Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2016.Uma plataforma off-shore normalmente produz petróleo bruto e gás natural. O gás é tratado para a remoção da humidade e sua pressão e sua temperatura são modificadas de acordo com sua aplicação final. Parte do gás é direcionado para a linha de exportação de gás para ser comercializado. Muitas vezes o gás é utilizado por poços que operam com elevação por gaslift. O gás natural também é usado em turbinas para gerar eletricidade. Um sistema de compressão de gás é uma parte importante de uma unidade de produção off-shore de petróleo. O tipo de compressor mais usado em um sistema de compressão de gás é o compressor centrífugo. Uma falha do compressor pode fazer com que uma unidade de produção completa seja desligada. Os compressores centrífugos têm limites operacionais muito restritos e são muito sensíveis a mudanças na vazão de entrada de gás ou nas propriedades do mesmo. O compressor pode entrar em surge, que é uma condição operacional instável caracterizada pelo fluxo reverso de gás dentro do compressor e que pode acontecer quando a vazão de entrada de gás é muito baixa. Um compressor centrífugo que opera em surge não comprimirá o gás corretamente, causando danos permanentes à máquina. O procedimento normal utilizado quando se detecta a ocorrência de surge é parar o compressor. Geralmente, os compressores centrífugos são instalados com um controle regulatório que inclui a prevenção de surge. No entanto, mudanças bruscas na vazão de entrada de gás e na composição do gás são conhecidas por fazer com que o compressor centrífugo pare com frequência. Esta dissertação propõe um controlador MPC que reduz o consumo de energia do sistema de compressão e melhora sua proteção contra surge. Este trabalho também apresenta a modelagem de uma estação de compressão real composta de dois compressores de três estágios. Com base na análise do comportamento do sistema e da relação dinâmica entre as entradas e saídas do sistema, são propostas e testadas duas formulações de MPC diferentes. Para ajustar o controlador MPC foi aplicada a técnica de ajuste satisfatório, melhorando o desempenho do controlador.Abstract : An offshore oil production unit normally produces crude oil and natural gas. The gas is treated for removal of moisture and its pressure and temperature are conditioned to its target application. Part of the gas is directed to the gas export line for sales. Often it is used by wells operating with gas lift. Natural gas is also used in turbines to generate electricity. A gas compression system is an important part of an offshore oil production unit. The most important type of equipment used in a gas compression system is the centrifugal compressor. A compressor failure may cause a complete production unit shut down. Centrifugal compressors have a limited operational range and are very sensitive to changes in the gas flow rate or in its properties. Compressor surge is an unstable operational condition characterized by reverse flow inside the compressor and it can happen when the gas flow rate is too low. A centrifugal compressor operating in surge mode will not compress the gas as required and the machine could be damaged permanently. The normal procedure used when surge is detected is to stop the compressor. Usually centrifugal compressors are installed with a regulatory control that includes the avoidance of surge. But abrupt changes in gas flowrate and gas composition are known to cause centrifugal compressor to stop the production operations too often. This dissertation proposes a MPC controller that reduces the energy consumption of the compression system and improves its protection against surge. This work also presents the modeling of a real compression station composed of two three-stage compressors. Based on the analysis of the system?s behavior and the dynamic relation between inputs and outputs, two different MPC formulations are proposed and tested. To tune the MPC controller the satisficing tuning technique is applied, improving the controller?s performance
