Instrumentation, Electrical Drive Specification and Software Concept for an Electro-Hydrostatic Subsea Valve Actuator

Abstract

A Bosch Rexroth AG é uma companhia de engenharia especializada em acionamento e controle de todo porte, para aplicações industriais e móveis. Atualmente ela é a unidade de Negócios de Tecnologia da Automação da Robert Bosch GmbH, sendo uma subsidiária integral da última. Dentre os setores industriais da companhia, o setor Marine & Offshore desenvolve soluções de atuação e controle nos processos de exploração e produção de petróleo e gás offshore, também na instalação, comissionamento e decomissionamento de plataformas e turbinas eólicas offshore. Recentemente, com mais descobertas de campos petrolíferos em águas profundas (> 1000 m de profundidade), novas tecnologias buscam reduzir os custos da extração e maximizar a produção. Para isso, uma tendência no setor está propendendo em transferir a infraestrutura das plataformas na superfície para o fundo do mar. No entanto, as elevadas pressões, grandes distâncias de transmissão de energia/informação e o ambiente quimicamente agressivo da zona batipelágica, são alguns dos grandes desafios no desenvolvimento da tecnologia para este setor. Neste trabalho será proposto um novo conceito de um atuador compacto eletro-hidrostático para válvulas em árvores de Natal molhadas, manifold e chokes. Primeiramente será dado uma perspectiva geral da exploração de petroléo offshore e será ilustrado o estado da arte dos atuadores no mercado, e as vantagens do projeto proposto sobre as tecnologias atuais. Finalmente, serão explicadas as metodologias de projeto utilizadas no decorrer do trabalho. No capítulo seguinte serão esclarecidos todos os requisitos de projeto, os quais foram definidos à partir de uma descrição da aplicação, amparado em normas internacionais de engenharia, padrões internos da Bosch Rexroth, e acordos entre os parceiros de desenvolvimento de projeto. O terceiro capítulo cobrirá a etapa de especificação e seleção dos atuadores, transdutores e demais elementos eletro-eletrônicos que compõem todas as partes do sistema, bem como a elaboração dos mecanismos do sistema elétrico. Nesta seção também serão descritos os sistemas de acionamento elétrico e monitoramento do sistema. O início do desenvolvimento conceitual do software para o controle e interface do sistema será descrito no capítulo quatro. Nele serão descritos através de diagramas formais a arquitetura básica, o funcionamento do software, a abstração do sistema, e a funções necessárias para cumprir os requisitos de projeto. Os resultados da avaliação do cumprimento dos requisitos através das soluções propostas serão discutidos no quinto capítulo. Por fim, este documento se concluirá com uma breve explanação dos trabalhos futuros para a finalização do projeto como um todo.

Bosch Rexroth AG is an engineering company specialized in drive and control technologies, including for the Marine & Offshore industry. Recently, with the growing discovery of oil and gas fields in deep waters (> 1000 meters depth), new technologies seek to reduce the extraction costs and maximize production. To achieve these goals, a trend in the sector is transferring the surface infrastructure to the seabed. However, the high pressure, long distances of energy and material transport and the chemically harsh environment of the bathypelagic zone are great challenges to overcome while developing technologies for this sector. In this thesis, it is exhibited a proposition of a novel concept of compact electro-hydrostatic valve actuators for subsea Christmas trees, manifolds and chokes. It’s illustrated the state of art in valve actuators available in the market and the advantages of the proposed project over the current technologies. This work focuses primarily in the synthesis of the electrical drive system design, the system instrumentation and the control software concept