Muitas fábricas de produtos químicos e especialmente refinarias utilizam armadilhas de óleo desenvolvidas pelo American Petroleum Institute (API) para a primeira, e talvez a mais importante, etapa do tratamento de águas residuais. Operando com base na decantação por gravidade, esses separadores removem grandes quantidades de óleo e sólidos em suspensão das águas residuais de produção antes do seu tratamento subsequente, que na maioria dos casos envolve uma segunda etapa de separação água-óleo e alguma forma de tratamento avançado (geralmente biológico) para eliminar compostos orgânicos dissolvidos. Uma boa compreensão do design, dos princípios operacionais e das opções de mercado para essas instalações pode ajudar as empresas a maximizar o seu valor.
A armadilha de óleo API funciona segundo o princípio da lei de Stokes. A tecnologia que permite que a fração petrolífera suba à superfície da instalação baseia-se na diferença entre o peso relativo do petróleo e o das águas residuais. Esta diferença é geralmente muito menor do que a diferença entre o total de sólidos suspensos e água, de modo que estas partículas também se depositam na armadilha de óleo.
Design e recursos
Um poço de petróleo API típico é um reservatório estreito e raso de grande comprimento. Entre as suas características mais importantes está o facto de a relação comprimento/largura mínima ser de 5:1, o que garante que as condições de funcionamento permitem que o fluxo se mova a uma velocidade constante em qualquer ponto da secção transversal da instalação. A relação profundidade/largura mínima é de 0,3:0,5 para garantir a profundidade adequada do coletor de óleo. O cumprimento desta condição minimiza o tempo necessário para que as partículas de óleo subam à superfície. O comprimento máximo do canal é de 6 m e a profundidade máxima é de 2,5 m.
A velocidade horizontal não é superior a 0,9 m/s para minimizar a turbulência do fluxo e problemas relacionados na separação das frações de óleo e água. Recomenda-se a instalação de elementos guia para distribuir o fluxo ao longo da largura e profundidade do coletor de óleo. Esses elementos ajudam a limitar o efeito das altas velocidades de entrada de águas residuais e a redução da eficiência de remoção da fração de óleo associada.
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Os coletores de óleo API podem remover partículas de óleo com 150 mícrons de diâmetro ou maiores. A menos que a instalação seja dimensionada para compensar a remoção de gotículas de óleo menores, partículas abaixo de 150 mícrons de diâmetro deixarão o coletor de óleo com o efluente e deverão ser removidas nas etapas subsequentes de tratamento.
Para garantir um tratamento eficiente e amigo do ambiente com a mínima intervenção do operador, podem ser aplicadas diversas soluções construtivas. Uma delas é a instalação de um sistema de raspagem no tanque para remoção das partículas sólidas sedimentadas e da fração flutuante de óleo. Isso evitará a formação de depósitos na embarcação, o que leva à diminuição da capacidade do coletor de óleo. Também é necessário incluir um sistema de bombeamento de lodo que funcione em determinados intervalos ou continuamente. O separador também requer um sistema para distribuir o fluxo de águas residuais de entrada, bem como fechar hermeticamente as tampas para limitar as emissões de compostos orgânicos voláteis e vapores. Especificar e projetar um coletor de óleo API eficaz requer mais do que cálculos dimensionais – o equipamento auxiliar também deve ser projetado adequadamente.
Sistemas de bombeamento
Muitos dos novos coletores de óleo da API estão alojados em tanques de aço acima do solo, facilitando a manutenção e a inspeção. Com este tipo de tanque, as águas residuais não podem ser alimentadas por gravidade ao separador, mas devem ser bombeadas. No entanto, isto pode levar à ruptura e emulsificação das gotículas de óleo, o que não só dificulta a sua remoção, mas também reduz a eficiência das etapas subsequentes de purificação.
Portanto, é aconselhável especificar uma bomba que produza baixo cisalhamento e baixa turbulência. Uma bomba de parafuso de Arquimedes é extremamente adequada para esta finalidade. Bombas centrífugas de baixo cisalhamento também são usadas, mas não são tão eficazes em limitar a ruptura de gotas de óleo.
Remoção de lama
A causa mais comum de coletores de óleo API de baixo desempenho é a remoção ineficaz de lodo. Por esta razão, os sistemas de bombeamento e remoção são talvez o equipamento auxiliar mais importante. Vários fatores devem ser considerados ao especificar esses sistemas. A lama formada no coletor de óleo é pesada, viscosa e pegajosa. Para evitar o entupimento das aberturas de saída, é essencial fluidificar o lodo utilizando, por exemplo, bicos de água ou vapor.
O lodo oleoso também adere às linhas de drenagem, necessitando de limpeza e lavagem para evitar entupimento. A seleção de uma bomba de lodo é crítica. As bombas centrífugas convencionais normalmente têm dificuldade em mover sólidos densos do fundo dos poços de petróleo API. Bombas de diafragma de deslocamento positivo são aceitáveis para esta finalidade.
Quando possível, as bombas de lodo devem estar localizadas no mesmo nível dos coletores para minimizar o entupimento da linha de sucção. Devido à natureza viscosa do lodo, não é aconselhável colocar as bombas para sua remoção acima da superfície da água do separador.
Sistemas coletores
O sistema de raspagem dos coletores de óleo captura a fração flutuante de óleo e as partículas sólidas depositadas. Se estes componentes não forem removidos e se acumularem, o volume efetivo da instalação diminui. Isto também tem um impacto negativo na eficiência da separação, o que levará ao aumento das concentrações de óleo e sólidos no fluxo de água efluente.
Tradicionalmente, correntes metálicas feitas de ferro fundido, ferro fundido ou aço inoxidável são utilizadas para esses sistemas. O peso dessas correntes metálicas pode ser uma desvantagem durante a instalação. As características dos componentes de ferro fundido e aço podem deteriorar-se com o tempo devido às águas residuais um tanto corrosivas, o que pode levar à necessidade de substituição periódica. Embora não sejam tão suscetíveis à corrosão, os componentes de aço inoxidável são significativamente mais caros.
O uso de componentes de corrente não metálicos em sistemas coletores é uma relativa novidade na área. Para este efeito, são utilizados vários tipos de elementos e a sua eficácia depende principalmente da sua composição material.
Controle de emissões
Em muitas refinarias e plantas petroquímicas, é necessário cobrir os coletores de óleo API com tampas flutuantes ou fixas que retenham os compostos orgânicos voláteis. Os telhados flutuantes são colocados diretamente na superfície líquida do separador e os telhados fixos – acima dele. As coberturas fixas são mais frequentemente aplicadas em novas instalações, enquanto as coberturas flutuantes são utilizadas nas instalações existentes que devem garantir o cumprimento dos requisitos ambientais.
Ao selecionar o tipo de telhado mais apropriado, deve-se levar em consideração o impacto potencial na eficiência do sistema de rastelo, na facilidade de acesso para manutenção dos componentes do coletor, na operação segura, nos custos de capital e operacionais e na conformidade regulatória. Às vezes, os telhados flutuantes podem interferir nos raspadores que se estendem acima da superfície da água na extremidade de saída do skimmer. Nestes casos, deverá ser utilizado um telhado fixo nesta parte da instalação.
Os telhados também impedem a determinação dos níveis de óleo e a necessidade de raspagem. Esta desvantagem leva a uma frequência insuficiente ou excessiva de remoção de óleo. Foram feitas tentativas de colocar janelas nos telhados, mas com o tempo elas geralmente ficam contaminadas com óleo e água condensada, tornando-as inúteis. Uma solução mais eficaz para o problema é instalar sondas eletrônicas no telhado que monitorem as concentrações de óleo em diferentes profundidades do coletor de óleo.
