectos, a composição de tratamento de água pode incluir de cerca de 1 ppm a cerca de 3 ppm de um ou mais metais de transição, ou de cerca de 2 ppm a cerca de 4 ppm de um ou mais metais de transição, ou qualquer faixa ou subfaixa destes. Por exemplo, em um aspecto, a composição de tratamento de água compreende cerca de 2 ppm de zinco e exclui fósforo. Em outro aspecto, a composição de tratamento de água compreende cerca de 4 ppm de zinco e exclui fósforo.
[024]Em determinados aspectos, outros componentes podem estar presentes nas composições de tratamento de água como um ou mais sais de amônio quaternário e metassilicatos de sódio, excluindo fósforo.
[025]De acordo com a presente descrição, uma modalidade particular de uma composição de tratamento de água compreende zinco, um dispersante compreendendo uma mistura de ácido polimaleico e um copolímero de ácido acrílico e AMPS e toliltriazol, excluindo fósforo. Em um aspecto, a composição de tratamento de água compreende cerca de 4 ppm de zinco, cerca de 4 ppm de um dispersante compreendendo uma mistura de ácido polimaleico e um copolímero de ácido acrílico e AMPS e cerca de 4 ppm de toliltriazol, excluindo fósforo.
[026]Em uma modalidade alternativa, a composição de tratamento de água compreende zinco, um dispersante compreendendo uma mistura de ácido polimalei- co e um copolímero de ácido acrílico e AMPS e uma mistura de butilbenzotriazol e toliltriazol, excluindo fósforo. Em um aspecto, a composição de tratamento de água compreende cerca de 4 ppm de zinco, cerca de 4 ppm de um dispersante compreendendo uma mistura de ácido polimaleico e um copolímero de ácido acrílico e AMPS e cerca de 3 ppm de uma mistura de um butilbenzotriazol e toliltriazol, excluindo fósforo.
[027]Embora determinadas composições de tratamento de água tenham sido usadas na técnica anterior para mitigar a corrosão das superfícies de metal, tais como aço, os inventores atuais descobriram, inesperadamente, que as composições de tratamento de água descritas neste documento são eficazes para inibir ou mitigar a corrosão e a incrustação das superfícies de aço, aço galvanizado ou aço de carbono, além das superfícies de cobre e liga de cobre.
[028]Os inventores atuais também observaram uma sinergia inesperada en- tre determinados compostos de azol com zinco e determinadas combinações de compostos de azol com zinco. A sinergia é mostrada nos exemplos no presente pe-dido.
[029]As composições de tratamento de água descritas na presente invenção não são úteis apenas para inibir ou mitigar a corrosão das superfícies, elas são também eficazes para mitigar ou inibir a incrustação das superfícies. As superfícies a serem tratadas com as composições de tratamento de água descritas na presente invenção podem ser qualquer superfície referida ou presente em quaisquer sistemas de água ou aquosos referidos na seção anterior do presente pedido, além de qualquer outra superfície que poderia entrar em contato com um meio aquoso. Por exemplo, as composições de tratamento de água descritas na presente invenção podem ser usadas com êxito no cenário desafiante de reciclar a água de reservatório usada nas operações de arenitos com óleo, como será mostrado nos exemplos no presente pedido.
[030]Os métodos para mitigação ou inibição da corrosão das superfícies também são abrangidos pela presente descrição, além dos métodos para inibição ou mitigação de incrustação das superfícies. Em todos os casos, os sistemas aquosos são providos e o meio aquoso é envolvido ou entra em contato com várias superfícies do invólucro. O invólucro pode ser, por exemplo, um tubo ou um conduíte que transporta o meio aquoso para um local desejado. O invólucro também pode ser, por exemplo, um contêiner de armazenamento de água de reservatório reciclada ou trocadores de calor em uma operação de arenitos de óleo ou outros processos. De acordo com a presente descrição, a superfície a ser tratada pode ser qualquer superfície que entra em contato com um meio aquoso onde é capaz de ocorrer a in-crustação ou a corrosão.
[031]Em um aspecto, um método é descrito para mitigação da corrosão de uma ou mais superfícies de um invólucro de metal, que pode ser um contêiner, um conduíte, um trocador de calor e similares. O método pode incluir as etapas de prestação de um invólucro, tendo uma ou mais superfícies de metal, inserindo um meio aquoso no invólucro, e injetando uma quantidade eficaz de uma ou mais das composições de tratamento de água descritas na presente invenção no meio aquoso. Uma ou mais das superfícies de metal podem ser, por exemplo, de cobre ou de uma liga de cobre. Uma ou mais das superfícies de metal também podem ser de aço, aço de carbono, aço galvanizado etc. O método também pode incluir uma etapa de pré- tratamento de uma ou mais superfícies de metal com uma quantidade eficaz de uma ou mais das composições de tratamento de água descritas na presente invenção antes de inserir o meio aquoso no invólucro. Esta etapa de pré-tratamento pode ser obtida, por exemplo, pela pulverização da composição de tratamento de água sobre a superfície ou pela imersão da superfície em uma solução compreendendo a composição de tratamento de água. Se essa etapa for incluída no método, o método pode compreender ainda a etapa de injeção de uma quantidade eficaz de uma ou mais das composições de tratamento de água da presente invenção em meio aquoso, depois que uma ou mais superfícies de metal forem pré-tratadas com uma quantidade eficaz de uma ou mais das composições de tratamento de água descritas na presente invenção. De acordo com este método, a corrosão de uma ou mais superfícies do invólucro de metal será mitigada.
[032]Em outro aspecto, um método é descrito para mitigação da incrustação de uma ou mais superfícies de um invólucro de metal, que pode ser um contêiner, um conduíte, um trocador de calor e similares. O método pode incluir as etapas de prestação de um invólucro, tendo uma ou mais superfícies de metal, inserindo um meio aquoso no invólucro, e injetando uma quantidade eficaz de uma ou mais das composições de tratamento de água descritas na presente invenção no meio aquoso. Uma ou mais das superfícies de metal podem ser, por exemplo, de cobre ou de uma liga de cobre. Uma ou mais das superfícies de metal também podem ser de aço, aço de carbono, aço galvanizado etc. O método também pode incluir uma etapa de pré-tratamento de uma ou mais superfícies de metal com uma quantidade eficaz de uma ou mais das composições de tratamento de água descritas na presente invenção antes de inserir o meio aquoso no invólucro. Se essa etapa for incluída no método, o método pode compreender ainda a etapa de injeção de uma quantidade eficaz de uma ou mais das composições de tratamento de água descritas na presente invenção em meio aquoso, depois que uma ou mais superfícies de metal forem pré-tratadas com uma quantidade eficaz de uma ou mais das composições de tratamento de água descritas na presente invenção. De acordo com este método, a incrustação de uma ou mais superfícies do invólucro de metal será mitigada.
[033]Em quaisquer aspectos dos métodos descritos neste documento, a composição de tratamento de água pode compreender zinco, um dispersante compreendendo uma mistura de ácido polimaleico e um copolímero de ácido acrílico e AMPS e toliltriazol, enquanto exclui fósforo. Em quaisquer aspectos, a composição de tratamento de água pode compreender cerca de 4 ppm de zinco, cerca de 3 ppm de um dispersante compreendendo uma mistura de ácido polimaleico e um copolí- mero de ácido acrílico e AMPS e cerca de 4 ppm de toliltriazol, enquanto exclui fósforo.
[034]Em quaisquer aspectos dos métodos descritos neste documento, a composição de tratamento de água pode compreender zinco, um dispersante compreendendo uma mistura de ácido polimaleico e um copolímero de ácido acrílico e AMPS e uma mistura de butilbenzotriazol e toliltriazol, enquanto exclui fósforo. Em quaisquer aspectos, a composição de tratamento de água pode compreender cerca de 2 ppm de zinco, cerca de 3 ppm de um dispersante compreendendo uma mistura de ácido polimaleico e um copolímero de ácido acrílico e AMPS e cerca de 4 ppm de uma mistura de um butilbenzotriazol e toliltriazol, enquanto exclui fósforo.
[035]De acordo com qualquer método descrito neste documento, o meio aquoso pode compreender qualquer tipo de água. Em determinados aspectos, o meio aquoso compreende a reciclagem da água de reservatório.
[036]As composições de tratamento de água descritas na presente invenção podem ser injetadas no meio aquoso por quaisquer meios conhecidos na técnica. Por exemplo, as composições podem ser injetadas por meio de uma bomba de medição de produto químico no meio aquoso. Qualquer localização do sistema pode ser usada como o ponto de adição, tal como para a entrada da água de reservatório ou para um conduíte que transporta a água por todo o sistema. Isto também pode ser adicionado para a entrada dos trocadores de calor. Outros métodos aceitáveis de injeção incluem o pré-tratamento das superfícies de metal antes da exposição ao meio aquoso, injeção contínua ou intermitente ou tratamento por batelada. A injeção contínua pode ser realizada quando os equipamentos apropriados de injeção de produtos químicos estiverem disponíveis no campo junto com os tanques de armazenamento de produtos químicos, caso contrário a composição pode ser injetada usando um veículo de tratamento especializado que aplica uma grande dosagem de produto químico em longos intervalos de tempo, em geral, a cada uma a duas semanas e em certos casos, mensalmente. A aplicação por batelada pode ser realizada por meio do uso de um caminhão de tratamento compreendendo um tanque de armazenamento contendo as composições de tratamento de água descritas na presente invenção (e opcionalmente outros produtos químicos) e um grande tanque de água. O caminhão de tratamento percorre as localizações do campo e trata dos locais individuais (vide, por exemplo, Patente Norte-Americana N° 4.964.468).
[037]Além disso, qualquer um dos métodos da presente descrição pode ser realizado usando um sistema automatizado. O sistema pode incluir uma unidade online para medir, controlar e/ou otimizar várias propriedades de água. A otimização pode incluir a medição de uma ou mais propriedades associadas com a água do sistema aquoso para se certificar de que uma ou mais propriedades estão dentro de uma faixa aceitável e, se uma ou mais das propriedades não estiverem dentro da faixa aceitável para cada respectiva propriedade a ser medida, causa uma alteração no fluxo, tais como um aumento ou uma diminuição de uma ou mais das composições descritas na presente invenção no sistema aquoso.
[038]Em determinados aspectos, o sistema pode incluir uma unidade de mo-nitoramento e de controle que compreende um dispositivo controlador e uma pluralidade de sensores. Cada pluralidade de sensores pode estar em comunicação com o controlador. Por exemplo, se a unidade compreende cinco sensores, cada um dos cinco sensores pode estar em comunicação com o controlador. Em determinados aspectos, o controlador pode ser anexado a um carrinho, ou outro tipo de membro de suporte. Além disso, o carrinho pode ser montado dentro de um chassi móvel, tal como um trailer. Assim, a unidade de monitoramento e de controle pode ser móvel e movida em torno facilmente de um local para outro.
[039]Como usado aqui, o termo “controlador” refere-se a um operador manual ou um dispositivo eletrônico com componentes, tal como um processador, um dispositivo de memória, um meio de armazenamento digital, uma interface de comunicação incluindo circuitos de comunicação operáveis para suportar as comunicações por qualquer número de protocolos e/ou redes de comunicação, uma interface de usuário (por exemplo, uma interface gráfica de usuário que pode incluir o tubo de raio catódico, display de cristal líquido, display de plasma, tela sensível ao toque ou outro monitor), e/ou outros componentes. O controlador é, de preferência, operável para integração com um ou mais circuitos integrados de aplicação específica, pro-gramas, instruções ou algoritmos executáveis por computador, um ou mais dispositivos ligados por cabo, dispositivos sem fio, ou um ou mais dispositivos mecânicos. Além disso, o controlador é operável para integrar o(s) ciclo(s) de feedback, feedforward, ou preditivo(s) da invenção. Algumas ou todas as funções do sistema controlador podem estar em uma localização central, tal como um servidor de rede, para a comunicação em uma rede de área local, rede de área ampla, rede sem fio, conexão de internet, conexão de micro-ondas, conexão de infravermelho, rede com fio (por exemplo, Ethernet) e similares. Além disso, outros componentes, tais como um monitor de sistema ou condicionador de sinal, podem ser incluídos para facilitar a transmissão do sinal e os algoritmos de processamento de sinal.
[040]Em determinados aspectos, o controlador inclui uma lógica hierárquica para priorizar quaisquer propriedades medidas ou previstas associadas com os parâmetros do sistema. Por exemplo, o controlador pode ser programado para priorizar o pH do sistema sobre ORP, ou vice-versa. Deve ser apreciado que o objetivo de tal lógica hierárquica seja permitir maior controle sobre os parâmetros do sistema e evitar ciclos de controle circulares.
[041]Em um aspecto, o método e o sistema de monitoramento associados inclui um controlador automatizado. Em outro aspecto, o controlador é manual ou semi-manual. Por exemplo, quando o sistema incluir um ou mais conjuntos de dados recebidos de vários sensores no sistema, o controlador pode ou determinar automaticamente quais pontos de dados/conjuntos de dados ainda precisam ser processados ou um operador pode fazer, parcial ou totalmente, tal determinação. Um conjunto de dados para a água da produção, por exemplo, pode incluir variáveis ou parâmetros de sistema, tais como ORP, DO, pH, fluorescência, turbidez, concentrações de determinados produtos químicos, tais como dispersantes, azóis, temperatura, pressão, taxa de fluxo, sólidos totais suspensos ou dissolvidos etc. Tais parâmetros de sistema são medidos tipicamente com qualquer tipo de equipamento de coleta de dados adequado, tal como sensores desenvolvidos, especialmente, por estes parâmetros, por exemplo, sensores de pH, analisadores de íon, sensores de temperatura, termopares, sensores de pressão, monitores de corrosão, e/ou qualquer outro sensor ou dispositivo adequado. O equipamento de coleta de dados está em comunicação com o controlador e, de acordo com as modalidades alternativas, pode ter funções avançadas (incluindo qualquer parte dos algoritmos de controle aqui descritos) transmitidas pelo controlador.
[042]A água a ser usada nestes sistemas aquosos pode ser armazenada em um dispositivo de armazenamento. De acordo com a presente descrição, um dispositivo de armazenamento pode ser, por exemplo, um reservatório, um duto, ou um dispositivo similar que pode ser usado para armazenar água. Em determinados aspectos da presente descrição, uma amostra de água do sistema aquoso pode ser extraída do sistema, por meio de um fluxo lateral, por exemplo, e encaminhada por meio do controlador para ser realizada várias medições das propriedades da água. Por exemplo, a água de um reservatório pode ser encaminhada por meio de um duto para um trocador de calor para uso em um processo de recuperação de hidrocarbo- neto. Um conduíte pode ter uma primeira extremidade na comunicação de fluido com o duto antes da água entrar no trocador de calor e uma segunda extremidade em um local de entrada no controlador ou um local de entrada na unidade de monitoramento e de controle. A água pode ser bombeada do reservatório ou duto, por meio de um conduíte, e para o dispositivo do controlador ou unidade de monitoramento e de controle.
[043]A unidade de monitoramento e de controle compreende uma pluralidade de sensores, que são capazes de analisar as amostras de água e transmitir dados referentes as amostras para o controlador. A pluralidade de sensores pode compreender, por exemplo, sensores para medição da conectividade, um monitor de corrosão, fluorescência, pH, oxidação/redução potencial (ORP), concentração de biocida, turbidez, temperatura, fluxo, e oxigênio dissolvido (DO) na água. O controlador pode compreender qualquer um desses sensores, todos esses sensores, ou uma combinação de dois ou mais destes sensores, e em todos os aspectos desta descrição, os sensores podem estar em comunicação com o controlador. Outros tipos de sensores contemplados pela presente descrição podem incluir, entre outros, sensores de óleo em água, sensores de sólidos totais dissolvidos, e sensores de sólidos totais suspensos.
[044]Com relação ao(s) sensor(es)/monitor(es) usado(s) para medir a corrosão, um monitor de corrosão que compreende um módulo do controlador que se comunica com o controlador da unidade de monitoramento e de controle pode ser usado, um módulo de sensor que se comunica de forma operável com o módulo do controlador e um módulo do resistor que se comunica de forma operável com o módulo do controlador, em que o módulo do resistor é capaz de identificar o módulo de sonda ao módulo do controlador. O monitor de corrosão pode compreender um módulo de sonda ou de sensor tendo, pelo menos, um sensor metalúrgico ou eletrodo de sonda que se comunica de forma operável com o módulo do controlador, e um módulo do resistor tendo um valor de resistência que se comunica de forma operável com o módulo do controlador, em que o valor de resistência identifica a metalurgia do eletrodo de sonda/sensor ao módulo do controlador. Adicionalmente, o monitor de corrosão pode determinar uma taxa de corrosão de acordo com as etapas a seguir: prover um dispositivo de monitoramento de corrosão compreendendo um módulo do controlador, um módulo de sonda que se comunica de forma operável com o módulo do controlador, e um módulo do resistor que se comunica de forma operável com o módulo do controlador, entrar em contato com o módulo de sonda com a água do sistema, carregar o módulo de sonda e o módulo do resistor com uma corrente por meio do módulo do controlador, identificar o tipo de módulo de sonda pelo módulo do controlador com base no valor de resistência do módulo do resistor carregado, determinar a taxa de corrosão pelo módulo do controlador após a identificação do módulo de sonda, e enviar estas informações para o controlador da unidade de monitoramento e de controle. Mais detalhes sobre o monitor de corrosão e os métodos de monitoramento de corrosão podem ser encontrados na Patente Norte-Americana N° 6.556.027 que está expressamente incorporada aqui por referência.
[045]Depois da amostra de água ser bombeada de um dispositivo de armazenamento e encaminhada pela unidade de monitoramento e de controle, um condu- íte que está presente encaminha a água de volta para, por exemplo, o dispositivo de armazenamento específico de onde ela veio, um dispositivo de armazenamento diferente ou para descarte. A este respeito, se o dispositivo de armazenamento estiver em um reservatório, então o conduíte deve transportar a água da unidade de monitoramento e de controle de volta para o reservatório. Assim, em determinados aspectos, o controlador ou a unidade de monitoramento e de controle pode ter um conduí- te de distribuição para levar O sistema de monitoramento e de controle descrito na presente invenção também pode compreender, em determinados aspectos, uma ou mais bombas de injeção de produto químico. Essas bombas de injeção de produto químico podem estar em comunicação fluida com o dispositivo de armazenamento, ou cada dispositivo de armazenamento se houver mais de um dispositivo de armazenamento. Por exemplo, se o dispositivo de armazenamento estiver em um reservatório, então uma ou mais bombas de injeção de produto químico podem estar em comunicação fluida com o reservatório. Em um aspecto, pode haver um conduíte passando da bomba de injeção de produtos químicos para o reservatório. Se necessário, a bomba de injeção de produtos químicos pode então fornecer um produto químico pelo conduíte e para o dispositivo de armazenamento compreendendo a água do sistema. Também pode haver múltiplas bombas de injeção de produtos químicos e cada bomba pode ter um conduíte que passa por ela para o dispositivo de armazenamento, ou cada dispositivo de armazenamento, se houver mais de um dispositivo de armazenamento compreendendo a água da produção. Cada bomba de injeção de produtos químicos diferente pode ter um produto químico diferente alojado nela, para que com base nas medições da amostra de água, um ou mais produtos químicos diferentes possam ser adicionados à água do sistema no dispositivo de armazenamento para modificar as suas propriedades. Em outros aspectos, as bombas de injeção de produtos químicos não precisam compreender conduítes para encaminhar o produto químico para o dispositivo de armazenamento, mas em vez disso, podem estar localizadas suficientemente perto do dispositivo de armazenamento para que possam simplesmente liberar os produtos químicos para o dispositivo de armazenamento de uma maneira similar a uma torneira de uma pia. Além disso, uma bomba de injeção de produtos químicos pode compreender um conduíte que conduz diretamente para um duto que transporta água no sistema aquoso. Em todos os aspectos, as bombas de injeção de produtos químicos descritas na presente invenção podem estar em comunicação com o controlador, conforme será descrito adiante em maiores detalhes.
[046]água para a unidade de monitoramento e de controle para análise e também pode ter um conduíte de retorno, que serve para retornar com a água analisada para o dispositivo de armazenamento ou para descarte.
[047]O sistema de monitoramento e de controle descrito provê métodos para gerar dados confiáveis em tempo real e on-line da água no sistema. Como mencionado anteriormente, a água pode ser armazenada em um dispositivo de armazenamento, tal como um reservatório, e uma amostra desta pode ser retirada do dispositivo de armazenamento, encaminhada por um conduíte e injetada no controlador na unidade de monitoramento e de controle, onde é analisada por uma pluralidade de sensores. Com base nos dados recebidos pelo controlador da pluralidade de sensores, ajustes químicos podem ser feitos para a água da produção.
[048]Por exemplo, quando o sistema de monitoramento e de controle compreende uma ou mais bombas de injeção de produtos químicos, estas bombas de injeção de produtos químicos podem estar em comunicação com o controlador de diversas maneiras, incluindo, como exemplos, por meio de qualquer combinação de conexão por cabo, uma conexão sem fio, eletronicamente, celularmente, por infravermelho, satélite, ou de acordo com quaisquer outros tipos de redes de comunica- ção, topologias, protocolos, padrões e muito mais. Por conseguinte, o controlador pode enviar sinais para as bombas para controlar suas taxas de alimentação de produtos químicos.
[049]Em um aspecto, o sistema de monitoramento e de controle é implantado para que a pluralidade de sensores provenha informações de feedback, feedforward ou preditivas contínuas ou intermitentes para o controlador, que pode retransmitir esta informação a um dispositivo de relé, como o Nalco Global Gateway, que pode transmitir a informação por meio de comunicações celulares para um dispositivo remoto, tal como um telefone celular, um computador ou qualquer outro dispositivo que pode receber comunicações celulares. Este dispositivo remoto pode interpretar as informações e enviar automaticamente um sinal (por exemplo, instruções eletrônicas) de volta, por meio do dispositivo de relé, para o controlador para fazer com que o controlador realize certos ajustes na saída das bombas. As informações também podem ser processadas internamente pelo controlador e o controlador pode automaticamente enviar sinais para as bombas, para ajustar a quantidade de injeção de produtos químicos. Com base na informação recebida pelo controlador da pluralidade de sensores ou do dispositivo remoto, o controlador pode transmitir sinais para as várias bombas para fazer ajustes automáticos em tempo real para a quantidade de produto químico que as bombas estão injetando no sistema aquoso.
[050]Alternativamente, um operador do dispositivo remoto que recebe comunicações celulares do controlador pode manipular manualmente as bombas por meio do dispositivo remoto. O operador pode comunicar instruções, por meio do dispositivo remoto, celularmente ou de outro modo, para o controlador e o controlador pode fazer ajustes para a taxa de adição de produtos químicos da bomba de injeção de produtos químicos. Por exemplo, o operador pode receber um sinal ou alarme do dispositivo remoto por meio de uma comunicação celular do controlador e enviar instruções ou um sinal de volta para o controlador usando o dispositivo remoto para ligar uma ou mais bombas de injeção de produtos químicos, desligar uma ou mais bombas de injeção de produtos químicos, aumentar ou diminuir a quantidade de produtos químicos a ser adicionada à água por meio de uma ou mais bombas de injeção, ou qualquer combinação do previamente exposto. O controlador e/ou o dispositivo remoto também é capaz de fazer quaisquer ajustes ou modificações mencionadas acima automaticamente sem que o operador envie ou insira de fato quaisquer instruções. Esta capacidade pode ser devida ao fato de que os programas e os parâmetros pré-estabelecidos podem ser inseridos no controlador ou dispositivo remoto para que o controlador ou dispositivo remoto possa determinar se uma propriedade medida está fora de uma faixa aceitável e com base na informação recebida pela pluralidade de sensores, o controlador ou dispositivo remoto pode fazer os ajustes apropriados para as bombas ou enviar um alerta apropriado porque foi programado para fazer isto.
[051]Em determinados aspectos, o controlador ou dispositivo remoto pode incluir um software apropriado para receber dados da pluralidade de sensores e determinar se os dados indicam que uma ou mais propriedades medidas da água estão dentro ou fora de uma faixa aceitável. O software também pode permitir que o controlador ou dispositivo remoto determine as ações apropriadas que devem ser tomadas para sanar a propriedade que está fora da faixa aceitável. Por exemplo, se a turbidez medida estiver acima da faixa aceitável, o software permitirá que o controlador ou dispositivo remoto tome uma decisão e tome uma medida corretiva, tal como alertar uma bomba para aumentar o fluxo de um ou mais dispersantes, descritos neste documento, para a água.
[052]O sistema de monitoramento e de controle e/ou o controlador descrito neste documento pode incorporar a lógica de programação para converter os sinais analisadores da pluralidade de sensores para a lógica de ajuste de bomba e, em determinadas modalidades, controlar uma ou mais pluralidades de bombas de inje- ção de produtos químicos com uma base única. Exemplos ilustrativos não limitativos dos tipos de bombas de injeção de produtos químicos que podem ser manipulados incluem as bombas de injeção de produtos químicos responsáveis pela injeção de dispersantes, azóis, metais de transição, metassilicatos de sódio, marcadores fluorescentes, sais de amônio quaternário, o-fosfato, oligômeros de succinato de fosfina, biocidas, inibidores de escala, redutores de fricção, ácidos, bases, sulfitos, seques- trantes de oxigênio e qualquer outro tipo de produtos químicos que possam vir a ser úteis. Exemplos particulares dos produtos químicos acima expostos foram providos ao longo desta descrição e outros exemplos não enumerados de forma específica neste documento destinam-se a ser abrangidos pela presente descrição.
[053]O controlador descrito na presente invenção pode administrar e interpretar as leituras da água dos sensores, tais como a concentração de biocida, fluorescência, teor de oxigênio dissolvido (DO), condutividade, sólidos totais dissolvidos (TDS), pH, oxidação / redução potencial (ORP), turbidez, corrosão, temperatura, fluxo, óleo em água e sólidos totais suspensos. Os sensores para todas essas propriedades podem ser incorporados na unidade de monitoramento e de controle ou os sensores para qualquer combinação dessas propriedades podem ser incorporados à unidade de monitoramento e de controle. Por exemplo, em determinados aspectos, a unidade de monitoramento e de controle pode incluir corrosão, turbidez, ORP, pH, e sensores de fluorescência.
[054]As leituras destes sensores podem ser enviadas para o e programadas pelo controlador que pode ser, por exemplo, um Controlador de Lógica de Programação (PLC), para possivelmente substituir ou modificar as taxas da bomba de injeção de produtos químicos.
[055]Em um aspecto, a descrição provê um método para monitoramento, controle e/ou otimização de uma ou mais propriedades da água no sistema aquoso. Uma propriedade, tal como uma ORP, pH, turbidez etc., da amostra de água é me- dida e/ou prevista, e é posteriormente abrangida em um sinal de entrada, tal como um sinal de entrada elétrico capaz de ser transmitido de um sensor para o controlador. Por sua vez, o controlador é operável para receber o sinal de entrada transmitido, converter o sinal recebido em um valor numérico de entrada, analisar o valor numérico de entrada, gerar um valor numérico de saída, converter o valor numérico de saída em um sinal de saída, tal como um sinal elétrico de saída e transmitir o sinal de saída para, por exemplo, o dispositivo de comunicação remoto ou para uma ou mais bombas de injeção de produtos químicos.
[056]Por exemplo, uma faixa de ORP, uma faixa de pH, uma faixa de turbi- dez ideal ou aceitável etc., para o valor numérico de entrada pode ser determinada e/ou pré-selecionada e se o valor numérico de entrada medido para a propriedade específica estiver fora da faixa ideal ou aceitável, o sinal de saída transmitido para a bomba de injeção de produtos químicos provoca uma alteração em um influxo de um produto químico no sistema aquoso. O produto químico é capaz de ajustar a propriedade associada ao parâmetro do sistema de uma forma a colocar o valor numérico de entrada dentro da faixa ideal ou aceitável. O processo acima pode ser executado inicialmente em uma amostra de água do dispositivo de armazenamento e, se ajustes precisarem ser feitos à água com base no valor numérico inicial, os ajustes podem ser feitos às várias bombas e, posteriormente, o processo pode ser realizado novamente para determinar se a propriedade da água foi colocada dentro da faixa ideal ou aceitável.
[057]O método é repetido de forma opcional por uma pluralidade de parâmetros de sistema diferentes, onde cada parâmetro de sistema diferente tem uma propriedade única associada, ou alternativamente, todos os parâmetros do sistema podem ser analisados concomitantemente pela pluralidade de sensores.
[058]Em determinados aspectos, como anteriormente mencionado, o software associado ao controlador ou dispositivo remoto pode incluir parâmetros aceitáveis para várias propriedades de água ou estes parâmetros aceitáveis podem ser programados no controlador ou dispositivo remoto, para que o controlador ou dispositivo remoto saiba se uma determinada propriedade medida está dentro ou fora da faixa aceitável. As faixas aceitáveis para vários parâmetros da presente descrição podem ser, por exemplo, pH de cerca de 4 a cerca de 9, turbidez medida como sólidos totais suspensos na faixa de cerca de 50 a cerca de 2000 PPM, e a faixa de ORP pode ser inferior ou igual a cerca de 600 mV. Esses parâmetros afetam direta ou indiretamente a corrosão e sua inibição. Para obter uma taxa de corrosão alvo, a dosagem do inibidor de corrosão é ajustada pelo controlador baseado na entrada do sensor. A dosagem é determinada com base na lógica predeterminada incorporada ao PLC.
[059]Em qualquer caso, o controlador e/ou o dispositivo remoto pode determinar se qualquer uma das propriedades medidas está fora de sua faixa aceitável e o controlador ou o dispositivo remoto pode fazer ajustes corretivos automáticos para colocar essa propriedade da água dentro da faixa aceitável. Por exemplo, se a turbi- dez medida for > cerca de 100 PPM como os sólidos totais suspensos, o controlador ou o dispositivo remoto pode enviar um sinal para uma bomba de injeção de produtos químicos para aumentar a taxa de alimentação de produtos químicos de um ou mais dispersantes descritos na presente invenção. Como um exemplo ilustrativo adicional, se a ORP medida da água for superior a cerca de 200 mV, o controlador ou dispositivo remoto pode enviar um sinal para uma bomba de injeção de produtos químicos (ou múltiplas bombas de injeção de produtos químicos) para aumentar a taxa de fluxo de um ou mais azóis, dos metais de transição ou metassilicatos de sódio descritos na presente invenção para controlar a taxa de corrosão dentro da faixa desejada. Em outro exemplo ilustrativo, os sinais de monitoramento de corrosão acima da faixa aceitável de cerca de 3 a cerca de 5 MPY farão com que o controlador ou o dispositivo remoto envie um sinal para uma bomba de injeção de produtos químicos para aumentar a taxa de alimentação de produtos químicos de um ou mais dos inibidores de corrosão descritos na presente invenção, tais como um ou mais azóis, opcionalmente, um ou mais metais de transição e, opcionalmente, um metas- silicato de sódio.
[060]Além disso, o fluorescente pode ser usado neste sistema para ou controlar a alimentação do produto com maior precisão ou manter um determinado resíduo do polímero para manter certo produto residual para definir o desempenho baseado no PLC.
[061]Como observado neste documento, a unidade de monitoramento e de controle compreende uma pluralidade de sensores operáveis para detectar e/ou prever uma propriedade associada ao parâmetro de água ou do sistema e converter a propriedade em um sinal de entrada, por exemplo, um sinal elétrico capaz de ser transmitido para o controlador. Um transmissor associado a cada sensor transmite o sinal de entrada para o controlador. O controlador é operável para receber o sinal de entrada transmitido, converter o sinal de entrada recebido em um valor numérico de entrada, analisar o valor numérico de entrada para determinar se o valor numérico de entrada está dentro da faixa aceitável ou ideal, gerar um valor numérico de saída, converter o valor numérico de saída em um sinal de saída e transmitir o sinal de saída de um receptor, tal como uma bomba incorporando tais capacidades do receptor ou um dispositivo remoto, como um computador ou telefone celular incorporando as capacidades do receptor. O receptor recebe o sinal de saída e também alertas um operador para fazer ajustes nas taxas de fluxo das bombas, ou o receptor pode ser operável para fazer uma alteração em uma taxa de fluxo das bombas automaticamente, se o valor numérico de saída não estiver dentro da faixa aceitável para essa propriedade.
[062]Um programa de controle de água da produção pode incluir componentes como a neutralização de produtos químicos, biocidas, inibidores de corrosão, ácidos, bases, inibidores de escala, sequestrantes de oxigênio, redutores de fricção, dispersantes, azóis, metais de transição etc. Tais produtos químicos foram tradicionalmente injetados na água da produção com base nas medições derivadas de amostras instantâneas da água da produção que foram analisadas em um laboratório. No entanto, esses tipos de medições podem levar a sobredosagem ou subdosa- gem de determinados produtos químicos para a água, porque uma quantidade de tempo significativa pode passar entre coletar a amostra inicial, levar a amostra para o laboratório para análise e retornar para o campo para tratar a água. Durante este período de tempo, a química da água no dispositivo de armazenamento pode ser mudada, seja intencionalmente ou naturalmente, e assim, a água testada no laboratório não será indicativa da água no campo. Para superar esses problemas, a presente descrição provê um método automatizado, móvel, on-line e em tempo real para o monitoramento da água e o controle de suas propriedades por injeção de produtos químicos, sem a necessidade de medir a qualidade da água em um laboratório ou outra instalação de teste envolvendo as técnicas de amostragem instantânea.
[063]A transmissão dos dados dos sinais ou parâmetros medidos para as bombas de produtos químicos, alarmes, dispositivos de monitoramento remotos, tais como computadores ou telefones celulares ou outros componentes do sistema é realizada usando qualquer dispositivo adequado e por meio de qualquer número de redes com fio e/ou sem fio, incluindo como exemplos, WiFi, WiMAX, Ethernet, cabo, linha de subscritor digital, Bluetooth, tecnologias celulares (por exemplo, 2G, 3G, Sistema de Telecomunicações Móveis Universal (UMTS), GSM, Evolução de Longo Prazo (Long Term Evolution - LTE), ou outras) etc. O Nalco Global Gateway é um exemplo de um dispositivo adequado. Qualquer (quaisquer) padrão(ões) de interface adequado(s), tais como uma interface Ethernet, interface sem fio (por exemplo, IEEE 802.11a/b/g/x, 802.16, Bluetooth, óptica, infravermelha, radiofrequência etc.), barra- mento serial universal (USB), rede telefônica, similares, e combinações de tais inter- faces/conexões podem ser usadas. Como usado aqui, o termo “rede” abrange todos esses métodos de transmissão de dados. Qualquer um dos dispositivos descritos (por exemplo, sistemas de arquivamento, estações de análise de dados, dispositivos de captura de dados, dispositivos de processo, dispositivos de monitoramento remoto, bombas de injeção de produtos químicos etc.) pode ser conectado um ao outro usando a conexão ou interface descrita acima ou outra adequada.
[064]Em uma modalidade, as informações de parâmetro do sistema são recebidas do sistema e arquivadas. Em outra modalidade, as informações de parâmetro do sistema são processadas de acordo com um cronograma ou agenda. Em outra modalidade, as informações de parâmetro do sistema são imediatamente processadas em tempo real ou substancialmente em tempo real. Tal recepção em tempo real pode incluir, por exemplo, “transmissão de dados” em uma rede de computador.
[065]Em determinadas modalidades, múltiplos parâmetros de água ou do sistema, ou outros constituintes presentes na água, podem ser medidos e/ou analisados. Os constituintes ou parâmetros representativos medidos incluem íon cloreto, ácidos fortes ou fracos, tais como sulfúrico, sulfuroso, tiossulfuroso, dióxido de carbono, sulfeto de hidrogênio e ácidos orgânicos, amônia, aminas diversas e depósitos de líquidos ou sólidos. Vários métodos de medição de tais parâmetros são contemplados e a presente descrição não está limitada a qualquer método específico. Os métodos representativos incluem, entre outros, aqueles descritos nas Patentes Norte-Americanas N° 5.326.482, intitulada “Controle de Alimentação do Neutralizador e Monitor de Ácido Online de Água de Resíduo nas Refinarias de Petróleo”; 5.324.665, intitulada “Método Online para o Monitoramento dos Níveis de Cloreto em um Fluxo de Fluido”; 5.302.253 intitulada “Controle de Alimentação do Neutralizador e Monitor de Ácido Online de Água de Resíduo nas Refinarias de Petróleo” cada uma das quais é incorporada neste documento por referência em sua totalidade.
[066]Os produtos químicos a serem adicionados ao sistema e/ou água, tais como os ácidos, bases, biocidas, inibidores de escala, azóis, metais de transição, dispersantes etc., podem ser inseridos no sistema ou água usando qualquer tipo adequado de bomba de injeção de produto químico. Mais comumente, as bombas de injeção de deslocamento positivo são usadas e são alimentadas ou eletricamente ou pneumaticamente. As bombas de injeção de fluxo contínuo também podem ser usadas para garantir que os produtos químicos especiais sejam injetados de forma adequada e precisa no fluxo de processo de movimentação rápida. Embora qualquer bomba ou sistema de distribuição adequado possa ser usado, bombas exemplares e métodos de bombeamento incluem aqueles descritos nas Patentes Norte- Americanas N° 5.066.199, intitulada “Método para Injeção de Produtos Químicos de Tratamento Usando um Aparelho de Bombeamento de Deslocamento Positivo de Fluxo Constante” e 5.195.879, intitulada “Método Melhorado para Injeção de Produtos Químicos de Tratamento Usando um Aparelho de Bombeamento de Deslocamento Positivo de Fluxo Constante”, cada uma incorporada aqui por referência em sua totalidade.
[067]Os produtos químicos a serem adicionados à água podem ser adicionados à água em qualquer local dentro do sistema aquoso. Por exemplo, os produtos químicos podem ser adicionados ao dispositivo de armazenamento de água ou ao duto de transporte de água por meio do sistema.
[068]Deve ser apreciado que uma faixa ideal ou aceitável para um parâmetro ou propriedade particular deve ser determinada para cada sistema individual. A faixa ótima para um sistema pode variar consideravelmente da de outro sistema. Está dentro do conceito da presente descrição abranger quaisquer faixas ideais ou aceitáveis possíveis para as propriedades ou parâmetros do sistema contemplado.
[069]Em algumas modalidades, as alterações nas bombas de injeção de produtos químicos estão limitadas à frequência. Em alguns aspectos, os limites de ajuste são definidos a um máximo de 1 por 15 min e os ajustes sequenciais na mesma direção não podem exceder 8, por exemplo. Em algumas modalidades, após 8 ajustes totais ou uma alteração de 50% ou 100%, a bomba pode ser suspensa por um período de tempo (por exemplo, 2 ou 4 horas) e o alarme pode ser acionado. Se tal situação for encontrada, é vantajoso acionar um alarme para alertar o operador. Outros limites, tais como a saída da bomba máxima também pode se implantada. Deve ser apreciado que está dentro do escopo da invenção fazer qualquer número de ajustes em qualquer direção sem limitação. Tais limites são aplicados conforme determinado pelo operador ou conforme pré-estabelecido dentro do controlador.
[070]De acordo com um aspecto da presente descrição, um método automático on-line de monitoramento e de controle de uma ou mais propriedades de água é provido. Uma ou mais propriedades significa que o método pode controlar ou monitorar uma propriedade de água, duas propriedades ou a água, três, quatro, cinco, seis propriedades de água da produção etc. Como mencionado anteriormente, as propriedades podem ser pH, ORP, fluorescência, turbidez etc.
[071]O método pode compreender a etapa de (a) prestação de um dispositivo de armazenamento para a água. Em determinados aspectos, mais de um dispositivo de armazenamento pode ser provido, tal como dois dispositivos de armazenamento ou três dispositivos de armazenamento. Por exemplo, os dispositivos de armazenamento podem ser um reservatório ou um duto.
[072]O método também pode compreender a etapa de (b) inserção de água no dispositivo de armazenamento (ou dispositivos de armazenamento). Além disso, o método inclui a etapa de (c) prestação de uma unidade de monitoramento e de controle compreendendo um controlador e uma pluralidade de sensores em comunicação com o controlador, em que cada pluralidade de sensores é operável para medir uma propriedade de água. Por exemplo, em um aspecto, a unidade pode compreender cinco sensores, por exemplo, um monitor / sensor de corrosão, sensor de turbidez, sensor de ORP, sensor de pH e sensor de fluorescência.
[073]O método pode incluir ainda a etapa de (d) prestação de uma ou mais bombas que estão em comunicação com o controlador, em que uma ou mais bombas podem compreender uma ou mais bombas de injeção de produtos químicos. Por exemplo, uma bomba de injeção de produtos químicos pode ser provida desde que seja operável para injetar um ou mais dispersantes na água, uma bomba de injeção de produtos químicos pode ser provida desde que seja operável para injetar um ou mais azóis na água, uma bomba de injeção de produtos químicos pode ser provida desde que seja operável para injetar um ou mais metais de transição na água, uma bomba de injeção de produtos químicos pode ser provida desde que seja operável para injetar um marcador fluorescente na água, e/ou uma bomba de injeção de produtos químicos pode ser provida desde que seja operável para injetar um metassili- cato de sódio na água. Além disso, uma bomba de injeção de produtos químicos pode compreender qualquer combinação dos produtos químicos acima mencionados. Assim, em um aspecto, uma bomba de injeção de produtos químicos pode compreender, e assim injetar na água, uma mistura de um ou mais dispersantes, um ou mais azóis e um ou mais metais de transição, tais como zinco.
[074]O método também pode compreender a etapa de (e) inserção de uma faixa aceitável para uma ou mais das propriedades de água a serem medidas no controlador.
[075]O método também pode compreender a etapa de (f), prestação de um conduíte de distribuição tendo uma primeira extremidade em comunicação fluida com o dispositivo de armazenamento de água (tal como submerso em um reservatório ou conectado a uma parede de um duto) e uma segunda extremidade conectada a uma entrada da unidade de monitoramento e de controle.
[076]O método também pode incluir a etapa de (g) bombeamento de uma amostra de água do(s)
[077]dispositivo(s) de armazenamento na unidade de monitoramento e de controle e (h) medição de uma ou mais propriedades da amostra de água com a plu- ralidade de sensores.
[078]Ademais, o método pode compreender a etapa de (i) determinação se uma ou mais propriedades medidas da amostra de água está dentro da faixa aceitável inserida no controlador na etapa (e). Esta etapa de determinação pode ser realizada automaticamente pelo controlador e nesta etapa, o valor medido para cada propriedade medida é comparado à faixa aceitável inserida para tal propriedade específica.
[079]O método também pode compreender a etapa (j) em que uma composição substancialmente livre de fósforo é adicionada à água por uma bomba de injeção de produtos químicos. Em um aspecto, a composição substancialmente livre de fósforo compreende um ou mais dispersantes. Em outro aspecto, a composição substancialmente livre de fósforo compreende um ou mais azóis. Em ainda outro aspecto, a composição substancialmente livre de fósforo compreende um ou mais azóis e um ou mais metais de transição. Em ainda outro aspecto, a composição substancialmente livre de fósforo compreende um ou mais azóis, um ou mais metais de transição e um ou mais dispersantes. Em qualquer um destes aspectos, a com-posição é substancialmente livre de fósforo ou exclui completamente o fósforo.
[080]O método também pode compreender a etapa (k) na qual se uma ou mais das propriedades medidas está fora da faixa aceitável associada com aquela propriedade inserida na etapa (e), causando uma alteração em um influxo de um produto químico na água de uma ou mais bombas de injeção de produtos químicos, o produto químico sendo capaz de ajustar a propriedade medida associada com a água de forma a colocar a propriedade medida dentro da faixa aceitável. Por exemplo, se a propriedade de pH medida for superior a 9, então uma bomba de injeção de produtos químicos pode ser sinalizada e deixada injetar um ácido na água da produção, para colocar o pH na faixa aceitável de cerca de 6 a cerca de 9. Como um exemplo adicional, se a propriedade de turbidez medida for maior que o limite supe rior da faixa aceitável, então uma bomba de injeção de produtos químicos pode ser sinalizada e deixada injetar um dispersante na água para diminuir a turbidez.
[081]O método também pode incluir a etapa (l) na qual as etapas (a) a (k) são opcionalmente repetidas para determinar se uma ou mais das propriedades foram colocadas dentro da faixa aceitável inserida na etapa (e). Se cada propriedade medida tiver sido colocada dentro da faixa aceitável para tal propriedade medida depois de quaisquer etapas (i), (j), (k), ou (l), então a água é adequada para esta finalidade pretendida e pode ser usada no sistema, tal como para injeção dentro de um trocador de calor. No entanto, se uma ou mais propriedades medidas estiverem substancialmente fora das faixas aceitáveis inseridas para estas propriedades, e caso precisem de uma quantidade maior de tempo e de recursos para colocar uma ou mais propriedades dentro da faixa aceitável para aquela propriedade, então tal corpo hídrico pode simplesmente ser desviado para descarte.
[082]Todas as composições, sistemas e métodos descritos e reivindicados neste documento podem ser realizados e executados sem experimentação indevida, levando em consideração a presente descrição. Enquanto esta invenção puder ser realizada de muitas formas diferentes, as modalidades específicas preferidas da invenção estarão descritas em detalhes neste documento. A presente descrição é uma exemplificação dos princípios da invenção e não se destina a limitar a invenção às modalidades particulares ilustradas. Além disso, a menos que expressamente indicado do contrário, o uso do termo “um(a)” destina-se a incluir “pelo menos um(a)” ou “um(a) ou mais”. Por exemplo, “um dispositivo” destina-se a incluir “pelo menos um dispositivo” ou “um ou mais dispositivos”.
[083]Quaisquer faixas informadas ou em termos absolutos ou em termos aproximados destinam-se a abranger ambos os termos, e quaisquer definições usadas neste documento destinam-se a esclarecer e não limitar. Não obstante ao fato de que as faixas numéricas e os parâmetros estabelecendo o amplo escopo da in- venção sejam aproximações, os valores numéricos estabelecidos nos exemplos específicos estão relatados o mais precisamente possível. Qualquer valor numérico, no entanto, contém de forma inerente alguns erros resultantes, necessariamente, do desvio padrão encontrados nas respectivas medições de teste. Além disso, todas as faixas descritas neste documento devem ser entendidas como abrangendo todas e quaisquer subfaixas (incluindo todos os valores fracionários e inteiros) subsomadas nelas.
[084]Além disso, a invenção abrange todas e quaisquer combinações possíveis das várias modalidades descritas aqui. Também deve ser entendido, que várias alterações e modificações às modalidades atualmente preferidas descritas neste documento serão aparentes aos versados na técnica. Tais alterações e modificações podem ser feitas sem se distanciar do espírito e do escopo da invenção e sem diminuir suas vantagens pretendidas. Pretende-se, portanto, que tais alterações e modificações sejam abrangidas pelas reivindicações em anexo.
[085]Os sistemas, dispositivos, e lógicas descritas acima, tais como o controlador, podem ser implantados de muitas formas diferentes em muitas combinações diferentes de hardware, software, ou ambos hardware e software. Por exemplo, todo ou parte do sistema pode incluir circuitos em um controlador, um microprocessador ou um circuito integrado de aplicação específica (ASIC), ou pode ser implantado com componentes ou lógica discreto, ou uma combinação de outros tipos de circuitos digitais ou analógicos combinados em um circuito integrado único ou distribuído entre múltiplos circuitos integrados. Toda ou parte da lógica descrita acima pode ser implantada como instruções para execução por um processador, controlador ou outro dispositivo de processamento e pode ser armazenada em um meio tangível ou não transitório legível por máquina ou por computador, tal como memória flash, memória de acesso aleatório (RAM) ou memória somente de leitura (ROM), memória programável apagável somente de leitura (EPROM) ou outro meio legível por má- quina, tal como um disco compacto de memória somente de leitura (CDROM), ou disco magnético ou óptico. Assim, um produto, tal como um produto de programa de computador, pode incluir um meio de armazenamento e instruções legíveis por computador armazenadas no meio, que quando executadas na base de referência, sistema de computador ou outro dispositivo, faz com que o dispositivo execute as operações de acordo com qualquer uma da descrição acima.
[086]A capacidade de processamento do controlador pode ser distribuída entre os múltiplos componentes do sistema, tais como entre múltiplos processadores e memórias incluindo, opcionalmente, múltiplos sistemas de processamento distribuídos. Os parâmetros, bancos de dados e outras estruturas de dados podem ser armazenados e gerenciados separadamente, podem ser incorporados em uma memória ou banco de dados único, podem ser organizados lógica e fisicamente de muitas maneiras diferentes e podem ser implantados de várias maneiras, incluindo as estruturas de dados como listas ligadas, tabelas de dispersão ou mecanismos de armazenamento implícitos. Os programas podem compor (por exemplo, sub-rotinas) um único programa, programas separados, distribuídos em diversas memórias e pro-cessadores, ou implantados de muitas maneiras diferentes, como em uma biblioteca, tal como uma biblioteca compartilhada (por exemplo, uma biblioteca de vínculo dinâmico (DLL)). A DLL, por exemplo, pode armazenar o código que executa qualquer processamento do sistema descrito acima.
EXEMPLOS
[087]Um método comum de medição das taxas de corrosão é expor uma peça do material cuidadosamente medida, ou um cupom de teste, ao ambiente corrosivo por um período de tempo conhecido, retirar o cupom do ambiente, limpá-lo e pesá-lo novamente. A massa de perda de metal pode, assim, ser determinada.
[088]Nos exemplos presentes, o inventor desenvolveu um sistema incluindo um recipiente de vidro que armazenou 10 litros de água. O recipiente foi equipado com um aquecedor aquecido termostaticamente e uma bomba de recirculação. Nove litros de água de um reservatório de rejeitos foram adicionados ao recipiente de vidro. Dois cupons de corrosão de aço de carbono pré-pesados foram suspensos no recipiente de vidro, submerso em água. O termostato foi ajustado à temperatura desejada, que era de cerca de 25 e cerca de 80 °C. O teste foi executado por 14 dias e durante esse tempo, o volume de água no recipiente foi mantido adicionando água destilada para compensar qualquer evaporação, especialmente em temperaturas mais altas.
[089]O procedimento descrito incluiu múltiplos vasos de vidro. Um dos recipientes não continha o inibidor de corrosão, enquanto os outros recipientes foram dosados com diferentes inibidores ou composições de tratamento de água, conforme descrito na presente descrição, em diferentes dosagens.
[090]As composições de tratamento de água inseridas em cada recipiente, bem como suas quantidades, estão listadas de forma específica na Tabela 1 onde:
[091]Dispersante 1 = uma composição que é uma mistura de 18% de disper- sante de ácido polimaleico e 12% de dispersante de copolímero de ácido acrílico e AMPS;
[092]Azol 1 = toliltriazol com 42,8% de azóis como o sal de sódio;
[093]Dispersante 2 = um dispersante de copolímero de ácido acrílico e hi- droxipoliletóxi (10) alil éter; e
[094]Azol 2 = uma mistura de butilbenzotriazol e toliltriazol.
[095]No final dos 14 dias, os cupons de teste foram retirados, limpos e secos a um peso constante. Os pesos dos cupons foram registrados para determinar a taxa de corrosão e a eficácia dos inibidores de corrosão / composições de tratamento de água. Os dados destas experiências podem ser vistos na Tabela 1 a seguir:
Figure img0001
Figure img0002
[096]Cada número de célula listada na Tabela 1 representa um recipiente de vidro diferente. No total havia 16 recipientes de vidro, cada um tinha um cupom de teste suspenso nele e cada um tinha uma combinação de tratamento de produtos químicos diferente, exceto pelo número de célula 1, que não tinha inibidor ou produto químico de tratamento algum adicionado. Como pode ser observado, as composições de tratamento de água descritas na presente invenção proveram proteção contra corrosão excelente.
[097]Com relação ao número de célula 6, esta célula incluiu 20 ppm de Azol 1 como uma composição de tratamento de água. Esta composição de tratamento de água proveu uma taxa de corrosão de 8,17 MPY e proveu proteção contra corrosão de 70%. Compare os resultados do número de célula 6 com os resultados do número de célula 10. O número de célula 10 incluiu uma composição de tratamento de água que compreende 4 ppm de zinco, 4 ppm de uma mistura de Dispersante 1 e 4 ppm de Azol 1. Esta composição de tratamento de água proveu uma taxa de corrosão de 10,2 MPY e proveu proteção contra corrosão de 63%. Embora estes resultados tenham sido um pouco mais inferiores que os resultados obtidos no número de célula 6, uma quantidade menos significativa de Azol 1 foi usada (isto é, 20 ppm na célula 6 e 4 ppm na célula 10). A partir destes dados, bem como dos dados coletados das células remanescentes, foi descoberto de forma inesperada que há um efeito sinérgico entre os azóis e o zinco. Assim, se o zinco for incluído, ou qualquer outro metal de transição, na composição de tratamento de água, muito menos azol será necessário para produzir os resultados similares, que poderiam ser obtidos com uma grande quantidade (por exemplo, 20 ppm) de azol.
[098]Para testar a eficiência de mitigação de incrustação das composições de tratamento de água descritas na presente invenção, foram seguidos os procedimentos a seguir. Uma tecnologia de microbalança usando um cristal de quartzo foi usada para determinar a eficiência das composições de tratamento de água para mitigação de incrustação. Esta técnica foi usada tanto em consonância com a medição da incrustação online quanto em um processo de batelada. Um litro de água do reservatório de rejeito foi adicionado a um contêiner que foi aquecido por uma placa quente que foi controlada termostaticamente a uma temperatura desejada. A água também foi agitada usando um agitador magnético. Em um experimento, 3 ppm do Dispersante 1 foi adicionado à água. Em um experimento de controle, nenhum dis- persante foi adicionado à água. A sonda de microbalança estava imersa na água da superfície. A microbalança registrou a frequência de vibração que foi calibrada para converter a frequência de vibração do cristal de quartzo em ganho de peso sobre o cristal de quartzo. Quanto maior for o ganho de peso, maior será a incrustação. Os resultados estão mostrados na Figura 1.
[099]Como pode ser visto, após um período de cerca de 2 horas, o ganho de peso para o ensaio realizado com 3 ppm do Dispersante 1 permaneceu quase constante e foi significativamente menor do que o peso ganho no período do ensaio realizado sem 3 ppm do Dispersante 1.
[0100]Todas as composições e métodos descritos e reivindicados neste documento podem ser realizados e executados sem experimentação indevida, levando em consideração a presente descrição. Enquanto esta invenção puder ser realizada de muitas formas diferentes, as modalidades específicas preferidas da invenção estarão descritas em detalhes neste documento. A presente descrição é uma exemplificação dos princípios da invenção e não se destina a limitar a invenção às modalidades particulares ilustradas. Além disso, a menos que expressamente indicado do contrário, o uso do termo “um(a)” destina-se a incluir “pelo menos um(a)” ou “um(a) ou mais”. Por exemplo, “um dispositivo” destina-se a incluir “pelo menos um dispositivo” ou “um ou mais dispositivos”.
[0101]Quaisquer faixas informadas ou em termos absolutos ou em termos aproximados destinam-se a abranger ambos os termos, e quaisquer definições usadas neste documento destinam-se a esclarecer e não limitar. Não obstante ao fato de que as faixas numéricas e os parâmetros estabelecendo o amplo escopo da invenção sejam aproximações, os valores numéricos estabelecidos nos exemplos es- pecíficos estão relatados o mais precisamente possível. Qualquer valor numérico, no entanto, contém de forma inerente alguns erros resultantes, necessariamente, do desvio padrão encontrados nas respectivas medições de teste. Além disso, todas as faixas descritas neste documento devem ser entendidas como abrangendo todas e quaisquer subfaixas (incluindo todos os valores fracionários e inteiros) subsomadas nelas.
[0102]Além disso, a invenção abrange todas e quaisquer combinações possíveis das várias modalidades descritas aqui. Também deve ser entendido, que várias alterações e modificações às modalidades atualmente preferidas descritas neste documento serão aparentes aos versados na técnica. Tais alterações e modificações podem ser feitas sem se distanciar do espírito e do escopo da invenção e sem diminuir suas vantagens pretendidas. Pretende-se, portanto, que tais alterações e modificações sejam abrangidas pelas reivindicações em anexo.

Claims (9)

1. Composição de tratamento de água CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: de 2 ppm a 50 ppm de um ou mais compostos de azol, de 1 ppm a 5 ppm de um ou mais metais de transição, e de 2 ppm a 50 ppm de um ou mais dispersantes, em que a dita composição de tratamento de água não compreende fósforo, em que o dito um ou mais dispersantes compreende uma mistura de ácido polimaleico e um copolímero compreendendo ácido acrílico e ácido 2-acrilamido-2- metilpropanossulfônico, o dito um ou mais metais de transição compreende zinco, e o dito um ou mais compostos de azol compreende uma mistura de butilbenzotriazol e toliltriazol.
2. Composição de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que os ditos um ou mais dispersantes estão presentes em uma quantidade que varia de 3 ppm a 10 ppm.
3. Composição de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que os ditos um ou mais compostos de azol estão presentes em uma quantidade que varia de 3 ppm a 20 ppm.
4. Composição de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que os ditos um ou mais metais de transição estão presentes em uma quantidade que varia de 2 ppm a 4 ppm.
5. Composição de tratamento de água, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o dito um ou mais dispersantes compreende um copolímero que compreende ácido acrílico e ácido 2-acrilamido-2- metilpropanossulfônico em uma quantidade de 3 ppm, o dito um ou mais metais de transição compreende zinco em uma quantidade que varia de 2 ppm a 4 ppm, e o dito um ou mais compostos de azol compreende toliltriazol em uma quantidade de 4 ppm.
6. Método para mitigação de corrosão ou incrustação de uma superfície em um sistema aquoso CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: (a) fornecer um invólucro tendo pelo menos uma superfície de metal; (b) introduzir um meio aquoso no invólucro tendo pelo menos uma superfície de metal; e (c) injetar uma composição de tratamento de água como definida na reivindicação 1, (d) em que o método é um método automatizado on-line que compreende uma unidade de monitoramento e controle e uma ou mais bombas de injeção de produtos químicos.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que antes da etapa (a), o dito método compreende ainda a etapa de pré-tratamento da pelo menos uma superfície de metal com uma composição de tratamento de água que compreende uma quantidade eficaz de um ou mais compostos de azol, uma quantidade eficaz de um ou mais metais de transição, e uma quantidade eficaz de um ou mais dispersantes, em que a dita composição de tratamento de água não compreende fósforo.
8. Método, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita pelo menos uma superfície de metal compreende cobre ou uma liga de cobre.
9. Método, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a quantidade de um ou mais compostos de azol é de 2 ppm a 20 ppm, a quantidade de um ou mais metais de transição é de 2 ppm a 4 ppm, e a quantidade de um ou mais dispersantes é de 2 ppm a 20 ppm.
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