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Caldeiras_PROMINP

1. Legenda A sistemas aberto de refrigera o B Sistemas fechado refrigera o C Sistemas de refrigera o abertos de recircula o D Sistemas de ar condicionado E Sistemas geradores de vapor de baixa press o F sistemas geradores de vapor de alta press o G Agua de processo H gua pot vel Fonte Rice James K 1979 2 PROCESSOS EXTERNO DE TRATAMENTO DE GUA Clarifica o Processo aplicado em guas superficiais para remo o de s lidos em suspens o s lidos finos que se apresentam como turbidez e cor e outros materiais coloidais Engloba a coagula o adi o de um produto qu mico que faz com que as cargas coloidais precipitem flocos como part culas pint point para remo o subseqiiente decanta o flocula o e sedimenta o em forma de lodo Figura 2 0 Processo de clarifica o da gua Abrandamento a Cal A temperatura ambiente considerada uma etapa al m da clarifica o por produz benef cios adicionais de uma redu o nos s lidos dissolvidos totais Na figura a seguir apresentados um sistema de abrandamento a cal e um equipamento para utilizado neste processo A figura 2 1 ilustra um sistema de abrandamento da gua a cal A adi o de cal reduz a quantidade de bicarbonato de c lcio pela precipita o de carbonato de c lcio ocorrendo tamb m a clarifica o A adi o de calc rio tamb m pode reduzir a alcalinidade magnes
2. bvasta cern troia trr a ko eet ce Spem Retorno dos purgecdores V ivuls ce sequranca prs Vapor vivo ya 4 Vapor de 4 Fletorne de Sga pon te ne exaustSo C maras de vapor fina S p a a RES j 7 SSS s AM db Lavador de vapor V lvulas do tadr o Distribuidor de vapor S Sit o de sala 3 a Pi a n distribui o Bie pae Reservat rio Ea de gua ug Sa da de gua desserada Drene vs Figura 4 0 Desaerador do tipo nebulizador usado em sistemas de gera o de vapor 5 REFERENCIAS Amorim Roberto da Silva 2005 Abastecimento de gua de uma refinaria de petr leo caso Replan Collares Stonesmogene 2004 Avaliacao de uso de recursos h dricos em refinaria de petr leo Estudo de caso na Petrobr s Schor Andr Rotstein 2006 Riscos e alternativas para o abastecimento de gua em uma refinaria de petr leo Estudo de caso refinaria Duque de Caxias Reduc Rice James K 1979 Princ pios de Tratamento de gua Industrial BR PETROBRAS manp COMPROMISSO COM INVESTIMENTO EM PESQUISA amp DESENVOLVIMENTO ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS DISCIPLINA DE FABRICA O E MONTAGEM DE CALDEIRAS E TROCADORES DE CALOR AGOSTO SETEMBRO DE 2008 Escola Polit cnica Depto Enga Mec nica Prominp TIPOS DE ENSAIOS N O DESTRUTIVOS E APLICA O EM CALDEIRAS Fabiana Monteiro Cuppari fabiana O cuppari com br Michelle Mike Nose michellenose O yahoo com
3. Empresa Brasileira de Aeron utica S A Empresa Brasileira de Aeron utica S A Resumo Este artigo tem por objetivo apresentar cinco tipos de ensaios n o destrutivos Radiografia Industrial Testes Hisdrost ticos Ensaios com correntes parasitas Liquido Penetrante e Ultra som e ainda descrever o funcionamento de cada uma delas e suas principais caracter sticas Palavras chave Ensaios n o destrutivos Caldeiras NR 13 1 INTRODU O Para atendimento de requisitos de norma e visando melhor efici ncia e confiabilidade de suas caldeiras as empresas utilizam de v rias formas de inspe es e ensaios n o destrutivos de forma a verificar a integridade da estrutura de seus equipamentos Considerando o ponto de vista econ mico e de seguran a tem se que segundo a norma NR 13 13 5 1 toda caldeira deve ser submetida a inspe o inicial peri dica e extraordin ria sendo considerado condi o de risco grave e iminente o n o atendimento aos prazos estabelecidos No caso das inspe es iniciais elas devem ocorrer assim que a caldeira constru da antes da entrada em funcionamento no local de opera o devendo compreender exames internos e externos teste hidrost tico e de acumula o NR 13 13 5 2 Com rela o as inspe es peri dicas elas devem acontecer segundo a NR 13 13 5 3 que cita os seguintes per odos a 12 meses para caldeiras das categorias A Be C b 12 meses para caldeiras de recupera o de
4. 2 7 2 2 M todo perdas de calor O m todo de medida de efici ncia Equil brio de Calor baseado na considera o de todas as perdas de calor da caldeira O m todo para c lculo atual consiste da subtra o de 100 do total das perdas sendo que o valor resultante a efici ncia combust vel vapor da caldeira 2 7 3 Perdas na chamin a maior por o das perdas do calor onde muito dinheiro jogado fora todos os dias Este um bom indicador da efici ncia da caldeira A temperatura na chamin a temperatura dos gases de combust o seco ou mido deixando a caldeira e refletindo diretamente na energia que n o se transferiu do combust vel para o vapor ou gua quente Quanto menor a temperatura na chamin maior ser a efici ncia da caldeira e hoje nenhuma caldeira no Brasil consegue temperaturas de chamin menores que a Steammaster 2 7 4 Perdas de Convec o e Radia o Todas as caldeiras t m perdas de convec o e radia o As perdas representam a radia o do calor da caldeira para o ambiente Radia es e perdas de convec es expressas em Kcal h s o essencialmente constantes na rea de caldeira mas variam entre diferentes tipos de caldeiras tamanhos press es de opera o e carga de trabalho Todas as caldeiras Steammaster FOUR s o isoladas com 100 mm de l de rocha de alta densidade com prote o em a o inoxid vel toda a caldeira isenta de amianto 2 7 5 Componentes da Efici
5. es para projeto mec nico sele o de material fabrica o inspe o teste e prepara o para embarque de trocadores de calor casco tubo para as ind stria de petr leo e petroqu mica 2 6 2 API STD 661 Objetivos Requisitos e recomenda es para projeto material fabrica o inspe o teste e prepara o para embarque de trocadores de calor a ar air cooler 2 6 3 API STD 662 Objetivos norma de trocadores de calor de placa 2 7 Norma ASTM Existem diversas normas da ASTM com objetivo de especificar os materiais para uso em trocadores de calor as quais podem ser obtidas pelo site da ASTM http www astm org STORE standardsearch shtml Normas associadas a trocadores de calor e A178 A178M 02 2007 Standard Specification for Electric Resistance Welded Carbon Steel and Carbon Manganese Steel Boiler and Superheater Tubes e A213 A213M 08 Standard Specification for Seamless Ferritic and Austenitic Alloy Steel Boiler Superheater and Heat Exchanger Tubes e A214 A214M 96 2005 Standard Specification for Electric Resistance Welded Carbon Steel Heat Exchanger and Condenser Tubes e A249 A249M 08 Standard Specification for Welded Austenitic Steel Boiler Superheater Heat Exchanger and Condenser Tubes e A498 06 Standard Specification for Seamless and Welded Carbon Steel Heat Exchanger Tubes with Integral Fins e A1012 02 2007 Standard Specification for Seamless and Welded Ferritic Austenitic and Duplex Alloy Stee
6. o dos gases da combust o A recircula o for ada dos gases da combust o desde a sa da do economizador at a base da fornalha atua na mesma forma que o excesso de ar Isto reduz o calor transmitido s paredes de gua aumentando o calor absorvido pelo superaquecedor O ponto onde os gases da combust o s o insuflados na fornalha determina seu efeito sobre esta e a temperatura de sa da dos gases e como resultado final sobre a temperatura do vapor 7 Fornalhas separadas Variando a taxa de fogo entre as fornalhas controla se a temperatura de superaquecimento Todos estes controles podem ser combinados conforme as necessidades ECONOMIZADOR E AQUECEDOR DE AR Quando os gases da combust o deixam a sec o de absor o de calor da caldeira estes cont m ainda uma consider vel quantidade de energia calor fica Uma parte substancial desse calor pode ser recuperado pelo uso de economizadores e aquecedores de ar O economizador tem a fun o de aquecer a gua de alimenta o da caldeira Para cada 3 a 4 C de aumento da temperatura da gua de alimenta o a efici ncia de um gerador de vapor aumenta em cerca de 1 No aquecedor de ar a ltima parcela de calor dos gases da combust o transferida para o ar que penetra na caldeira para promover a combust o Para combust veis comuns carv o leo g s considerando condi es id nticas na fornalha a PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montage
7. vapor tubulao agua vaporizando gases quentes Figura 7 Exemplo de caldeira Cornualia 2 4 4 Caldeiras Lancaster Aa caldeira aLancaster s o de constru o id ntica anterior por m tecnicamente mais evolu da Pode ser constitu da de dois a quatro tubul es internos e suas caracter sticas s o rea de troca t rmica de 120 a 140m e vaporiza o de 15 a 18 kg de vapor m Algumas delas apresentam tubos de fogo e de retorno o que apresenta uma melhoria de rendimento t rmico em rela o s anteriores DOE Figura 8 Exemplo de caldeira caldeira Lancaster PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 2 4 5 Caldeiras multitubulares de fornalha interna Como o pr prio nome indica possui v rios tubos de fuma a Podem ser de tr s tipos 2 4 5 1 Tubos de fogo diretos Os gases percorrem o corpo da caldeira uma nica vez 2 4 5 2 Tubos de fogo de retorno Os gases provenientes da combust o no tubula o da fornalha circulam tubos de retorno 2 4 5 3 Tubos de fogo diretos e de retorno Os gases quentes circulam pelos tubos diretos e voltam pelos de retorno 2 4 6 Caldeiras multitubulares de fornalha externa Em algumas caldeiras deste tipo a fornalha constitu da pela pr pria alvenaria situada abaixo do corpo cil ndrico Os gases quentes provindos da combust o entram inicialmente em contato com a base inferior do cilindro r
8. Rio de Janeiro Associa o Brasileira de Normas T cnicas 1989 Caldeira Auxiliar a leo para Uso Naval NBR 10794 Rio de Janeiro Associa o Brasileira de Normas T cnicas 1989 Caldeira Auxiliar a leo para Uso Naval Ensaios NBR 10795 Rio de Janeiro Associa o Brasileira de Normas T cnicas 1992 Inspe o de Seguran a de Caldeiras Estacion rias Aquotubular e Flamotubular a Vapor NBR 12177 Rio de Janeiro Associa o Brasileira de Normas T cnicas 1994 Inspe o de Seguran a de Caldeiras Estacion rias El tricas a Vapor NBR 13203 Rio de Janeiro Associa o Brasileira de Normas T cnicas 1987 Radiografia Inspe o de Soldas de Topo em Vasos de Press o e Tanques em Armazenamento Crit rios de Aceita o NBR 10150 Rio de Janeiro 6 DIREITOS AUTORAIS Os autores s o os nicos respons veis pelo conte do do material impresso e autorizam o uso do seu conte do pela coordena o do curso e ministrante da disciplina 16 BR PETROBRAS atip COMPROMISSO COM INV PESQUISA amp DESENVOLVIMENTO ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS DISCIPLINA DE FABRICA O E MONTAGEM DE CALDEIRAS E TROCADORES DE CALOR AGOSTO SETEMBRO DE 2008 Escola Polit cnica Depto Enga Mec nica Prominp Tratamento e sistemas de tratamento de gua industrial M rcio Bozzo Nalepa Prominp marcio bozzo Quol com Paulo Gabriel Cayres Prominp paulo cayres ig com br Resumo O presente arti
9. PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor O arranjo ou projeto de localiza o denominado independente constitui se de uma s rie de tubos situados no fluxo dos gases da combust o geralmente antes do aquecedor de ar Este o arranjo mais usado Os m todos atualmente utilizados para a limpeza interna dos elementos de caldeiras tem minimizado a necessidade de f cil acesso aos tubos do economizador Os economizadores externos s o usados quando h limita es de espa o interno da caldeira que n o permitem sua montagem ou quando adicionados a uma instala o existente 5 2 Aquecedor de Ar A recupera o final de calor dos gases da combust o realizada por um aquecedor de ar A temperatura dos gases diminu da pr xima da temperatura do ponto de orvalho temperatura qual a umidade come a a condensar Este ponto constitui a temperatura limite m xima de opera o Temperaturas menores propiciar o corros o agravada esta pelo cido sulf rico formado a partir do enxofre contido nos gases de combust o Os aquecedores de ar podem ser classificados em tubulares regenerativos ou rotativos e de placa O projeto tubular fabricado em ferro fundido ou a o Consiste de um feixe tubular encerrado em um inv lucro de a o refor ado Entre a superf cie externa dos tubos e a interna do inv lucro circula o ar destinado combust o circulando os gases q
10. Sistema de indica o para controle do n vel de gua ou outro sistema que evite o superaquecimento por alimenta o deficiente 3 1 5 Toda caldeira deve ter afixado em seu corpo em local vis vel e de f cil acesso a placa de identifica o indel vel com as seguintes informa es a Fabricante b c d N mero de ordem dado pelo fabricante da caldeira Ano de fabrica o PMTA e Press o de teste hidrost tico YS rer NN oo f Capacidade de produ o de vapor g rea da superficie de aquecimento h C digo de projeto e ano de edi o Al m da placa de identifica o deve constar em local vis vel a categoria da caldeira e seu n mero ou c digo de identifica o 3 1 6 Toda Caldeira deve possuir no estabelecimento onde estiver instalada a seguinte documenta o devidamente atualizada a Prontu rio da Caldeira que contenha as seguintes informa es b c d e lt c digo de projeto e ano de edi o especifica o dos materiais procedimentos utilizados na fabrica o montagem inspe o final e determina o da PMTA desenhos necess rios ao monitoramento da vida til da caldeira caracter sticas funcionais dados dos dispositivos de seguran a ano de fabrica o categoria da caldeira Registro de Seguran a Projeto de Instala o Projetos de Altera o ou Reparo Relat rios de Inspe o Quando inexistente ou extraviado o Prontu rio da
11. aerodin micas necess rias para o perfil e a estabilidade de chama em conjunto com a distribui o espacial O leo combust vel finamente atomizado para alcan ar a efici ncia de queima especificada O ar combust o dividido em duas correntes b sicas de vaz o a prim ria e a secund ria A vaz o de ar prim ria passa pelo tubo central sendo introduzidas atrav s de um estabilizador de ar axial O ar secund rio passa atrav s de uma se o anular formada pela parede externa da se o prim ria e a parede interna do corpo do registro e ent o atrav s de aletas fixadas com ngulo pr determinado para ser introduzido em uma garganta convergente divergente O conceito do projeto de que a se o prim ria se mantenha em uma condi o fixa enquanto que a garganta secund ria e o turbulador possam variar para produzir o perfil de chama e a performance requeridos A perda de carga no registro Register Draught Loss R D L a m nima poss vel de forma a proporcionar a performance de combust o especificada O combust vel introduzido normalmente corrente de ar por e Lan a central com atomizador para leo combust vel ou outros combust veis l quidos e Lan a de g s Central ou perif ricas situadas ao redor do turbulador de ar prim rio ou uma combina o dos dois O queimador pode funcionar queimando unicamente um destes combust veis ou como alternativa pode ser projetado como uma unidade dual capa
12. e Flamotubulares e Aguotubulares 2 2 1 Caldeiras flamotubulares No primeiro caso os gases quentes passam por dentro de tubos ao redor dos quais est a gua a ser aquecida e evaporada Os tubos s o montados maneira dos feixes de permutadores de calor com um ou mais passos dos gases quentes atrav s do mesmo Na figura 01 podemos ver em corte uma caldeira deste tipo As caldeiras flamotubulares s o empregadas apenas para pequenas capacidades e quando se quer apenas vapor saturado de baixa press o 2 2 2 Caldeiras aquotubulares PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor CHAMIN PAREDE DE GUA TUBOS DE RETORNO TUBO DE FORNALHA Figura 1 Caldeira flamotubular de traseira molhada com dois passes para leo e g s SA DA DE Figura 2 Caldeira flamotubular de tr s passes O outro tipo que o mais empregado como o pr prio nome indica tem circula o de gua por dentro dos tubos e os gases quentes envolvendo os S o usados para instala es de maior porte e na obten o de vapor superaquecido Sendo este tipo o mais importante veremos com mais detalhes seus componentes 2 2 2 1 Componentes Encontramos nestas caldeiras geralmente os seguintes componentes C mara de combust o Tubos Coletores Tubul o Superaquecedor Sopradores de fuligem Pr aquecedor de ar Economizado Alvenaria r
13. lica 3 Fonte Rice James K 1979 A forma mais comum de troca i nica o abrandamento de gua em que a dureza dissolvida removida pela troca de ons c lcio e magn sio por ons s dio A desmineraliza o completa ou desioniza o cati nico de acido de forte ciclo de hidrog nio acido remove todos os c tions e os substitui por ons hidrog nio A gua acida passa ent o atrav s de um trocador ani nico de base forte no ciclo hidroxila caustico que remove todos os anions inclusive s lica e os substitui por ons hidroxila A seguir apresentado um tipo de trocador de ons que realiza desmineraliza o ou desioniza o completa da gua PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Figura 2 4 Trocadores de ons da gua Remo o de Ferro e Troca i nica O ferro sol vel removido eficientemente da gua por troca de c tions hidrog nio ou s dio e Cal ou Cal Barrilia Agua com alto teor de ferro sol vel devem ser pr tratadas por oxida o Em processos a quente a temperatura elevada e o pH tornam desnecess rios o p re tratamento mesmo com altos teores de ferro e Oxida o O ferro precipitado pode ser removido diretamente com filtros ou a etapa de oxida o pode ser utilizada para pr tratar a alimenta o para os abrandadores de cal fria ou clarificadores Os xidos qu micos incluem cloro di xido de clo
14. m deve ser dada importante aten o a velocidade dos bocais e mudan as de dire o A sele o deve levar em conta a possibilidade de ocorr ncia de dep sitos e o tipo de problema que isso possa acarretar Do ponto de vista mec nicos devem ser analisados os problemas decorrentes de tens es e esfor os originados p r dilata es vibra es e etc Segue abaixo alguns fatores que se considerados ajudam na melhora do desempenho de trabalho de um trocador de calor a O fluido mais corrosivo mais causador de dep sitos ou de maior press o deve ser o dos tubos b O fluido mais viscoso ou gases devem passar pelo casco c Para uma dada perda de carga o escoamento do lado do casco proporciona melhores coeficientes de troca t rmica d A necessidade de materiais especiais usualmente mais econ mica quando aplicada aos tubos e A condensa o de fluidos usualmente feita do lado do casco por apresentar maior facilidade de remo o do condensado Quando o condensado for corrosivo este deve ficar no interior dos tubos 2 3 Manuten o e Restri o do Tamanho Os equipamentos devem permitir acessos acesso para limpeza mec nica e limpeza qu mica e reas que s o suscept veis de dep sitos Deve tamb m permitir a substitui o de componentes danificados por corros o ou eventual reparo Freqiientemente h restri es quanto ao comprimento altura largura volume ou peso de um trocador As limita es podem se referir ao troca
15. o acima do n vel d gua no tubul o chama se espa o de vapor Para evitar o arraste de got culas de l quido junto ao vapor no espa o de vapor existem chicanas com a finalidade de separar o l quido arrastado O vapor saturado separado no tubul o passa a outro conjunto de serpentinas o superaquecedor onde obtido o seu superaquecimento As serpentinas do superaquecedor t m suas extremidades ligadas a dois coletores de vapor O superaquecedor pode situar se na zona de radia o ou convec o conforme o grau de superaquecimento para o qual as caldeiras s o projetadas O pr aquecedor de ar utilizado para aproveitando parte do calor dos gases residuais de combust o aquecer o ar de alimenta o das chamas No economizador a gua de alimenta o passa por uma serpentina ou feixe tubular a fim de aproveitar tamb m o calor dos gases residuais da combust o para depois ir ent o ao tubul o j pr aquecido o que representa uma economia de energia As paredes da caldeira s o revestidas internamente de tijolos refrat rios resistentes a altas temperaturas que protegem as partes met licas estruturais da caldeira contra deteriora o por alta temperatura e produzem homogeneiza o da temperatura por reflex o do calor das chamas Os ma aricos das caldeiras s o semelhantes aos dos fornos Os sopradores de fuligem s o tubos providos de orif cios inseridos transversalmente aos tubos das serpentinas em diversos locais
16. scas dentro da casa de caldeira e Ter extintores de inc ndio na casa de caldeira e Ter treinamento em preven o e combate a inc ndios Como Proceder e Chamar ajuda antes de iniciar o combate ao inc ndio e O fogo dever ser imediatamente abafado usando se extintores de CO ou espuma qu mica e Resfrie cuidadosamente as partes em contato com o g s para impedir reigni o 4 9 Inspe es Ap s uma emerg ncia em que a caldeira sofreu danos deve ser submetida a uma inspe o extraordin ria e Sempre que for feita a manuten o com soldagem nas partes que sofrem press o deve ser feito novo teste hidrost tico e Todas as inspe es devem ser registradas no livro de registro de seguran a assinadas pelo Engenheiro Inspetor e pelo operador de acompanha a inspe o 15 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 5 REFER NCIAS Bazzo E 1992 Gera o de Vapor Editora da UFSC Florian polis pp 216 Incropera F P and De Witt D P 1990 Fundamentals of Heat and Mass Transfer John Willey amp Sons New York 3 ed Pp 970 Garcia R 2002 Combust o e Combust veis Editora Interci ncia Rio de Janeiro pp 202 Kern D Q 1950 Process Heat Transfer McGraw Hill Kogakusha T quio pp 871 Lens W e Liedtke G 1979 Instala es para a Produ o de Vapor In Dubbel Manual do Engenheiro Mec nico Ed Hemus
17. www2 petrobras com br portugues ads ads Petrobras html acessado em 01 de setembro de 2008 Site da Petrobr s http www2 petrobras com br CanalFornecedor portugues pdf 2033 pdf acessado em 09 de setembro de 2008 Site do Prominp http www prominp com br objects files 2007 05 1706 Relat C3 B3rio 20FinalW20ABAST 18 pdf acessado em 09 de setembro de 2008 Site da Petrobras http www2 petrobras com br CanalFornecedor portugues pdf catalogo julho08 pdf acessado em 09 de setembro de 2008 Site da ABNT http www abnt org br default asp resolucao 1280X 1024 acessado em 01 de setembro de 2008 Site da ABNT http www abntnet com br fidetail aspx FonteID 40021 acessado em 01 de setembro de 2008 Site da ABNT http www abntnet com br fidetail aspx FonteID 33146 acessado em 01 de setembro de 2008 Site da ABNT http www abntnet com br fidetail aspx FonteID 5945 acessado em 01 de setembro de 2008 Site da ABNT http www abntnet com br fidetail aspx FonteID 5498 acessado em 01 de setembro de 2008 Site da ABNT http www abntnet com br fidetail aspx FonteID 13475 acessado em 01 de setembro de 2008 Site da ABNT http www abntnet com br fidetail aspx FonteID 28597 acessado em 01 de setembro de 2008 Site da ABNT http www abntnet com br fidetail aspx FonteID 22366 acessado em 01 de setembro de 2008 Site da ABNT http www abntnet com br fidetail aspx FonteID 13534 acessado em 01 de setembro de 2008 Site da ABNT http www
18. 1978 foi criada a Norma Regulamentadora sobre Caldeiras e Recipientes de Press o a NR 13 que estabeleceu medidas de seguran as para usu rios destes sistemas No final de 1994 a Secretaria de Seguran a e Sa de no Trabalho publicou no Di rio Oficial da Uni o o novo texto da NR 13 elaborado por uma comiss o dos representantes de empresas governo e trabalhadores que define normas de instala o seguran a na opera o e manuten o e inspe o das caldeiras e vasos de press o 2 CALDEIRAS Neste trabalho o objetivo discorrer sobre as disposi es gerais relativas as caldeiras a vapor presentes na NR 13 na Norma T cnica ASME e outras normas relacionadas s Caldeiras pois s o informa es importantes para Engenheiros de Suprimentos que estejam envolvidos em processos de negocia o aquisi o preserva o instala o opera o e manuten o destes equipamentos 3 NR 13 A NR 13 uma norma do Minist rio do Trabalho e Emprego do Brasil e tem como objetivo condicionar a opera o de vasos de press o e caldeiras Foi criada em 8 de junho de 1978 sofrendo revis o em 8 de maio de 1984 Um Manual T cnico sobre a NR 13 foi elaborado pelo Grupo T cnico Tripartite em 1996 composto por t cnicos a convite da Secretaria de Seguran a e Sa de no Trabalho SSST do Minist rio do Trabalho MTb Este manual um instrumento estrat gico de informa o e esclarecimento para ser utilizado por 3 profi
19. 2 Os internos do bal o de vapor nomeadamente defletores telas separadoras de umidade tubula es de alimenta o de gua e de dosagem de produtos qu micos devem ser verificados quanto sua adequada instala o e fixa o e ao seu estado geral Observar nesta ocasi o a linha d gua no bal o o que fornecer ind cios acerca do controle de n vel no mesmo 3 A inspe o nos bal es al m dos fatores acima deve incluir o exame quanto a trincas e rupturas Aten o especial deve ser dada s extremidades expandidas de tubos mandrilados e respectivas soldas de selagem se existentes recorrendo se a ensaios n o destrutivos se necess rio Isto se aplica especialmente ap s eventual lavagem qu mica PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 4 recomend vel que sejam periodicamente inspecionados por exemplo com intervalo de tr s a cinco anos dependendo da idade da caldeira os bocais spray dos dessuperaquecedores usando um endosc pio e que seja aplicado teste hidrost tico ao condensador Dolezal se existente Observar que atemperadores defeituosos ou com vazamento podem causar s rios danos aos superaquecedores 5 Investiga o com foco em corros o e eros o nas partes em contato com a gua feita por exemplo por meio de radiografia se houver ind cios apontando para isto 6 Recomenda se quando da inspe o do bal o de gua a instal
20. 37 de superaquecimento Superaquecedores S o superf cies de troca de calor usualmente constitu das de circuitos de tubos paralelos recebem vapor do coletor elevando a sua temperatura Como outra defini o temos feixes tubulares determinados a elevar a temperatura do vapor proveniente do tambor da caldeira e s o localizados de modo a melhor aproveitar o calor dispon vel nos gases de combust o temperaturas mais altas gt mais pr ximas da c mara de combust o O calor absorvido da fornalha por radia o ou proveniente da combust o dos gases evapora primeiro a umidade transportada pelo vapor e posteriormente o superaquece at um n vel determinado Os superaquecedores possuem v rios circuitos de tubos dispostos em paralelo com um ou mais curvas duplas conectadas entre coletores Os tubos curvados podem ser de raio pequeno ou grande executados a partir de tubos retos ou forjados e soldados extremidades dos tubos As extremidades dos tubos s o laminadas ou soldadas aos coletores ou terminando em uma junta remov vel Os tubos dever o possuir elevada resist ncia s altas temperaturas deforma o e oxida o A os liga especiais adaptam se a estas exig ncias Os a o carbono encontram se limitados de operar at 510 C devido oxida o causada pela elevada temperatura do vapor Podem ser usadas at 650 C algumas ligas de cromomolibdeno Os superaquecedores s o classificados nos tipos por convec o rad
21. A extin o dos res duos urbanos passou a preocupar as autoridades das grandes cidades europ ias a partir do fim da segunda guerra mundial O m todo adotado foi implanta o de grandes complexos receptores de lixos equipados com fornos incineradores dotados de grelhas acionadas a exaust o dos gases de combust o para a atmosfera atrav s de chamin s suficientemente elevadas para atenuar os efeitos da polui o O aproveitamento do calor sens vel dos produtos da queima s foram cogitados em meados da d cada de cingiienta A figura 6 mostra a primeira caldeira para gerar vapor de calefa o m amp eta Figura 6 Caldeira de Recupera o de Forno de incinera o de Res duos Urbanos PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Como princ pio de opera o este projeto se comporta como verdadeira caldeira de recupera o de calor sens vel desenvolvida para h algum tempo impedir o entupimento das superf cies de troca de calor e ainda facilitar a limpeza do feixe de convec o Portanto para um bom funcionamento do sistema foi implantada a racionaliza o da coleta de forma a obter lixos de caracter sticas mais favor veis a gera o de energia el trica A grande varia o da composi o do lixo urbano reflete na forte oscila o de produ o de vapor da caldeira 3 EQUIPAMENTOS ESSENCIAIS DAS CALDEIRAS Os equipamentos que ser o apr
22. CALOR AGOSTO SETEMBRO DE 2008 Escola Polit cnica Depto Enga Mec nica Prominp ECONOMIZADORES E SUPERAQUECEDORES DE CALDEIRAS Cl udio Chiarantano chiarantano Quol com br Fernanda de F tima Santana eng fernanda05 O yahoo com br USP Escola Polit cnica Departamento de Engenharia Mec nica jrsimoes usp br Resumo Nos ltimos anos a ind stria petroqu mica vem com grande for a impulsionando a economia brasileira Desta a forma a demanda por m o de obra e profissionais qualificados tem aumentada significativamente Diante disso o Governo Federal em parceria com as ind strias e rg os do setor de petr leo e g s visam um grande projeto de qualifica o profissional chamado de PROMINP que visa capacitar gratuitamente milhares de profissionais em diversas categorias consideradas cr ticas para o setor O trabalho visa informar detalhadamente sobre a aplica o e funcionamento de economizadores e superaquecedores de caldeiras para que um futuro engenheiro de suprimentos possa analisar adequadamente os fabricantes e fornecedores deste tipo de suprimento important ssimo no processo petroqu mico Palavra chave economizadores superaquecedores caldeira 1 INTRODU O As caldeiras ou geradores de vapor s o equipamentos destinados a transformar gua em vapor O vapor a gua no estado gasoso Esta mudan a de estado proporcionada pelo efeito direto do calor e inverso da press o Quanto maior for a p
23. CO introduzido para a queima simult nea passando a representar de 65 a 75 das necessidades energ ticas do sistema Ao sa rem dos fornos estes gases al m de possu rem uma temperatura elevada da ordem de 300 a 600 C arrastam consigo apreci vel quantidade de particulados indesej veis ao processo de recupera o de calor e danoso ao meio ambiente Portanto estes fluidos obrigatoriamente devem ser submetidos a uma lavagem ou a um captador eletrost tico Entretanto o atual est gio de conhecimentos sobre estes processos permitiu o desenvolvimento de unidades de recupera o que admitem os gases combust veis tal qual s o extra dos dos fornos com o benef cio de serem acompanhados do calor sens vel resultante das suas elevadas temperaturas Neste caso esta parcela de calor deve ser somada ao calor gerado pela queima PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor O O GAS i 0 al O p a Figura 2 Caldeira de Projeto Especial para a Queima de Gas de Refinaria Contendo Queimadores para o Pr prio G s e Queimadores Auxiliares a Oleo e G s Combust vel PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 2 3 Caldeira de Recupera o de Calor e Produtos Qu micos em F brica de Celulose A
24. Caldeira deve ser reconstitu do pelo propriet rio com responsabilidade t cnica do fabricante ou PH sendo imprescind vel reconstitui o das caracter sticas funcionais dos dados dos dispositivos de seguran a e dos procedimentos para determina o da PMTA Se a caldeira for transferida os documentos devem acompanh la O propriet rio da caldeira dever apresentar quando exigido pela autoridade competente a documenta o mencionada no subitem 3 1 6 3 1 7 O Registro de Seguran a deve ser constitu do de livro pr prio com p ginas numeradas ou outro sistema equivalente onde ser o registradas todas as ocorr ncias importantes capazes de influir nas condi es de seguran a da caldeira e as ocorr ncias de inspe es de seguran a peri dicas e extraordin rias Caso a caldeira venha a ser considerada inadequada para uso o Registro de Seguran a deve conter tal informa o e receber encerramento formal 3 1 8 A documenta o referida no subitem 3 1 6 deve estar sempre disposi o para consulta dos operadores do pessoal de manuten o de inspe o e das representa es dos trabalhadores e do empregador na CIPA 3 1 9 Para os prop sitos da NR 13 as caldeiras s o classificadas em tr s categorias conforme segue ver figura 1 a Caldeiras da categoria A s o aquelas cuja press o de opera o igual ou superior a 1960 kPa 19 98 kgf cm2 b Caldeiras categoria C s o aquela
25. Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 7 Suportes tirantes chicanas e grampos anti vibra o devem ser examinados quanto sua fixa o partes faltantes ou soltas atritos e interfer ncias indevidas 8 Refrat rios de um modo geral devem ser avaliados quanto ao seu poss vel desgaste fragmenta o deteriora o situa o da ancoragem e at mesmo se ainda permanecem nos locais originais 9 Recomenda se fortemente que as bicas de fundido sejam substitu das a cada campanha anual Se isto n o ocorrer por alguma raz o imperioso submet las a inspe o criteriosa incluindo ensaios n o destrutivos para determinar sua espessura remanescente e eventual degrada o corros o eros o e trincas especialmente micro trincas no material do leito Nota bicas substitu das devem ser inutilizadas imediatamente para evitar sua reutiliza o inclusive por terceiros de forma inadvertida ou mal intencionada As bicas usadas devem contudo ser objeto de avalia o com vistas a informa es de interesse para o hist rico da caldeira por exemplo verificar se est havendo trincas ou n o 10 O penthouse e o por o devem ser examinados visualmente com foco no estado de elementos estruturais ali alojados corros o em geral inv lucros isolamentos poss veis infiltra es e ac mulos de sulfato estado de refrat rios e selos estado de termopares e conex es de tubos Pitot Especialmente deve ser ver
26. Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor opera es de obten o e lavagem da polpa celul sica e tamb m dos agentes qu micos para a etapa de cozimento dos cavacos de madeira O equipamento da caldeira de recupera o dividido em duas partes a fornalha e os equipamentos para troca t rmica entre os gases de combust o e gua l quida e vapor como mostra a figura 4 A primeira localizada na parte inferior da caldeira respons vel pela combust o da mat ria org nica contida no licor e a segunda pela produ o de vapor superaquecido O nariz da caldeira a demarca o entre essas duas partes Esse nariz serve para proteger o superaquecedor das radia es incidentes da parte inferior e reduziras taxas de corros o desse equipamento Ap s a caldeira de recupera o t m se o precipitador eletrost tico e a chamin A parte inferior da caldeira consiste em uma fornalha vertical completamente resfriada gua por um arranjo de tubos no fundo e nas paredes ligados ao sistema de circula o de gua onde o licor negro queimado como combust vel Gases Agua de alimenta o Bal o de Vapor Vapor Vapor para os ae 2 PO apor p ma sopradores Parede de gua Regi o contendo equipamentos para troca t rmica Fornalha Ventilador de suc o l Precipitador i Eletrostatico agua U Fornalha Reciclo de agua licor 2 Trocador Injetores de 10000 Ar terci rio Injetores de Ba Li
27. PETROBRAS ati COMPROMISSO COM INVESTIMENTO EM PESQUISA amp DESENVOLVIMENTO ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS DISCIPLINA DE FABRICA O E MONTAGEM DE CALDEIRAS E TROCADORES DE CALOR AGOSTO SETEMBRO DE 2008 Escola Polit cnica Depto Enga Mec nica Prominp PROJETO TERMOHIDR ULICO DE TROCADORES DE CALOR Fl vio Patr cio Aviles e mail flavioaviles O yahoo com br Marcos Duarte Miranda e mail marcosduartemir Quol com br Escola Polit cnica Depto Enga Mec nica e mail jrsimoes usp br Resumo Este trabalho apresenta os crit rios especifica es e metodologia de c lculo para o projeto termohidr ulico de trocadores de calor S o abordadas as normas para o projeto mec nico fatores de incrusta o aspectos para sele o das caracter sticas dos fluidos na passagem casco tubo e velocidades de escoamento Referente a metodologia de c lculo mostraremos os c lculos termodin micos envolvidos no processo fator de fuligem incrusta o metodologia para o monitoramento t rmico di rio da performance de trocadores baseada na avalia o do n mero de unidades de transfer ncia e na efetividade e fatores de perda de carga Palavras chave trocadores de calor projeto termohidr ulico perda de carga 1 INTRODU O A crescente demanda global por energia tem obrigado cada vez mais a unidade industriais a adotarem medidas que possibilitem recuperar energia dos seus processos ou disponibiliz la para outras reas do si
28. Representa o gr fica x NUT 14 15 16 17 18 As Figuras 5 e 6 apresentam gr ficos que relacionam diretamente efetividade e NUT respectivamente em correntes paralelas e opostas mas apresentam uma pequena varia o na precis o dos c lculos Efetividade Correntes Paralelas zZ 0 Z 0 2 Z 0 4 Z 0 6 Z 0 8 Z 1 0 100 0 80 0 60 0 40 0 20 0 Efetividade 0 0 0 1 1 10 N mero de Unidades de Transfer ncia NTU Figura 5 Efetividade em correntes paralelas 10 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS 11 Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Efetividade Correntes Opostas Z 0 Z 0 2 Z 0 4 Z 06 Z 0 8 Z 1 0 100 0 90 0 80 0 70 0 60 0 50 0 40 0 30 0 20 0 10 0 0 0 0 1 1 10 N mero de Unidades de Transfer ncia NTU Efetividade Figura 6 Efetividade em correntes opostas 10 N MERO DE TUBOS N A _ rea de troca de calor necess ria 19 An rea de troca de calor de um tubo 11 PERDA DE CARGA 11 1 Perda de Carga no Casco G D N ne f c ic B N m 20 2 0 D onde f fator de atrito 5 x A ies 4 2 G vaz o m ssica por rea kg h m D di metro interno do casco m N n mero de intersec es g acelera o da gravidade p densidade especifica kg m
29. a parada da unidade feito inserindo se completamente a lan a de cada soprador enquanto um inspetor observa os seguintes aspectos a curso da lan a certificando se que a mesma n o se aproxima demasiadamente ou mesmo colide com a parede oposta b as condi es e funcionamento das chaves limite e batentes mec nicos de fim de curso devendo a fixa o deste ltimo ser verificada por l quidos penetrantes c o empeno ou descentraliza o da lan a ao longo do percurso com poss veis atritos laterais com pain is de tubos adjacentes d condi es de desgaste e desalinhamento bem como ru dos anormais dos roletes de apoio da lan a e funcionamento adequado do sistema de indexa o se existente e Tanque de gua de alimenta o e desaerador Devem ser examinados com foco na qualidade da gua conforme descrito em 3 2 2 1 atentando se para dep sitos e a presen a de materiais estranhos em seu interior Verificam se tamb m o estado dos internos do desaerador especialmente fixa o das bandejas e bicos spray De forma geral estes vasos devem receber o mesmo tratamento de inspe o e END aplic vel a vasos de press o em geral inclusive com atendimento aos requisitos legais e Linha de gua de alimenta o Est sujeita perda de espessura causada por corros o acelerada por fluxo podendo resultar em rupturas de conseqii ncias catastr ficas Toda a tubula o deve portanto ser inspecionada com este foco dando
30. a provocar uma queda da press o interna da caldeira principalmente quando o processo de recupera o do n vel se faz internamente Devem estar localizados ap s a ltima superf cie de convec o do gerador de vapor 3 3 Precipitador Eletrost tico A precipita o eletrost tica de part culas ocorre atrav s de um eletrodo de descarga carregado negativamente situado perto de outro positivo ligado a terra chamado eletrodo coletor de forma esf rica ou de placa plana Entre os dois eletrodos por onde passam os gases arrastando part culas aspirados por ventilador est aplicada uma diferen a de potencial de 50000 a 100000 volts Os gases de combust o arrastam as cinzas dos diferentes compostos qu micos formados no processo de queima do licor que aderem nas superf cies de aquecimento da caldeira 4 REFER NCIAS NETO F T TURCIO W H L Caldeira de Recupera o Escola Polit cnica da Universidade de S o Paulo Depto De Engenharia Mec nica S o Paulo 1996 PERA Hildo Geradores de Vapor um comp ndio sobre convers o de energia com vistas preserva o da ecologia Editora Fama SOSA I R H Sistema Multi Agente para Controle Inteligente da Caldeira de Recupera o Tese de Mestrado da Universidade de S o Paulo S o Paulo 2007 5 DIREITOS AUTORAIS Os autores s o os nicos respons veis pelo conte do do material impresso e autorizam o uso do seu conte do pela coordena o do curso e ministrante d
31. abntnet com br fidetail aspx FontelD 32255 acessado em 01 de setembro de 2008 Site da ABNT http www abntnet com br fidetail aspx FonteID 31548 acessado em 01 de setembro de 2008 Site da TEMA http www tema org acessado em 09 de setembro de 2008 Site da TEMA http www tema org TEMA9thEditionTableOfContents pdf acessado em 09 de setembro de 2008 Site da ASME http www asme org acessado em 08 de setembro de 2008 Site da API http www api org aboutapi history index cfm acessado em 08 de setembro de 2008 Sites da API acessado em 10 de setembro de 2008 endere o http global ihs com doc detail cfm currency code USD amp customer id 21254E2A500A amp shopping cart id 28245833244A40484F5 A4D58250A amp rid APII amp country_code US amp lang_code ENGL amp item_s_key 00010665 amp ite m key date 920431 amp input doc number amp input doc title exchanger acessado em 08 de setembro de 2008 http global ihs com doc detail cfm currency code USD amp customer id 21254E2A500A amp shopping cart id 28245833244 A40484F5A4D58250A amp rid API1 amp country code US amp lang code ENGL amp item s key 00010666 amp ite m key date 931031 amp input doc number amp input doc title exchanger http global ihs com doc detail cfm currency code USD amp customer id 21254E2A500A amp shopping cart id 28245833244A40484F5 A4D58250A amp rid API1 amp country code US amp lang code ENGL amp item s key 00363044 amp ite m key date 040031 amp input doc nu
32. carbono revestido em a o inoxid vel eventuais falhas deste revestimento expondo o substrato de a o carbono ao produto corrosivo devem ser pesquisadas uma vez que dar o origem a pontos de severa corros o localizada Devem ser examinados os agitadores com foco em seus suportes de fixa o que podem ter trincas estado das telas de prote o e desgaste dos rotores Inspecionar o estado e poss veis obstru es das linhas de licor verde fragmentadores de licor verde a vapor chuveiros de recircula o e outros internos do tanque e Sopradores de fuligem Inspecionar quanto ao alinhamento e poss vel exist ncia de trincas corros o e eros o nas lan as estas ltimas ocasionadas geralmente por inadequada purga de condensado Deve se adotar como procedimento a inspe o por gamagrafia nas soldas de lan as novas e reparos executados conferindo lhes maior seguran a contra defeitos que poderiam causar o rompimento do tubo e sua proje o para o interior da caldeira Deve ser examinada por END com especial aten o a solda de uni o entre as ponteiras e as lan as Observar o estado das caixas de selagem dos sopradores montadas junto s penetra es nas paredes da caldeira Proceder tamb m a uma verifica o da estanqueidade das v lvulas do sistema Confiabilidade adicional quanto seguran a dos sopradores de fuligem pode ser alcan ada executando se testes funcionais e din micos com os mesmos O teste conduzido a seco durante
33. de Calor Como Proceder e Desligar o queimador e Providenciar a abertura da v lvula imediatamente 4 7 Falta de Energia El trica Causas e Queda interrup o de fornecimento de energia el trica Como Proceder e Fechar imediatamente a v lvula principal de sa da de vapor Observar a press o indicada no man metro da caldeira verificando se as v lvulas de seguran a abrem na press o m xima de trabalho admiss vel ou abaixo e Toda a caldeira deve ter ilumina o de emerg ncia Nota aconselh vel todo operador de caldeira possuir na casa de caldeira uma lanterna com as pilhas em bom estado e Enquanto a caldeira estiver parada n o se deve realizar a descarga de fundo e Sea caldeira possuir dispositivos tais como injetor a mesma poder ser alimentada manualmente n o esque a de observar o n vel d gua 4 8 Inc ndios Causas e Igni o de g s acumulado na fornalha Pulverizadores entupidos Vazamentos ocasionados por v lvulas conex es etc Vazamentos na tubula o de g s Satura o do ambiente da casa de caldeira por gases combust veis Curto circuito em geral Nota A casa de caldeira deve ter sensores de g s Como Evitar e Evite vazamentos de g s tomando o cuidado de conservar o local de trabalho limpo e Solicite imediatamente os servi os de manuten o quando for verificado qualquer tipo de vazamento e N o use l mpadas desprotegidas e nem equipamentos que possam centelhar emitir fa
34. de Seguran a O teste de abertura das v lvulas de seguran a realizado com a caldeira a plena carga para verifica o de sua sufici ncia FA a e Outros ensaios n o destrutivos ou os ensaios acima em localiza es diferentes das citadas devem ser aplicados segundo necessidades espec ficas e ou suspeitas levantadas nos exames visuais M todos especializados de ultra som como B Scan e o pr prio IRIS por exemplo s o indicados para exame de grandes reas ou locais com limita o de acesso 3 2 2 Lado de gua e Vapor 1 Por ocasi o da inspe o peri dica a qualidade da gua de alimenta o incluindo gua de alimenta o principal de reposi o e condensados que retornam caldeira aferida Uma inspe o interna nos bal es e coletores torna isto poss vel No caso dos coletores devem ser removidos caps para possibilitar esta visualiza o e tamb m ser feita a retirada de amostras dos dep sitos internos e poss veis detritos que ser o analisadas por agente competente Falhas ou defici ncias da camada de xido protetor dep sitos excessivos corros o pitting eros o e outras irregularidades associ veis qualidade da gua s o portanto evidenciadas neste exame dos bal es e coletores Tamb m podem ser cortados trechos de tubos para permitir an lise dos dep sitos internos A inspe o do desaerador e tanque de gua de alimenta o conforme item 3 3 2 abaixo completam esta investiga o
35. de mais de 950 engenheiros volunt rios e est em sua edi o 2007 Boiler and Pressure Vessel Code 2007 Edition Em rela o s caldeiras s o aplic veis as seguintes se es desta norma Se o Caldeiras Se o IIA Especifica es de Materiais Ferrosos Se o IIB Especifica es de Materiais N o ferrosos Se o IIC Especifica es de Materiais para Soldas Se o IID Especifica es de Materiais Usuais Se o V Ensaios N o destrutivos Se o VII Orienta es Recomendadas para a Preserva o de Caldeiras Se o IX Qualifica es para Soldagem Se o Etiqueta Etiqueta de identifica o 10 A seguir s o apresentados alguns aspectos relevantes desta publica o que norteia os projetos destes equipamentos industriais 4 1 Disposi es Gerais 4 1 1 As recomenda es da Se o s o aplic veis s caldeiras nas quais o vapor gerado com uma press o maior que a atmosf rica e caldeiras destinadas a operar com press es superiores a 11 atm e ou temperaturas acima de 121T 4 1 2 Para os casos nos quais os par metros s o inferiores aos especificados no item 4 1 1 pode ser aplicada a Se o IV desde que sejam atendidos seus requisitos 4 2 Materiais 4 2 1 Os materiais submetidos press o devem obedecer a uma das especifica es apresentadas na Se o Il e se limitar aos materiais das tabelas desta mesma se o
36. e nome leg vel e assinatura de t cnicos que participaram da inspe o 13 5 14 Sempre que os resultados da inspe o determinarem altera es dos dados da placa de identifica o a mesma deve ser atualizada 113 031 5 I1 Para facilitar o entendimento iremos detalhar um manual que deve ser seguido na pr tica de uma inspe o Onde est descrito de forma simples deveres obriga es e cuidados que devem ser tomado pelo operador da caldeira inspetor e equipe de inspe o Medidas fundamentais para obten o de um resultado confi vel em uma inspe o de caldeira PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 3 PRINC PIOS E ORIENTA ES GERAIS PARA A INSPE O 1 Deve ser elaborado e mantido pelo propriet rio da caldeira um programa de inspe o documentado detalhado e individual para cada caldeira levando se em conta diferen as de concep o idade condi es de opera o e outras particularidades Este programa deve ser continuamente revisado e atualizado levando em considera o novas observa es e experi ncias Prioritariamente o programa deve observar a conformidade aos requisitos legais 2 Registros hist ricos de cada inspe o devem ser mantidos documentados para futura refer ncia 3 As inspe es devem ser executadas por agente qualificado e habilitado podendo ser pessoal pr prio ou contratado 4 Por ocasi o das inspe es
37. exceto os apresentados nos itens 8 2 8 3 10 e 11 da Se o l 4 2 2 Os materiais al m de atender s especifica es da Se o n o devem trabalhar em temperaturas acima daquelas especificadas nas tabelas da Se o Il 4 2 3 Chapas A chapa de a o que fazem parte das caldeiras sujeita press o expostas ou n o ao fogo ou produtos de combust o devem satisfazer as especifica es para chapas de vasos de press o SA 202 A o Liga Cromo Mangan s Sil cio SA 203 A o Liga N quel SA 285 A o Carbono etc 4 2 4 Forjados Tambores forjados sem costura conforme SA 266 para A o Carbono e SA 336 para A o Liga podem ser usados em qualquer parte de uma caldeira desde que atendidas as especifica es conforme o item 4 2 8 4 2 5 Fundidos Os materiais fundidos devem ser usados na constru o de vasos e partes de vasos conforme as especifica es para cada parte apresentadas no item 4 2 6 Os valores de tens o admiss veis ser o multiplicados por um fator que depende do tipo qualidade da fundi o na norma estes valores est o no item 25 da Se o No caso do ferro fundido usado em partes sob press o normal este deve 11 atender a uma das seguintes normas ASME B16 1 Cast Iron Pipe Flanges and Flanged Fittings ASME B16 4 Cast Iron Threaded Fittings e ASTM A126 4 2 6 Tubos e partes que cont m press o Esses elementos devem atender as especifica es do item 9 da norma n o listadas aqui devido quantid
38. formado pela combust o de produtos de enxofre que se encontram no leo combust vel e Na parte externa da caldeira devido s condi es atmosf ricas 2 3 3 Deteriora o mec nica Aparecimento de trincas e ruptura de materiais devido a e Fadiga t rmica e Flu ncia ou creep e Choques t rmicos PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor e Explos o na c mara de combust o e Uso impr prio das ferramentas de limpeza e Recalque das funda es 2 4 Tipos de Caldeiras Flamotubulares As caldeiras de tubos de fogo ou tubos de fuma a fogotubulares flamotubulares ou ainda g s tubulares s o aquelas em que os gases provenientes da combust o gases quentes circulam no interior dos tubos e a gua a ser aquecida ou vaporizada circula pelo lado de fora Este tipo de caldeira o de constru o mais simples e pode ser classificado quanto distribui o dos tubos que podem ser tubos verticais ou horizontais 2 4 1 Caldeiras de Tubos Verticais Nas caldeiras de tubos verticais os tubos s o colocados verticalmente num corpo cil ndrico fechado nas extremidades por placas chamadas espelhos A fornalha interna fica no corpo cil ndrico logo abaixo do espelho inferior Os gases de combust o sobem atrav s dos tubos aquecendo e vaporizando a gua que est em volta deles As fornalhas externas s o utilizadas principalmente no aproveitamento da q
39. funis de cinzas sob a bancada e economizador O acesso a outros s tios de interesse al m dos citados se solicitado pelo inspetor comissionado deve ser providenciado sem restri es 8 A limpeza mec nica e prepara o das superf cies para inspe o e ensaios devem ser feitas pelos meios adequados e com m ximo cuidado a fim de se evitar a abras o excessiva dos tubos e consequentes perdas de espessura Precau es especiais se aplicam ao uso de jato de areia pelas raz es expostas 9 recomend vel especialmente se houver qualquer suspeita de vazamento na caldeira a execu o de um teste de estanqueidade na mesma com n o mais que a press o de opera o no in cio da parada antecedendo as inspe es propriamente ditas Esta provid ncia permite evidenciar os poss veis vazamentos em tempo h bil para sua corre o evitando a sua constata o apenas no teste hidrost tico final 3 2 Exame Interno O exame visual interno em uma caldeira deve ser extensivo e detalhado sendo recomend vel que seja executado anualmente Abaixo s o descritos os procedimentos gerais para este exame 3 2 1 Lado de Gases 3 2 1 1 Exame visual 1 Os tubos da caldeira devem ser examinados visualmente com foco em corros o eros o abras o desalinhamentos deforma es amassamento empolamento inchamento porosidade trincas rupturas descolora o altera es da textura do material etc Devem se verificar os tubos tamb m quanto a dan
40. inspe o peri dica Nos dois primeiros casos a finalidade b sica a garantia de aus ncia de vazamentos e da integridade resit ncia global do conjunto Entretanto efeitos indesej veis podem resultar do teste inicial como por PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor exemplo uma fratura fr gil No caso da inspe o peri dica a finalidade b sica a aferi o da estanqueidade e a garantia da integridade partindo do princ pio de que se for realizada uma prova de carga com aumento das solicita es mec nicas haver uma garantia de continuidade operacional durante um determinado tempo Se por um lado tem se como requisito o emprego deste tipo de teste por outro a sua utiliza o pode acarretar danos irrevers veis na estrutura do equipamento que na sua maioria j encontravam se presentes as vantagens e desvantagens de se usar o teste hidrost tico podem ser considerados abaixo de acordo com Pereira 2004 a Vantagens gt Importante ferramenta para confirmar a aus ncia de vazamentos gt Confirma o do estado de integridade e capacidade de resistir s condi es operacionais normais no momento de sua realiza o gt Al vio de tens es residuais de soldagem de modo que a estrutura testada funcione mais relaxada b Desvantagens gt Possibilidade de crescimento cr tico de descontinuidade e destrui o do equipamento seja na fabric
41. jazidas A pureza do carv o decorre do processamento das misturas dos materiais celul sicos com as substancias minerais por ocasi o das modifica es verificadas na crosta terrestre O carv o foi formado a partir de restos de vegetais e florestas h centenas de milh es de anos medida que elas morriam eram cobertos por sedimentos lama ou areia trazidas pelo vento Nas profundezas da crosta terrestre sob press o calor e na aus ncia de oxig nio a madeira foi decompondo se perdendo a gua da celulose restando o carv o carbono Um pouco da resina das plantas ficou retida dando origem ao alcatr o A composi o do carv o varia conforme a idade geol gica da jazida podendo ser encontrado em v rios est gios A composi o da celulose baseada em muitos radicais do tipo CH2O n que perde gua sobrando o carbono conforme rea o abaixo n CH O gt n C n HO O carv o mineral considerado um recurso natural n o renov vel por serem necess rios milh es de anos para sua forma o As suas guas amoniacais t m grande import ncia na produ o de adubos qu micos enquanto o alcatr o destina se ind stria qu mica Dele s o extra dos compostos importantes como o benzeno o antraceno o naftaleno o tolueno o fenol etc dos quais podem ser feitos os solventes pl sticos corantes medicamentos inseticidas explosivos ess ncias artificiais de sabor e odor para perfumaria e alimentos A separa o da fase
42. limpeza e encarece o trocador A nota o utilizada para designar os n meros de passes de cada fluido exemplificada na Fig 1 FC x y ie n mero de passes nos tubos n mero de passes No casco TC 2 1 Figura 1 Nota o para designar os n meros de passe de cada flu do Com rela o ao tipo de escoamento relativo dos fluidos do casco e dos tubos ilustrados na Fig 2 podemos ter escoamento em correntes paralelas fluidos escoam no mesmo sentido e correntes opostas fluidos escoam em sentidos opostos 5 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor correntes correntes paralelas opostas Figura 2 Demonstrativo de escoamentos para correntes paralelas e opostas Para cada um destes casos de escoamento relativo a varia o da temperatura de cada um dos fluidos ao longo do comprimento do trocador pode ser representada em gr fico como mostra a Fig 3 As diferen as de temperatura entre os fluidos nas extremidades do trocador para o caso de correntes paralelas s o te Te que sempre m xima DT max ts Ts que sempre minima DT mi No caso de correntes opostas as diferen as de temperatura nas extremidades te Ts e tg Te podem ser m xima DT max ou m nima DT min dependendo das condi es espec ficas de cada caso O fluxo de calor transferido entre os fluidos em um trocador diretamente proporcional di
43. longo per odo Quando considerando a substitui o de uma caldeira velha considere os seguintes pontos para ter certeza de que est fazendo a avalia o correta de sua situa o 2 7 6 1 Custos de Manuten o Verifique seus custos de manuten o cuidadosamente A caldeira velha est lhe custando dinheiro de v rias formas seja por manuten es emergenciais tempo parado maior tempo em manuten o passado e pendentes dificuldade em encontrar pe as e s vezes caras tempo do operador em manter a unidade em linha al m de problemas no vaso queimador e refrat rios Muitos destes custos podem estar escondidos em seu or amento de manuten o geral Voc est pagando o pre o por ter desatualizado sua casa de caldeira Mas o custo precisa ser investigado e totalizado 2 7 6 2 Performance da Caldeira PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor As caldeiras Steammaster t m um padr o de performance muito maior do que o de projetos antigos e os ditos modernos Baixo excesso de ar Opera o autom tica Projeto de queimador Controle da combust o eletr nico Tecnologia de baixa emiss o e Garantia da alta efici ncia Baixa manuten o 2 7 6 3 Mudan a de combust vel Se sua caldeira antiga utiliza um combust vel e voc deseja trocar ou precisa avaliar diferentes combust veis reveja os custos de convers o e manuten o avalie a performance
44. ncia A efici ncia da caldeira quando calculada pelo m todo de equil brio de calor ASME inclui perdas na chamin e radia o e convec es Mas que fatores t m efeito maior na efici ncia de uma caldeira Em uma primeira discuss o o projeto da caldeira o maior fator S o fatores chaves para entendermos os c lculos de efici ncia da caldeira Temperatura dos gases Temperatura da chamin Especifica es do combust vel Ar excesso Temperatura do ar ambiente Perdas por radia o e convec o PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 2 7 5 1 Temperatura dos gases E a temperatura dos gases combustos assim que saem da caldeira Um modo em potencial de manipular um valor de efici ncia utilizar uma temperatura dos gases menor do que a real nos c lculos Quando estiver analisando um c lculo de efici ncia verifique a temperatura dos gases Ela real Ela pr xima ou menor do que a temperatura dos fluidos gua no interior da caldeira Para caldeiras FOUR Steammaster garantimos temperaturas de gases de chamin t o baixas quanto 45 C acima da gua da caldeira para 100 da carga E isto s a Steammaster faz N o seja tolo em estimar temperaturas de chamin Tenha certeza da prova dela 2 7 5 2 Especifica o do Combust vel A especifica o do combust vel pode tamb m ter um efeito dram tico sobre a efici ncia No caso de combust
45. ou da press o for significativamente apreci vel requerendo material de constru o especial ou outros cuidados especiais ent o esse fluido merece uma prefer ncia de circular pelos tubos 2 5 4 Fluido com menor velocidade de escoamento Uma velocidade baixa de escoamento prejudica a troca t rmica Devido possibilidade de coloca o conveniente de chicanas transversais mais f cil provocar uma turbul ncia intensa no casco do que no lado dos tubos Logo mesmo que a vaz o de escoamento seja baixa h um recurso construtivo chicana para incrementar a troca t rmica no lado do casco Ent o quando a diferen a entre as vaz es significativa em geral mais econ mico circular o fluido de menor vaz o no lado do casco e o de maior vaz o no lado dos tubos 2 5 5 Fluido mais viscoso Um fluido com alta viscosidade tamb m dificulta a troca t rmica Assim pelo mesmo motivo do item anterior circula se o fluido mais viscoso no lado do casco onde mais f cil intensificar a turbul ncia Mas se a diferen a de viscosidade entre os dois fluidos for pequena nesse caso torna se indiferente a sua loca o quanto ao crit rio de viscosidade 2 5 6 Fluidos letais e t xicos Para opera o desses fluidos por motivos de seguran a a veda o fundamental A estanqueidade mais simples de ser garantida no lado dos tubos usando um espelho chapa onde est o consolidados os tubos duplo por exemplo Ent o os fluidos p
46. outro meio de aumentar e afici ncia total Isto significa que o vapor de descarga da turbina de alta press o retorna caldeira onde reaquecido at perto da temperatura inicial de superaquecimento antes de entrar na turbina de baixa press o com uma entalpia substancialmente maior PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Fonte Martinelli J nior 1998 SUPERAQUECEDOR TUBULAO DE VAPOR a ECONONIZADOR ty PREAQUECEDOR OS TRIBUIDOR 2 TUBUL O DE GUA Figura 2 Caldera Flamotubular Escocesa Figura 1 Caldeira Flamotubular Escocesa com Superaquecedor e Economizador 2 SUPERAQUECIMENTO E REAQUECIMENTO 21 Superaquecedores e reaquecedores s o superf cies de absor o de calor que tem como finalidade aumentar a temperatura do vapor acima do seu ponto de satura o Existem v rios motivos para faze lo Primeiro por constituir um evidente ganho termodin mico na efici ncia A segunda vantagem que o superaquecimento seca o vapor necess rio para um processo industrial ou para ser admitido em uma turbina nessa condi o eliminando a possibilidade de um elevado teor de umidade nos ltimos est gios e consequente eros o das palhetas O ganho total na taxa de rendimento de uma usina geradora atribu da pr tica de superaquecimento do vapor varia com a press o podendo no entanto ser considerado de 3 para cada
47. por meio de mandrilamento ou soldagem O feixe tubular ou tubos de fogo composto de tubos que s o respons veis pela absor o do calor contido nos gases de exaust o usados para o aquecimento da gua Ligam o espelho frontal com o posterior podendo ser de um dois ou tr s passes PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor espelho tubo fornalha 2 6 Figura 11 Partes das caldeiras flamotubulares A caixa de fuma a o local por onde os gases da combust o fazem a revers o do seu trajeto passando novamente pelo interior da caldeira pelos tubos de fogo O desenho a seguir mostra os componentes de uma caldeira flamotubular t pica irma ce revarnho da ques viivat ms che espuran a A quariede ventirad EMP os lt a passage e ps espeito S P vorseyevi Figura 12 Caldeira flamotubular t pica 2 7 Efici ncia de uma caldeira fogotubular A efici ncia de uma caldeira fogotubular n o um c lculo misterioso esta breve explana o tem o objetivo de orientar t cnicos e engenheiros sobre a efici ncia das caldeiras e para os usu rios do programa efici ncia steammaster e se para muitos o assunto j repetitivo para outros pode ser muito esclarecedor persistindo d vidas entre em contato efici ncia da combust o efici ncia de combust o a indica o da habilidade do queimador em queimar o
48. requisito m nimo para participa o como aluno no Treinamento de Seguran a na Opera o de Caldeiras Este requisito importante medida que necess ria uma capacidade b sica de leitura para comunica o de falhas acidentes ou emerg ncias nas reas onde est o os equipamentos 3 4 Seguran a na Manuten o de Caldeiras 3 4 1 Todos os reparos ou altera es em caldeiras devem respeitar o projeto de constru o e prescri es do fabricante quanto aos materiais procedimentos de execu o de controle de qualidade qualifica o e certifica o de pessoal 3 4 2 Projetos de Altera o ou Reparo devem ser concebidos previamente sempre que as condi es de projeto forem modificadas e sempre que forem realizados reparos que possam comprometer a seguran a 3 4 4 Todas as interven es que exijam mandrilamento ou soldagem em partes que operem sob press o devem ser seguidas de teste hidrost tico com caracter sticas definidas pelo PH 3 4 5 Os sistemas de controle e seguran a da caldeira devem ser submetidos manuten o preventiva ou preditiva 3 5 Inspe o de Seguran a de Caldeiras 3 5 1 As caldeiras devem ser submetidas a inspe es de seguran a inicial peri dica e extraordin ria conforme prazos estabelecidos na NR 13 3 5 2 Inspe o de seguran a inicial deve ser feita em caldeiras novas antes da entrada em funcionamento no local de opera o devendo compreender exames
49. retos para efetuar a inje o a vapor outro tipo o retr til que opera automaticamente e mediante controle remoto usado para extra o do ac mulo de incrusta es nos tubos da caldeira parede da fornalha ou do superaquecedor e economizador ou seja na parte de alta temperatura dos gases Pode s vezes ser obtida uma economia de 25 em tempo e meio de sopragem usando motores el tricos como elemento de acionamento a sopradores deste tipo Pode ser do tipo combinado isto retr til e rotativo acionado por dois motores atravessando a caldeira a uma determinada velocidade e retraindo se ao dobro da mesma ou simplesmente do tipo rotativo usando normalmente para as superf cies de convec o nas zonas de baixa temperatura do g s abaixo de 800 C Como dissemos a gua pode ser outro elemento usado para a sopragem de tubos devendo neste caso o sistema ser usado quando o gerador se encontra fora de servi o ou operando sob cargas muitos baixas resultando num meio pr tico para as partes de baixa temperatura da caldeira ou para a totalidade da rea exposta ao fogo Lan as operadas manualmente podem ser usadas para este servi o gua quente com um valor elevado do pH em quantidades cuidadosamente calculadas pose ser meio geralmente seguro Superaquecedores constru dos em a o liga n o devem ser soprados com gua para evitar a possibilidade de choque t rmico Uma classifica o dos sistemas b sicos de sopradores explanando os sistemas
50. s lida da l quida feita por destila o O carv o fechado em um recipiente retorta e aquecido Os gases e o alcatr o vaporizam se e a fase l quida recondensada em recipientes separados O res duo s lido que sobra na retorta chamado carv o coque usado principalmente na siderurgia devido a sua pureza O g s produzido uma mistura de hidrog nio mon xido de carbono e metano utilizado como g s combust vel g s de rua PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 2 2 Petr leo O petr leo uma substancia l quida f ssil natural de origem org nica formada no subsolo ao longo dos anos pela a o da temperatura e press o O petr leo formado basicamente por hidrocarbonetos saturados de cadeia n o c clica por m podemos encontrar tamb m alguns contendo hidrocarbonetos c clicos Tamb m s o substancia presentes no petr leo os compostos oxidados como os naftenicos cidos org nicos fen is alde dos e substancia asf lticas O petr leo quando extra do do sub solo n o pode ser utilizado diretamente tendo que ser submetido a um processo de destila o fracionada de onde s o extra dos os produtos conhecidos como leos residuais A destila o fracionada feito em uma grande torre met lica conforme Fig 1 onde o petr leo vaporizado em uma fornalha e entra por baixo de uma coluna A mistura de hidrocarbonetos gasosos esfriam me
51. se aten o especial s curvas partes adjacentes ou jusante de v lvulas deriva es pontos de dosagem de 10 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor qu micos ou onde quer que a geometria da linha favore a o aumento de turbul ncia e o impingimento do fluido contra as paredes dos tubos A medi o ultra s nica de espessura o recurso indicado Como a corros o pode ocorrer de forma localizada importante que se me a a intervalos criteriosamente definidos ao redor de toda a circunfer ncia do tubo e que seja feito um grid adequado de pontos de medi o nas reas suspeitas Se necess rio inspecionar internamente com um endosc pio a apar ncia rugosa t pica da superf cie interna das regi es corro das ser facilmente identificada com este instrumento e Linha de vapor principal Est sujeita principalmente acumula o de danos de longo prazo objeto de outro documento do CSCRB mas ainda assim deve receber certa aten o tamb m nas inspe es anuais Nestas ocasi es devem ser verificadas principalmente as condi es gerais de suporta o estado visual e funcionamento dos suportes el sticos exame por END nos olhais e outros dispositivos de suspens o soldados tubula o De modo particular em caldeiras onde parte da linha de vapor esteja sujeita a intemp ries aten o deve ser dada possibilidade de corros o externa sob o isol
52. sulfato que eventualmente ficam presas ao teto paredes e pain is ap s a lavagem evitando acidentes com sua queda durante os trabalhos internos 4 Todas as portas de visitas e outras aberturas da caldeira precisam ser abertas Ap s a abertura das portas dos bal es ar frio deve ser insuflado em seu interior para promover um resfriamento mais r pido 5 Ilumina o geral interna de baixa voltagem deve ser providenciada bem como lumin rias manuais para todas as partes a serem localmente examinadas 6 O teto de seguran a precisa obrigatoriamente ser montado antes que qualquer trabalho seja iniciado na fornalha baixa Deve ser observada a perfeita veda o entre as partes do teto de seguran a e as paredes da caldeira garantindo que n o haja aberturas que possam permitir a queda de materiais na fornalha E essencial proceder se a uma cuidadosa PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor inspe o das vigas e demais elementos que comp em o teto de seguran a antes de cada montagem e utiliza o do mesmo 7 Um andaime r gido e seguro deve ser erguido para possibilitar a inspe o em toda a altura da fornalha bem como em todas as linhas de sopragem nos superaquecedores at o teto importante que o andaime proporcione quando poss vel f cil acesso entre os diferentes n veis dos superaquecedores e nunca obstrua bocas de visita Plataformas devem ser montadas nos
53. superaquecedor por convec o para se obter uma temperatura establecida com 70 da carga torna poss vel manter constante a temperatura sob cargas elevadas permitindo que parte do g s seja derivado atrav s de uma passagem paralela 2 Inclina o dos queimadores na fornalha Com a inclina o dos queimadores no sentido do piso da fornalha parte do calor ser absorvido pelas paredes de gua motivo que determinar um relativo resfriamento dos gases que entram no superaquecedor Se a inclina o for realizada no sentido vertical o calor absorvido pelas paredes de gua ser menor maior ser a temperatura dos gases e consequentemente produzir se uma eleva o do superaquecimento Os queimadores podem sofrer inclina es de 30 acima e abaixo da horizontal 3 Emprego de queimadores auxiliares Trocando a posi o dos queimadores colocando as em locais mais elevado que os do bloco principal e funcionando alternadamente poder ser controlada a temperatura do superaquecedor obtendo se praticamente o mesmo efeito que com o m todo de inclina o j descrito 4 Esfriamento por aspers o A temperatura do vapor pode tamb m ser controlada mediante inje o de jatos de gua seja antes do superaquecedor ou entre as sec es deste 5 Controle da precondensa o Este m todo usa um trocador condensador resfriado por gua de alimenta o atrav s de uma deriva o colocada na linha que fornece gua no economizador 6 Recircula
54. trabalhar com a velocidade correta dos gases Cada passe da caldeira possui uma rea seccional que garante a velocidade correta do g s e alta taxa de transfer ncia de calor 2 7 7 2 Superf cie de aquecimento Em termos gerais a superf cie de aquecimento em metros quadrado exatamente a porta por onde o calor gerado na combust o pode ser transmitido para a gua gerando o vapor de nada adianta um bom queimador e qualquer outro artif cio sem rea de aquecimento n o se reduz a rea de aquecimento sem graves preju zos para a efici ncia da caldeira e at para a produ o de vapor Uma caldeira com pequena rea de aquecimento pode produzir o vapor prometido muitas vezes n o o fazem por m a durabilidade do equipamento ser seriamente afetada e a efici ncia alcan ada pode durar por apenas algumas semanas A superf cie de aquecimento padr o para uma caldeira fogotubular Steammaster abaixo de 270cm2 x Kg de vapor Porque este padr o Na Steam Master cada detalhe do projeto calculado com precis o e na rea de aquecimento n o diferente A transfer ncia por radia o convec o na fornalha a convec o e radia o gasosa nos tubos tudo calculado o que no caso da rea de aquecimento pode resultar em redu o da superf cie Por m nossos testes nos mostram e comprovam ano ap s ano que somente nosso padr o adotado 270cm2 Kg de vapor garante a produ o de vapor e efici ncia cont nua por toda a vida da caldei
55. vel em lt http www ucs br ccet demc craltafi TrocadoresdeCalor pdf gt Acesso em 17 de agosto de 2008 Jr Durval Piza de Oliveira Carvalho Paulo S rgio Germano de Terassovich Roberto Lage Afonso Roberto Marcos Transmiss o de Calor B sica 2 ed 1986 Kern Donald Q Processos de transmiss o de Calor 1 ed Rio de Janeiro 1980 Song Tah Wun S o Paulo Condi es de processo num Trocador de Calor 2007 Dispon vel em lt http members tripod com collatio regeq condies htm gt Acesso em 09 set 2008 22 15 30 Tonin Paulo C sar Negr o Cezar Otaviano Ribeiro Monitoramento da Performance T rmica de Trocadores de Calor 2 Congresso Brasileiro de P amp D em Petr leo amp G s Rio de Janeiro Dispon vel em lt http www portalabpg org br PDPetro 2 4042 pdf gt Acesso em 29 de agosto de 2008 Tonin Paulo C sar Metodologia para Monitoramento do Desempenho T rmico de Redes de Trocadores de Calor Programa De P s Gradua o em Engenharia Mec nica e de Materiais do Centro de Educa o Tecnol gica Do Paran 1983 Dispon vel em http www ppgem ct utfpr edu br ppgem dissertacoes TONIN Paulo Cesar pdf gt Acesso em 20 de agosto de 2008 13 DIREITOS AUTORAIS Os autores s o os nicos respons veis pelo conte do do material impresso e autorizam o uso do seu conte do pela coordena o do curso e ministrante da disciplina 16 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS 17 Disciplina Fabr
56. 3 TEMA A Tubular Exchanger Manufacturers Association Inc TEMA uma associa o dos fabricantes de trocadores de calor do tipo casco tubo fundada h mais de 60 anos nos estados Unidos Pioneira na pesquisa e desenvolvimento de trocadores de calor caso tubo a TEMA comercializa uma norma espec fica que leva o nome da institui o TEMA e programa de computador para c lculo deste equipamento A TEMA uma institui o muito importante pois congrega os fabricantes do tipo mais importante de trocador de calor na ind stria de Petr leo casco tubo do pa s mais de maior economia Estados Unidos a principal codifica o deste tipo de equipamentos e serve de refer ncia para diversas normas no Brasil 2 1 4 ASME A American Society of Mechanical Engineers ASME fundada em 1880 uma associa o americana de engenheiros mec nicos respons vel pela publica o de diversas normas particularmente para vasos de press o Por sua import ncia e utiliza o na especifica o deste tipo de equipamento e pelo fato do trocador de calor sob certo aspecto ser tamb m um vaso de press o complementado pelos feixes tubulares de troca de calor por exemplo a norma ASME se o VIII bastante utilizada tamb m em trocadores de calor 2 1 5 API A American Petroleum Institute API criada em 1911 ou seja durante a primeira guerra mundial uma associa o americana que engloba todos os aspectos da ind stria do petr leo T
57. 3 5 7 As v lvulas de seguran a instaladas em caldeiras devem ser inspecionadas periodicamente conforme segue 113 028 5 14 a pelo menos 1 uma vez por m s mediante acionamento manual da alavanca em opera o para caldeiras das categorias Be C b desmontando inspecionando e testando em bancada as v lvulas flangeadas e no campo as v lvulas soldadas recalibrando as numa frequ ncia compat vel com a experi ncia operacional da mesma por m respeitando se como limite m ximo o per odo de inspe o estabelecido no subitem 13 5 3 ou 13 5 4 se aplic vel para caldeiras de categorias AeB 13 5 8 Adicionalmente aos testes prescritos no subitem 13 5 7 as v lvulas de seguran a instaladas em caldeiras dever o ser submetidas a testes de acumula o nas seguintes oportunidades 113 029 3 14 a na inspe o inicial da caldeira b quando forem modificadas ou tiverem sofrido reformas significativas c quando houver modifica o nos par metros operacionais da caldeira ou varia o na PMTA d quando houver modifica o na sua tubula o de admiss o ou descarga 13 5 9 A inspe o de seguran a extraordin ria deve ser feita nas seguintes oportunidades a sempre que a caldeira for danificada por acidente ou outra ocorr ncia capaz de comprometer sua seguran a b quando a caldeira for submetida altera o ou reparo importante capaz de alterar suas condi es de seguran a c antes de a caldeira ser recolocada em fu
58. 3 Ensaios n o destrutivos Correntes parasitas em tubos n o ferromagn ticos instalados em trocadores de calor Objetivos Estabelece os requisitos m nimos para a execu o do m todo de ensaio por correntes parasitas e os requisitos de equipamentos quando aplic veis aos tubos n o ferromagn ticos instalados em trocadores de calor empregados em sistemas de gera o de vapor 2 3 7 NBR15246 Ensaios n o destrutivos Ensaio por campo remoto em tubos ferromagn ticos instalados em trocadores de calor Objetivos Estabelece os requisitos m nimos a serem seguidos durante o ensaio por campo remoto em tubos ferromagn ticos instalados em trocadores de calor empregados em instala es industriais Destina se ao uso em tubos ferromagn ticos co di metro externo de 12 mm a 51 mm com espessura de parede entre 0 7 mm e 3 4 mm 2 3 8 NBR5029 Tubo de cobre e suas ligas sem costura para condensadores evaporadores e trocadores de calor Objetivos Fixa condi es exig veis que devem satisfazer os tubos sem costura de cobre e suas ligas para condensadores evaporadores e trocadores de calor 2 3 9 NBR5583 Tubo de a o de baixo carbono sem costura trefilado a frio para permutadores de calor Objetivos Fixa condi es exig veis a tubos de a o de baixo carbono sem costura trefilados a frio para permutadores de calor e aparelhos similares de transfer ncia de calor 2 3 10 NBR5584 Tubo de a o cromo molibd nio e cromo molibd ni
59. 4 9 0 0 2650 Cloreto Cl 2 8 0 7 18980 Flureto F 0 0 1 4 Nitrato NO3 0 1 6 1 5 S dio total dissolvidos 150 25 5 34450 Dureza total CaCO3 55 12 0 6250 Dureza nao carbonica CaCO3 0 0 6126 Cor 25 5 Clara Turbidez ppm SiO2 5 5 33 0 PH em unidades de pH 7 5 6 8 7 5 a 8 4 Di xido de carbono livre 8 0 7 2 0 Fonte Rice James K 1979 PROBLEMAS DE AGUAS INDUSTRIAIS Problemas operacionais decorrentes pela forma o de depostos corros o de metais espuma em sistemas geradores de vapor e lodo microbiol gico e deteriora o de madeira em sistemas de refrigera o de gua PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Problemas gerais Causados por impurezas na gua Descri o Corros o uniforme Corros o localizada Corros o por stress Dezincifica ao do lat o Ataque do lat o por am nia Corros o de metais dissimilares Ataque de a o inoxid vel por cloretos Ataque caustico x Ataque por hidrog nio f f f x Forma o de dep sitos inorg nicos x Lodo microbiol gico Deteriora o da madeira de torres de refrigera o Arraste x x gt gt lt gt gt gt lt od xix lA xx Ito x x 12 x gt gt lt bel ps gt lt gt lt PRY x 1 gt s I x 1 1 1 I gt lt PS S gt lt Mixx
60. BR PETROBRAS manp COMPROMISSO COM INVESTIMENTO EM O ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS DISCIPLINA DE FABRICA O E MONTAGEM DE CALDEIRAS E TROCADORES DE CALOR AGOSTO SETEMBRO DE 2008 Escola Polit cnica Depto Enga Mec nica Prominp TIPOS E APLICA ES DE CALDEIRAS 1 Nilson Ribeiro Leite ribeiroleiti ig com br Renato de Abreu Milit o Renato militao Ohotmail com Escola Polit cnica Depto de Engenharia Mec nica da EPUSP PROMINP ribeiroleiti ig com br Escola Polit cnica Depto de Engenharia Mec nica da EPUSP PROMINP Renato_militao hotmail com Resumo Este trabalho teve como objetivo estudar as caldeiras ou geradores de vapor que s o equipamentos utilizadosn a transformar gua em vapor Abordaremoos as suas classifica es Flamotubulares e Aquotubulares Esse equipamentos s o usados para instala es onde se deseja ter a obten o de vapor ou vapor superaquecido na qual trocara calor com um fluuido de menor temperatura Este trabalho foi desenvolvido na disciplina do curso de Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor do programa do Curso de Especializa o de Engenheiro de Suprimentos Constru o e Montagem amparado pelo Depto de Engenharia Mec nica da EPUSP Palavras chave caldeiras flamotubula aquotubular 1 INTRODU O Caldeira ou Gerador de vapor um equipamento que se destina a gerar vapor atrav s de um troca t rmica entre o combust vel e a gua sendo que isto
61. Caldeira aquotubular t pica 4 economizador q alim de agua q pr aquecedor de ar soprador ______ lt q exaustor Figura 4 Superaquecedor 2 3 Causas de deteriora o de caldeiras Veremos a seguir tr s tipos de males que ocorrem em caldeiras os quais podem ser agravados pela ocorr ncia de mais de um simultaneamente 2 3 1 Superaquecimento O superaquecimento consiste na eleva o da temperatura de componentes ou de partes de componentes acima da temperatura m xima a que o material pode resistir sem sofrer danos Esta eleva o de temperatura localizada pode ser devida Deposi es nas paredes dos tubos e externas gt devido ao leo combust vel e internas gt devido incrusta o de material existente na gua Incid ncia de chama provocada por e funcionamento anormal e defici ncia de montagem e defeito do queimador Circula o deficiente de gua devido a e Obstru es internas e Falha de alimenta o Deteriora o do refrat rio 2 3 2 Corros o e Internamente aos tubos tubul o coletores etc devido a defici ncia de tratamento da gua e no caso da presen a de oxig nio O2 Je di xido de carbono CO2 dissolvidos devido a m desaera o e Externamente aos tubos devido forma o de sais de van dio no caso de o mesmo estar presente no leo combust vel que agem como catalisadores na forma o de cido sulf rico a partir de S0
62. D di metro equivalente m D fator de corre o dos efeitos da viscosidade com a temperatura a temperatura do fluido e 4 p temperatura da parede 11 1 1 Vaz o M ssica por rea M G 21 A onde DI C B a rea de escoamento 22 T onde PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS 12 Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor DI distancia atrav s dos feixes m C espa o vazio entre os tubos m 1 B espa amento das chicanas D gt B gt a m P passo dos tubos m QUADRADO TRIANGULAR Figura 7 Disposi es comuns para tubos de trocadores 11 1 2 N mero de Intersec es L Ng NLS 23 onde N n mero de chicanas L comprimento dos tubos m 11 1 3 Di metro Equivalente Lado da Carca a _ 4 rea de escoamento D 24 per metro molhado Per metro molhado per metro da se o do conduto que est em contato com o fluido Para passo quadrado 2 2 ad 4 P D 4 25 i xd para passo triangular 1 1 ad 4 p asep gt 2 2 4 D 26 1 5 md d o di metro externo do tubo PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS 13 Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 0 14 p Ead 27 Hp P 1 0 quando a temperatura da parede n o difere apreciavelmente da temperatura cal rica do fluido 11 1 4 Determina o do Coeficiente de Atrito f 11 1 4 1 C lculo do N mero de
63. E TRANSFER NCIA DE CALOR Coeficiente global de transfer ncia de calor definido por U i 3 1 1 r 1 e In hur k r hor onde resist ncia t rmica da pel cula do fluido interna convec o interna ii 1 r A 2 In resist ncia t rmica da parede do tubo condu o ky resist ncia t rmica da pel cula do fluido externo convec o externa me h E h respectivamente os coeficientes de pel cula ou convec o dos fluidos externo e interno W m C ou W mK k coeficiente de condutividade t rmica W m C ou W m K are ee F respectivamente os raios externo e interno do tubo m Como o objetivo do trocador de calor facilitar a troca de calor entre fluidos evidente que sempre ser o usados tubos de paredes finas ou seja de resist ncia t rmica desprez vel E como para tubos de paredes finas ri re pode se fazer outra simplifica o ri re 1 Assim a Eq 3 se reduz a U 4 6 FATOR DE CORRE O Em trocadores tipo TC 1 1 f cil identificar a diferen a de temperatura entre fluidos nos terminais No entanto n o poss vel determinar estes valores em trocadores com mais de um passe nos tubos e ou casco Neste caso as temperaturas das extremidades nos passes intermedi rios s o desconhecidas Em casos assim o MLDT deve ser calculada como se fosse para um TC 1 1 trabalhando em correntes opostas e corrigida por um fator de corre o F
64. EMBRO DE 2008 Escola Polit cnica Depto Enga Mec nica Prominp Todas as interven es que exijam mandrilamento ou soldagem em partes que operem sob press o devem ser seguidas de teste hidrost tico com caracter sticas definidas pelo Profissional Habilitado Os sistemas de controle e seguran a da caldeira devem ser submetidos manuten o preventiva ou preditiva As caldeiras e vasos de press o devem ser submetidas inspe es de seguran a inicial peri dica e extraordin ria sendo considerado condi o de risco grave e iminente o n o atendimento aos prazos estabelecidos na NR 13 A inspe o de seguran a inicial deve ser feita em caldeiras novas antes da entrada em funcionamento no local de opera o devendo compreender exames interno e externo teste hidrost ticos 2 CONSIDERA ES GERAIS SOBRE INSPE O DE CALDEIRA O primeiro passo para entender como funciona e os cuidados que devem ser tomados em uma inspe o de caldeira conhecer a NR 13 Caldeiras e Vasos de Press o 113 000 5 Como o objetivo deste artigo est relacionado inspe o de seguran a de caldeira estaremos enfatizando os t picos de 13 5 13 5 14 Onde podemos observar NR 13 13 5 Inspe o de seguran a de caldeiras 13 5 1 As caldeiras devem ser submetidas a inspe es de seguran a inicial peri dica e extraordin ria sendo considerado condi o de risco grave e iminente o n o atendimento aos prazos estabelecidos n
65. ENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor q U AAt Fr m c At M co AT 9 8 FATOR DE FULIGEM INCRUSTACAO Com o tempo v o se formando incrusta es nas superf cies de troca de calor por dentro e por fora dos tubos Estas incrusta es sujeira ou corros o v o significar uma resist ncia t rmica adicional troca de calor Esta resist ncia t rmica adicional deve aparecer no denominador da Eq 4 e denominada fator fuligem simbolizada por Rg U 10 onde U p coeficiente global de transfer ncia de transfer ncia de calor levando em conta o acumulo de fuligem ou seja sujo 3 R q fator de fuligem h m2 C Kcal no Sistema M trico e m C W no Sistema Internacional R fator fuligem interno R R R e R fator fuligem R fator fuligem externo Portanto a Eq 5 considerando o coeficiente global sujo U dada pela seguinte express o g U A AE 11 9 M TODO DE AN LISE DA EFETIVIDADE NUT Analisar o trocador de calor a partir da diferen a logar tmica simples quando as temperaturas de entrada dos fluidos s o conhecidas e as temperaturas de sa da s o especificadas ou quando podem ser facilmente determinadas pelo Balan o T rmico Mas quando se conhecem somente as temperaturas de entrada este m todo exige um processo iterativo Diante disso Jer nimo et al 1997 propuseram uma metodologia para o monitoramen
66. Logo a maioria dos c lculos de efici ncia s o baseados em temperaturas ambientes de 26 C Quando analisar os c lculos da efici ncia garantida verifique as condi es do ar ambiente utilizado Se um valor maior que 26 C for utilizado ele n o est consistente com a boa pr tica E se a caldeira ficar do lado de fora da casa a efici ncia ser ainda menor independentemente do projeto da caldeira Para determinar seu uso atual de combust vel pe a para que a efici ncia seja calculada nas condi es de ambiente reais 2 7 5 5 Perdas de convec o e radia o As perdas de convec o e radia o representam as perdas de calor do vaso de press o Caldeiras s o isoladas para minimizar estas perdas No entanto toda caldeira tem perdas de convec o e radia o s vezes a efic cia representada sem as perdas de convec o e radia o Isto n o um reflexo verdadeiro do uso do combust vel da caldeira O projeto da caldeira tamb m pode ter um efeito nas perdas de convec o e radia o PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Perdas de radia o e convec o s o tamb m uma fun o da velocidade do ar na casa de caldeiras Uma t pica casa de caldeira n o tem velocidades de vento altas Caldeiras operando do lado de fora no entanto ter o maiores perdas de convec o e radia o O termo efici ncia da caldeira frequentemente substi
67. QUEIMADORES EM CALDEIRAS Bruno Carbonaro Franco Silva bruno carbonaroQ yahoo com br Valdir da Silva vlsi ig com br Prominp Escola Polit cnica Depto Eng Mec nica Resumo O trabalho tem como intuito explorar a quest o dos combust veis dispon veis para aplica o industrial em caldeiras assim como os processos de obten o dos produtos e as caracter sticas necess rias upara utiliza o dos mesmos de forma adequada Tamb m feita a an lise dos tipo dos princ pios de combust o nas caldeiras e os queimadores e equipamentos utilizados na queima dos combust veis Palavras chave combust veis queimadores caldeiras petr leo 1 INTRODU O Nos ltimos s culos os seres humanos t m experimentado um gigantesco avan o tecnol gico que proporciona desenvolver novas possibilidades para maximizar o conforto gerar uma maior produtividade nas tarefas e um emprego cada vez menor de recursos para obter um melhor resultado sempre buscando empregar a energia da forma mais racional e em menor quantidade Com isso desenvolveram se os combust veis buscando dar forma as transforma es requeridas gerando cada vez mais energia com uma menor quantidade empregada e buscando sempre um aproveitamento m ximo das fontes de combust veis refinando mais e melhor e obtendo os res duos do refino mais nobres do que o elemento original A utiliza o dos combust veis nas caldeiras busca sempre obter a maior efici ncia em rela o ao trabalh
68. Reynolds R R E e 28 u viscosidade N s m Com o n mero de Reynolds obtenho f atrav s da Fig 8 que representa os fatores de atrito do lado da carca a Figura 8 Fatores de atrito do lado da carca a 11 2 Perda de Carga nos Bocais do Casco AP ocat PAZ N m 29 onde Z fator de perda de carga nos bocais do casco dado por Z CV 30 onde onde Voe a velocidade no bocaL calculada por Vi 81 onde D di metro interno do bocal do casco As vari veis C e n s o calculadas de acordo com a Tab 1 abaixo onde PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor M ee 32 Pe Dy Tabela 1 Vari veis C e n para determina o da perda de carga nos bocais do casco M lt 01 C 0 030938 n 1 99505 O1 lt M lt 1 C 0 0275669 0 12767M 0 0344139M ee pda n 1 61077 1 0775M 0 770999M S 0I lt M lt 1 C 0 0332126 0 0115125M 0 0487575M V gt 2 n 1 989924 0 1666M 0 0872508M S M gt 1 C 0 0554813 0 102512M 0 00015182M yei n 1 45118 0 152593M 0 0223365M 0 00110093M S M gt 1 C 0 0276667 0 0186532M 0 000714327M Vasto n 1 97235 0 068384M 0 00279737M S 11 3 Perda de Carga nos Tubos f G Lan N m 9g pd e onde f coeficiente de atrito G E RR lt Z 2 Vaz o m ssica por rea kg
69. S o Paulo Nadrup I e Novaes M S de 1981 Opera o de Caldeiras de Vapor CNI Rio de Janeiro pp 88 Pankratov G 1987 Problemas de Termotecnia Editorial Mir Moscou pp 236 P ra H 1966 Geradores de Vapor de gua Gr mio Polit cnico da USP S o Paulo pp 288 Torreira R P 1995 Geradores de Vapor Companhia Melhoramentos ISBN 900126 S o Paulo pp 710 IBP 1976 Inspe o em Permutadores de Calor Instituto Brasileiro de Petr leo Guia n 4 Rio de Janeiro pp 24 IBP 1974 Causas Gerais e de Deteriora o e Avaria dos Equipamentos Inspe o de equipamentos Guia n 6 Rio de Janeiro pp 46 IBP 1976 Inspe o de Caldeiras Instituto Brasileiro de Petr leo Inspe o de Equipamentos Guia n 5 Rio de Janeiro pp 23 Minist rio do Trabalho Secretaria de Seguran a e Sa de no Trabalho 1995 Norma Regulamentadora n 13 Caldeiras e Vasos de Press o D 0 U Bras lia Dantas E 1988 Gera o de Vapor e gua de Refrigera o Falhas Tratamentos Ed Interci ncia Porto Alegre pp 305 American Society of Mechanical Engineers 1980 Power Boilers ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section I New York pp 300 Associa o Brasileira de Normas T cnicas 1990 Caldeira Estacion ria Aquotubular e Flamotubular a Vapor NBR 11096 Rio de Janeiro Associa o Brasileira de Normas T cnicas 1976 Amostragem de guas em caldeiras NB00584
70. a o ou ap s ter sido colocado em servi o gt Possibilidade de crescimento subcr tico de descontinuidades pela sujei o de regi es danificadas por mecanismos de danos a solicita es mec nicas muito superiores s operacionais normais e com isso a redu o das margens de seguran a do equipamento sem que isto seja percebido gt Elevada rela o custo benef cio da sua aplica o pois o TH apenas informa se houve vazamento ou n o n o sendo uma ferramenta de inspe o 2 3 Correntes Parasitas O Ensaio por Correntes Parasitas baseia se fundamentalmente na Lei de Indu o de Faraday onde o campo magn tico gerado por uma bobina quando alimentada por uma corrente el trica alternada induz na pe a a ser ensaiada correntes el tricas tamb m denominadas correntes parasitas Estas correntes el tricas por sua vez afetam a imped ncia da bobina que as gerou Assim quaisquer varia es no fluxo das correntes parasitas geradas na pe a ensaiada implicar o em varia es da imped ncia da bobina Este fato leva a uma das maiores aplica es deste m todo de ensaio que o de detectar a presen a de poss veis descontinuidades existentes nessa pe a que venham a interferir no fluxo das correntes parasitas atrav s das varia es ocorridas na imped ncia da bobina de ensaio COMPOENDE O m todo de ensaio por correntes parasitas pode ser utilizado para todas as aplica es em que possa ser correlacionado com as varia es
71. a o de tampas nas aberturas dos downcomers presas com correntes no lado externo do bal o evitando se que objetos caiam acidentalmente nestes locais 3 3 Exame Externo O exame visual externo em uma caldeira tamb m deve ser extensivo e detalhado Embora tenha menor abrang ncia e profundidade que o exame interno pode ainda assim proporcionar informa es de grande relev ncia ao inspetor Abaixo s o dadas linhas gerais para o exame externo subdividindo o em parte exterior da caldeira e acess rios e rg os perif ricos 3 3 1 Parte Exterior da Caldeira Deve ser feita inspe o cuidadosa na estrutura buckstays tirantes de sustenta o isolamento t rmico inv lucros portas visores instrumentos caixas de ar funis de cinzas suportes de tubula es escadas e corrim os plataformas pisos vias de evacua o em emerg ncia sinaliza o etc Recomenda se periodicidade semestral para esta inspe o que pode ser conduzida com a unidade em opera o 3 3 2 Acess rios e Org os Perif ricos Caldeira Muitos destes itens requerem a parada da unidade para serem inspecionados A periodicidade recomendada portanto anual juntamente com o exame interno Os principais est o destacados abaixo e Tanque de dissolu o Antes da limpeza verificar quanto a ac mulos irregulares de fundido que indicam defici ncia da agita o O estado do costado deve ser avaliado externa e internamente Se for constru do em a o
72. a o do mesmo em laborat rio ou atrav s de uma c pia da estrutura metalogr fica dos componentes da caldeira sem no entanto danificar a regi o avaliada Posteriormente essa c pia levada para an lise em um Microsc pio Eletr nico de Varredura ou mesmo num microsc pio tico As r plicas metalogr ficas t m a grande vantagem da n o necessidade de se retirar um corpo de prova do equipamento C Part culas Magn ticas O ensaio com part culas magn ticas um ensaio n o destrutivo END que tem por objetivo a detec o de defeitos ou descontinuidades superficiais e subsuperficiais em materiais ferromagn ticos Basicamente o ensaio por part culas magn ticas consiste na aplica o de um campo magn tico no interior do local analisado e este campo quando na presen a de descontinuidades sofrem desvios e saem para a superf cie de pe a gerando campos de fuga d Teste Hidrost tico O ensaio hidrost tico visa detectar a frio e em curto prazo vazamentos e insufici ncia de resist ncia dos componentes sujeitos press o conforme determina o item 13 4 4 da NR 13 que diz Todas as interven es que exijam mandrilamento ou soldagem em partes que operem sob press o devem ser seguidas de teste hidrost tico com caracter sticas definidas pelo Profissional Habilitado PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor E Teste de Abertura das V lvulas
73. a disciplina SO COM INVESTIMENTO EM PESQUISA amp DESENVOLVIMENTO BR PETROBRAS anp ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS DISCIPLINA DE FABRICA AO E MONTAGEM DE CALDEIRAS E TROCADORES DE CALOR AGOSTO SETEMBRO DE 2008 Escola Polit cnica Depto Enga Mec nica Prominp INSPE O DE CALDEIRAS Kleber Monteiro Assun o kleber inpacom com br Marcia Mendes Ribeiro mmendespa O hotmail com Escola Polit cnica Depto de Engenharia Mec nica da EPUSP PROMINP kleber Qinpacom com br Escola Polit cnica Depto de Engenharia Mec nica da EPUSP PROMINP mmendespa E hotmail com Resumo O prop sito deste artigo indicar o que necess rio para se fazer e inspe o de caldeiras de acordo com as normas existentes al m dos cuidados que devem ser tomados ao se fazer a inspe o S o apresentados v rios m todos de ensaios utilizados e os procedimentos que devem ser tomados em caso de emerg ncia A inspe o deve ser feita sempre com muito crit rio pois grande o n mero de acidentes que ocorrem em caldeiras As condi es de press o e temperatura al m dos riscos de corros o e flu ncia s o fatores que devem ser levados em conta nas quest es referentes seguran a Palavras chave profissional habilitado press o m xima de trabalho admitida registro de seguran a 1 INTRODU O Caldeira para servi o estacion rio um vaso de press o no qual gerado vapor de gua para uso externo mediante a aplica
74. a excessiva representa um consumo operacional de energia elevado devendo portanto ser evitada Al m disso n o se deve esquecer que o trocador de calor sempre um equipamento componente de uma unidade de processo O fluido que sai dele em muitas vezes vai ainda passar por tubula es e outros equipamentos a jusante com suas respectivas perdas de carga portanto na sa da do trocador de calor o fluido precisa ter ainda uma press o suficiente para vencer as perdas subseqiientes 2 8 Custos Freqtientemente o custo inicial ou seja o investimento condiciona a sele o do trocador de calor Considera es de custo devem incluir n o s o investimento mas tamb m o custo operacional que se levado em conta em geral se torna o crit rio principal da escolha 3 M TODOS DE C LCULOS Existem v rios m todos para o dimensionamento de trocadores de calor alguns dispon veis atrav s da literatura t cnica moderna e outros mais aperfei oados geralmente acoplados a programas de computador que podem ser obtidas atrav s de contratos com entidades privadas envolvendo pagamentos 3 1 M dia Logar tmica das Diferen as de Temperaturas Um fluido d um passe quando percorre uma vez o comprimento do trocador Aumentando o n mero de passes para a mesma rea transversal do trocador aumenta a velocidade do fluido e portanto o coeficiente de pel cula com o conseqiiente aumento da troca de calor Por m isto dificulta a constru o e
75. a os crit rios mec nicos de fabrica o de um projeto para trocadores de calor devem estar de acordo com as normas abaixo ASMES SE O I CALDEIRAS SE O VIII VASOS DE PRESS O Tubular Exchanger Manufacturer Association TEMA API Std 660 Heat exchanger for general refinery services NORMAS ABNT TB 401 Terminologia 2 1 Etapas Para Realiza o do Projeto Algumas etapas devem ser seguidas para a realiza o do projeto e em cada uma delas determinar certas condi es de trabalho e an lise das mesmas Normalmente preenchida uma folha de dados anexo 1 que juntamente com os desenhos e manuais do fabricante far parte da documenta o do equipamento As etapas est o relacionadas a seguir Determina o das condi es de processo composi o vaz es temperaturas e press es das correntes envolvidas Determina o das propriedades f sicas necess rias densidade calor espec fico viscosidade e condutividade t rmica em geral Escolha do tipo do trocador Estimativa preliminar da rea e em consegii ncia das dimens es e arranjos Avalia o t rmica do modelo escolhido conduzindo a elabora o de modifica es no modelo proposto ou sua rejei o 2 2 Desempenho Operacional O trocador deve suportar diversas condi es operacionais tais como corros o dep sitos tens es e esfor os mec nicos Problemas de corros o s o considerados na fase de sele o dos materiais de constru o por
76. ade de especifica es no documento original e s tabelas da Se o Il parte D 4 3 Projeto 4 3 1 O propriet rio dever apresentar projeto com o diagrama do sistema de press o da caldeira certificado por um PH e com as seguintes informa es Uma c pia deste diagrama deve ser anexada ao Data Book do equipamento A localiza o das v rias partes sob press o com o caminho do fluxo de vapor Uma linha mostrando as m ximas press es suportadas indicando a varia o de press o esperada ao longo do fluxo do vapor AS m ximas press es de trabalho admiss veis para as diversas partes localiza o e press o dos dispositivos de prote o contra sobrepress o Com rela o aos par metros de projeto a norma apresenta alguns limites quanto espessura minima das chapas 1 4 ou 6mm e quanto varia o na espessura n o deve ser mais do que 0 3mm menor que a espessura calculada No caso de tubos n o h toler ncia para a varia o na espessura e esta deve atender ao valor considerado no c lculo A norma ASME ainda apresenta diretrizes para o c lculo ou especifica es dos diversos elementos que constituem o sistema da caldeira 12 5 CONCLUS O Neste trabalho foram analisadas de forma simplificada as principais normas que regem os procedimentos de projeto opera o manuten o e inspe o de caldeiras A NR 13 de f cil acesso a quem possa interessar pois uma norma regulame
77. adores de Calor Figura 5 Exemplos de aplica o l quido penetrante colorido esquerda e fluorescente direita O tempo de penetra o pode variar em fun o do tipo de material a ser ensaiado forma tipo de descontinuidade tipo do penetrante temperatura al m de necessitar estar de acordo com a norma de inspe o aplic vel ao produto a ser ensaiado Abaixo conforme exemplificado na Tab 2 encontram se as recomenda es da ASME e ASTM Tabela 2 Tempos m nimos de penetra o e revela o recomendados pela ASME Sec V Art 6 Tabela 672 e ASTM E 165 Tempo de Espera Descontinuidade min Penetrante Revelador Alum nio porosidade Magn sio a o Fundidos e Soldas trincas todas as bronze tit nio formas falta de altas lig fus o gota fria Pl sticos todasasformas trincas 5 10 Vidros todasasformas trincas 5 10 Low e ee porosidade A Para temperaturas de 10 a 52 oC Para tamparaturas de 5 a 10 oC o tampo de penetra o minimo devera ser o dobro do tampo indicado na tabela acima Ap s aplica o do penetrante deve se remover seu excesso de forma a deixar a superf cie completamente livre de penetrante evitando mascaramento dos resultados Essa a fonte mais comum de indica es falsas gerando resultados n o confi veis ou at mesmo impossibilitando qualquer avalia o Geralmente uma limpeza grosseira com pano e papel levemente embebido em solvente seguido da li
78. agn tico gt T cnica de Campo Remoto para inspe o de tubos barras ou arames de material ferromagn tico e n o ferromagn ticos gt T cnica de Multifreqii ncia com Mistura de Sinais destinada a detectar e avaliar descontinuidades localizadas pr ximas ou sob placas suportes ou chicanas gt Inspe o por controle remoto em geradores de vapor de centrais nucleares gt Inspe o com a utiliza o de sondas rotativas e ou do tipo pancake para detectar e avaliar descontinuidades em tubos soldados em espelhos de caldeiras e trocadores de calor conforme Fig 4 gt Inspe o com a utiliza o de sonda rotativa para detectar descontinuidades em furos sede de arrebites e parafusos na rea aeron utica PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Figura 3 Fotos de uma inspe o de caldeira utilizando uma sonda As limita es deste ensaio seguem abaixo gt Somente materiais eletricamente condutores podem ser inspecionados gt a profundidade de penetra o das correntes parasitas pode ser reduzida a fra o de mil metro em materiais de condutividade maior como o caso do cobre ligas de alum nio etc gt materiais ferromagn ticos apresentam maior dificuldade na detec o e avalia o de descontinuidades devido varia o de permeabilidade magn tica Outra limita o diz respeito ao profundo conhecimento que o operado
79. ago Souza de Oliveira thiagoeng O gmail com Wanderley Pedro Rodrigues Soares wsoares soares gmail com Prominp Escola Polit cnica Depto Eng Mec nica Resumo O prop sito deste trabalho apresentar as caracter sticas e particularidades das caldeiras de recupera o que um sistema de coogera o de energia e tem por finalidade reaproveitar res duos de processos que seriam descartados reintroduzindo os no sistema evitando assim os desperd cios Palavras chave caldeiras recupera o calor energia 1 INTRODU O Desde que o homem dominou os m todos de transforma o de energia o aproveitamento do calor nos meios cient ficos e tecnol gicos vem sendo constante O melhor aproveitamento da energia e como conseguir o maior rendimento poss vel uma quest o que pode ser respondida com a utiliza o das caldeiras de recupera o Todos os investimentos em rela o s reas de conserva o de energia passaram a oferecer respostas positivas quanto s vantagens na diminui o dos custos O trabalho mostra alguns exemplos de caldeiras de recupera o que s o aplicadas em diversas reas com diferentes procedimentos mas com a mesma finalidade de reaproveitar res duos e transform los em energia Um enfoque maior na apresenta o ser atribu do s Caldeiras de Recupera o de Calor e de Produtos Qu micos em F bricas de Celulose devido ao grande volume de informa es contidas neste trabalho e tamb m pelo
80. ais diferentes em uma solu o condutora pode causar uma diferen a de potencial gerando uma c lula galv nica ativa e metalurgia os metais t m descontinuidades superficiais arranh es trincas etc que aumentam o potencial de perda de el trons e a forma o de ons met licos Essa rea torna se an dina em rela o ao resto do metal Inibidores de corros o S o classificados como an dicos cat dicos ou mistos A mol cula do inibidor absorvida sobre a superf cie met lica pelo processo quimissor o formando uma pel cula protetora fina A escolha do inibidor adequada determinada pelos par metros do projeto dos sistemas trocador de calor e de gera o de vapor e pela composi o da gua pH sais conte do de oxig nio dissolvido mat rias suspensas utilizada na alimenta o destes A seguir s o apresentados alguns inibidores utilizados em tratamento de gua sistemas de gera o de vapor e trocadores de calor e polifosfatos inibidor cat dico que forma uma pel cula polarizante dur vel na superf cie e cromatos o inibidor individual an dico mais eficiente dispon vel e zinco inibidor cat dico em forma de sais usados em sistemas de refrigera o e nitritos passivantes met licos e silicatos usados para evitar corros o em sistemas de agua pot vel Hidrolizam se em gua para formar part culas coloidais carregados negativamente e benzatos formam um part cula an dica e cal emp
81. al vigente no Pa s Press o M xima de Trabalho Permitida PMTP ou Press o M xima de Trabalho Admiss vel PMTA o maior valor de press o compat vel com o c digo de projeto resist ncia dos materiais utilizados s dimens es do equipamento e seus par metros operacionais O Registro de Seguran a deve ser constitu do de livro pr prio com p ginas numeradas ou outro sistema equivalente onde ser o registradas todas as ocorr ncias importantes capazes de influir nas condi es de seguran a da caldeira as ocorr ncias de inspe es de seguran a peri dicas e extraordin rias devendo constar o nome leg vel e assinatura de Profissional Habilitado Nas caldeiras de categorias A e B a crit rio do Profissional Habilitado podem ser utilizadas tecnologia de c lculo ou procedimentos mais avan ados em substitui o aos previstos pelos c digos de projeto Projetos de Altera o ou Reparo devem ser concebidos previamente nas seguintes situa es a sempre que as condi es de projeto forem modificadas b sempre que forem realizados reparos que possam comprometer a seguran a c ser concebido ou aprovado por Profissional Habilitado d determinar materiais procedimentos de execu o controle e qualifica o de pessoal BR PETROBRAS anp SO COM INVESTIMENTO EM PESQUISA amp DESENVOLVIMENTO ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS DISCIPLINA DE FABRICA O E MONTAGEM DE CALDEIRAS E TROCADORES DE CALOR AGOSTO SET
82. aldeira n o foi danificada promova ent o a ventila o da fornalha aprox 10 minutos a fim de que os gases sejam expelidos para fora e Tente reacender a caldeira e Seo queimador desligar em seguran a e voc n o conseguir acend lo ap s a terceira tentativa interrompa esta opera o procure determinar o defeito caso n o encontre chame um t cnico especializado em combust o 4 3 N vel de gua Abaixo do Limite M nimo Causas e Defeito s no sistema de controle autom tico de n vel V lvula de reten o do sistema de alimenta o de gua est com defeito Falta de gua no reservat rio caixa de gua ou tanque de condensado Descuido do operador Defeito el trico e ou mec nico na bomba de alimenta o Filtro da linha de suc o da bomba entupido Aquecimento excessivo da gua de alimenta o prejudicando o funcionamento da bomba Como Evitar e Drenar purgar o visor de n vel e a garrafa que cont m os eletrodos ou b ia pelo menos uma vez por dia e Verificar constantemente o reservat rio de gua caixa d gua e ou tanque de condensado e Maior aten o do operador no controle visual do n vel d gua permanentemente 13 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor e Realiza o de manuten o preventiva e ou corretiva do sistema de alimenta o de gua e Quando voc for realizar a descarga de fundo jamais deixe a gua desaparecer do viso
83. amento t rmico da tubula o uma forma cl ssica de corros o Outros rg os externos e perif ricos da caldeira a serem inspecionados encontram se apenas relacionados de forma gen rica abaixo como refer ncia adicional ao inspetor V lvulas de seguran a Bombas de alimenta o de gua e de circula o Lavadores de gases Preaquecedores de ar Tanque de mistura Sistemas de limpeza das portas de ar prim rio Tanques de descarga cont nua e de fundo Tanque de gua de resfriamento das bicas Ventiladores e exaustores de tiragem Precipitadores eletrost ticos Transportadores de cinzas V lvulas rotativas Dutos de ar e gases Man metros e indicadores de n vel e Instrumenta o e alarmes em geral Dispositivos de seguran a como sistema de drenagem r pida medi o on line de s lidos instrumentos com a o de trip na caldeira e Fte 3 4 TESTES COMPLEMENTARES Al m dos exames visuais e ensaios a aplica o dos testes complementares citados abaixo de natureza mais funcional contribuir para aferir a seguran a da unidade Estes testes devem ser testemunhados pelo profissional comissionado para executar a inspe o da caldeira 3 4 1 TESTE HIDROST TICO A aplica o de prova de press o hidrost tica com valor normalizado de sobre press o e seguindo procedimentos de teste tamb m padronizados no c digo de projeto da caldeira permite verificar a exist ncia de vazamentos e ou insufici ncia de resist ncia da unida
84. amotubulares Analisados sob v rios pontos de vista a seguir seguem uma compara o entre os dois tipos e Quanto efici ncia na transfer ncia de calor Ambas as concep es alcan am efici ncia equivalente apenas uma quest o de projeto e Quanto participa o de refrat rios A menor participa o de refrat rios e isolamentos favorece indiscutivelmente a caldeira flamotubular O revestimento met lico neste tipo mais compacto e Quanto infiltra o de ar A caldeira flamotubular permite uma hermeticidade mais perfeita e Quanto s perdas por irradia o Novamente a flamotubular a favorecida e Quanto energia paralela necess ria a opera o As caldeiras flamotubulares exigem uma perda de carga superior s aquotubulares A necessidade de aumentar o coeficiente de convec o geralmente determina velocidades de escoamento nas flamotubulares maiores do que nas aquotubulares J na regi o do regime turbulento e Quanto ao custo definitivamente o fator mais a favor da caldeira flamotubular e Quanto a press es A inclina o natural das caldeiras aquotubulares de recupera o a alta press o do vapor PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Figura 1 Caldeira Flamotubular para Recupera o de Calor Sens vel 2 2 Caldeiras de Recupera o de Gases Combust veis Residuais Nesta categoria se incluem todas as unidades
85. analise de agna da At 1 caldeira 7 Otimizar seq ncia de queima Ajuste da modula o 5a 10 8 Otiraa e dequeimade Ajuste da modula o 2a 7 v rios queimadores 9 Eliminar vazamentos de vapor Inspe o das instala es At 10 10 Eliminar defeitos em purgadores Inspecionar todos At 5 Com investimento A o Economia em 1 Reduzir dep sitos no queimador Regn Tacan de que ena Alota 1a5 aditivos 2 Reduzir dep sitos na fornalha Popu ie de duets Alicon 1a 3 aditivos Reduzir dep sitos no lado de Conforme an lise de gua da 3 i 1a2 Agua caldeira Reduzir dep sitos de fuligem nos Regulagem de queima Adicionar 4 ie 1a4 tubos aditivos 5 ae amp aaa Instalar pr aquecedor de ar 2a5 combust o 6 PE ae Dedo Instalar economizador At 3 alimenta o gq Foniperar calor Aronen te Instalar flash tank At 1 descarga de fundo Com investimento A o Economia em 8 Becupetat porda de galera Otimizar isolamento At 8 instala o 9 o a a sta aguade loop At 1 10 Recuperar condensado Instalar tanque de condensado Dependendo da instala o Economia de energia el trica A o Economia em 1 Instalar inversor de freqii ncia Incl Melhor ambiente sonoro Verificar necessidade de pot ncia 2 Eventuais superdimensionamentos dos motores 3 Aquecedores de combust vel Usar somente vapor 7 AGRADECIMENTO Agradecemos oportunidade de melhorar nosso
86. as de controle e garantia da qualidade para os trabalhos a serem executados na parada tenham sido implementados no tempo devido Por exemplo qualifica o de soldadores certificados de materiais e especifica es de procedimentos de soldagem EPSs devem estar dispon veis no campo por ocasi o do in cio da parada 3 1 Preparativos 1 Procedimentos de seguran a ocupacional pr vios inspe o especialmente bloqueio e sinaliza o dos itens cujo acionamento acidental possa ser perigoso devem ser rigorosamente providenciados com suficiente anteced ncia 2 Recomenda se que se proceda a uma verifica o interna preliminar limpeza da caldeira de forma a observar as poss veis incrusta es obstru es e dep sitos excessivos sua natureza e localiza o arranjo do fundido remanescente etc Entretanto esta verifica o deve ser cercada das precau es de seguran a exig veis especialmente quanto poss vel queda de blocos de sulfato 3 As cinzas remanescentes devem ser removidas por lavagem a alta press o com gua quente A lavagem deve ser estendida inundando se a fornalha com gua atrav s dos sopradores de fuligem e queimadores de licor bocais spray t m que ser removidos A qualidade da limpeza resultante deve ser cuidadosamente avaliada antes do encerramento definitivo da lavagem e antes que se iniciem quaisquer atividades de manuten o na caldeira Especial aten o deve ser dada remo o de forma es de
87. bos do superaquecedor mantendo assim um fluxo constante Os pontos de superaquecimento s o eliminados mantendo se portanto a temperatura do metal abaixo do limite m ximo permiss vel do material e resultando no aumento da durabilidade dos tubos Al m disso a troca de calor combinado por radia o e convec o produz vapor com m nimas varia es de temperatura atrav s de uma larga faixa de opera o de caldeira 4 CONTROLE DA TEMPERATURA DE SUPERAQUECIMENTO A correta regula o da temperatura do vapor superaquecido fundamental para a opera o eficiente de uma instala o t rmica A temperatura do vapor est sujeita a flutua es como resultado de determinadas condi es de opera o tais como mudan as no excesso de ar na temperatura da gua de alimenta o no tipo de combust vel bem como do estado de limpeza das superf cies de troca de calor O excesso de ar afeta indiferentemente os superaquecedores de convec o ou radia o PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor No primeiro um aumento no excesso de ar elevar a temperatura do superaquecedor devido a ser maior o fluxo de gases sobre a superf cie de troca de calor Nos superaquecedores por radia o e nos reaquecedores um aumento no excesso de ar reduz simplesmente a temperatura do vapor porque a temperatura da fornalha tamb m reduzida Esta varia o no excesso de ar s veze
88. caldeira para outra pode dar a voc uma vis o sobre a performance da efici ncia esperada 2 7 7 Diferen as chaves entre caldeiras fogotubulares As seguintes quest es dever o ser consideradas durante sua avalia o da caldeira 2 7 7 1 N mero de passes da caldeira O n mero de passes da caldeira representa o n mero de vezes que a combust o dos gases quentes passam atrav s da caldeira existem trocadores de calor com 10 passes dos fluidos ou mais Uma caldeira com 03 passes fornece 03 oportunidades para os gases quentes transferirem calor para a gua na caldeira Uma unidade de 04 passes fornece 04 oportunidades Al m disto a velocidade dos gases permanece alta e uniforme durante todo o trajeto pela caldeira Os fatos s o claros e incontest veis A temperatura da chamin de uma caldeira 04 passes mais baixa do que a temperatura da chamin de uma caldeira similar de 02 ou 03 passes operando sob as condi es similares A caldeira 04 passes ter sempre efici ncia maior e custo menor de combust vel Isto n o uma opini o Isto f sica b sica sobre a troca de calor O projeto da caldeira 04 passes produz incontestavelmente coeficientes de troca de calor mais altos N o se engane tubos aspiralados e outros artif cios podem ajudar em um teste de efici ncia mas custar a voc em manuten o posteriormente Na verdade uma boa caldeira n o necessita de manuten o intensiva nos tubos se a caldeira foi projetada para
89. cedimentos de areia e serem como prote o para os leitos de troca i nica O carv o ativo absorve tra os de cloro ou oxidantes que podem prejudicar a resina cati nica e produtos org nicos que obstruem fortemente resinas ani nicas b sicas O carv o ativo tamb m pode ser utilizado para remover sabores odores e outras impurezas Para remo o do cloro capacidade infinita n o precisa de processo regenerador do carv o Para remo o de material org nico dissolvido capacidade finita Troca i nica Geralmente o m todo mais f cil e flex vel de tratamento de gua para geradores de alta press o e outros processos O processo substitui os fons menos desej vel pelos ons mais desej veis um processo continuo com rea es revers veis Existem dois tipos fundamentais de resinas de troca i nica resina cat dica que remove parte de todos os c tions da gua c lcio magn sio s dio etc e resinas an dinas que removem parte de todos os anions da gua di xidos de carbono alcalinidades de bicarbonatos e carbonatos cloretos s licas etc V rios sistemas de troca i nica s o mostrados na tabela a seguir Tipo C tion Anion Fraco Forte Forte Fraco Ciclo Hidrog nio Hidrog nio S dio Hidroxila Hidroxila Cloreto Remove C lcio C lcio C lcio Cloreto Di xido de Bicarbonato carbono Mangan s Magn sio Magn sio Sulfato Bircabonato Sulfato 1 S dio 2 3 Carbonato 4 Cloreto Sulfato S
90. combust veis s o combust veis resultantes da biomassa ou mat ria org nica capaz de ser utilizada como fonte de energia e geralmente resultante de plantas res duos naturais ou beneficiamentos res duos animais e despejos urbanos Na classe dos bio combust veis temos a lenha baga o de cana carv o vegetal e lcool Os combust veis s o basicamente constitu dos por Carbono C Hidrog nio H e em alguns casos o Enxofre S Podemos verificar que para os combust veis industriais podemos classificar basicamente em tr s grupos carv o mineral hidrocarbonetos l quidos e gasosos A maioria dos combust veis constitu dos por hidrocarbonetos l quidos ou gasosos s o uma mistura de muitos hidrocarbonetos diferentes Por exemplo a gasolina constitu da fundamentalmente por uma mistura de cerca de 40 hidrocarbonetos diferentes com muitos outros presentes em quantidades m nimas Os hidrocarbonetos possuem tr s caracter sticas importantes que valem a pena ser citadas PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor e Estrutura Molecular Os tipos importantes s o os de estrutura c clica e os de estrutura em cadeia e Hidrocaboneto Saturado ou N o Saturado Um hidrocarboneto n o saturado possui dois ou mais tomos de carbono n o adjacentes unidos por uma val ncia do dupla ou tripla enquanto que os hidrocarbonetos saturados apresentam todos os tomos de carbono
91. combust vel a quantidade de combust vel n o queimado e o ar em excesso s o usados para definir a efici ncia de combust o de um queimador a maior parcela das perdas apresentadas por uma caldeira se d pelos gases da combust o que s o lan ados pela chamin se um queimador n o consegue obter uma queima limpa com baixo excesso de ar ent o regulado para trabalhar com excesso de ar sendo que este excesso de ar s abaixa a temperatura da chama e reduz a capacidade de gera o da caldeira rebaixando tamb m drasticamente a efici ncia PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Queimadores trabalhando com n veis baixos de combust veis n o queimados e operando a um n vel de excesso de ar baixo em torno de 15 s o considerados eficientes 2 71 Efici ncia T rmica Efici ncia t rmica a medida da efic cia da troca de calor da caldeira Ela mede a habilidade em transferir calor do processo de combust o para a gua ou vapor na caldeira Por ser unicamente uma medida da efic cia da troca de calor da caldeira ela n o leva em conta a radia o e perdas de convec o do casco da caldeira coluna d gua ououtros componentes Desta forma n o verdadeira sua indica o do uso do combust vel na caldeira Contudo aliada verifica o da combust o pode nos fornecer uma boa indica o de como est a efici ncia da caldeira De fato se voc verifica
92. conte dos n o divulg veis 2 2 7 N 2511 Inspe o em Servi o de Trocador de Calor Objetivos e conte dos n o divulg veis 2 3 Normas ABNT As normas da ABNT podem ser obtidas pelo site da ABNT http www abntnet com br 2 3 1 NBR10252 Tubos de a os liga ferr ticos e austen ticos sem costura para caldeiras superaquecedores e permutadores de calor Objetivos Fixa condi es exig veis para encomenda fabrica o e fornecimento de tubos de a o liga ferr ticos e austen ticos sem costura de espessura de parede m nima para caldeiras superaquecedores e permutadores de calor 2 3 2 NBR10796 Trocador de calor para uso naval Objetivos Fixa condi es e requisitos exig veis para aceita o e ou recebimento de trocadores de calor para uso naval 2 3 3 NBR10797 Trocador de calor para uso naval Objetivos Prescreve m todo de ensaio de trocadores de calor para uso naval 2 3 4 NBR11696 Trocadores de calor Objetivos Classifica quanto utiliza o e a forma construtiva os trocadores de calor utilizados nas ind strias de petr leo petroqu mica qu mica farmac utica aliment cia de gera o de energia e naval PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 2 3 5 NBR12555 Trocadores de calor Objetivos Define termos e par metros empregados em trocadores de calor dos tipos casco e tubo duplo tubo placas e resfriador a ar 2 3 6 NBR1519
93. cor negro forte DoOonoooDo E Ar secund rio ESEGUUORSESSEQUGEEE Ar prim rio Reposi o de qu micos Vapor Fundidos Saida dos fundidos Figura 4 Representa o Esquem tica da Caldeira de Recupera o 2 4 Caldeiras de Recupera o de Calor nos Ciclos Combinados A unidade geradora de vapor nestes ciclos opera como verdadeira caldeira de recupera o do calor sens vel que escapa de uma turbina a g s produzindo vapor para acionar uma turbina a vapor O esquema da figura 5 representa uma das composi es mais cl ssicas onde a caldeira uma esp cie de trocador de calor O combust vel queima na camada 2 cujos gases resultantes s o dirigidos a um superaquecedor 5 para serem resfriados at uma temperatura pr xima de 700 C Seguindo seu curso os gases atravessam a turbina 3 e a caldeira 4 despreendendo se na atmosfera O vapor gerado na caldeira se superaquece 5 e alimenta a turbina 6 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Regencrador VVV AS 4 bow Pr aquece Gases A5 sombusti combustivel 1 s do 1 r d C mara de C mara de n Ar combust o combust o H di ec mM a 6 d 7 f Com i 1 Com i sl Wi pressor pressor 3 Turbina E Turbina gt Resfri ador ta Inter TT i Figura 5 Diagrama do ciclo bin rio ideal 2 5 Caldeiras de Incinera o de Res duos Urbanos
94. d Specification for Seamless Copper Heat Exchanger Tubes With Internal Enhancement e B919 01 2006 Standard Specification for Welded Copper Heat Exchanger Tubes With Internal Enhancement e B924 02 2006 Standard Specification for Seamless and Welded Nickel Alloy Condenser and Heat Exchanger Tubes With Integral Fins PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor e B944 06 Standard Specification for Copper Beryllium Welded Heat Exchanger and Condenser Tube UNS No C17510 e B956 07el Standard Specification for Welded Copper and Copper Alloy Condenser and Heat Exchanger Tubes with Integral Fins e E690 98 2004 el Standard Practice for In Situ Electromagnetic Eddy Current Examination of Nonmagnetic Heat Exchanger Tubes e 2096 05 Standard Practice for In Situ Examination of Ferromagnetic Heat Exchanger Tubes Using Remote Field Testing 2 8 Norma do minist rio do trabalho As normas regulamentares do minist rio do trabalho t m for a de lei e por isto s o fornecidas gratuitamente ou melhor publicadas em diversos meios Estas normas podem ser obtidas no site do Minist rio do Trabalho e Emprego do Brasil http www mte gov br legislacao normas regulamentadoras default asp 2 8 1 NR 13 Objetivos Assegurar aos trabalhadores menores riscos de acidentes relacionados s caldeiras e vasos de press o inclusive trocadores de calor 3 REFER NCIAS Site da Petrobras http
95. da caldeira S o ligados externamente caldeira ao sistema de vapor Durante a opera o da caldeira h deposi o de fuligem nos tubos o que dificulta a transfer ncia de calor De tempos em tempos ent o injetado vapor atrav s deste sistema com a finalidade de remover a fuligem Para melhorar a atua o dos mesmos os sopradores geralmente t m movimento de rota o atuando assim em maior rea Os ventiladores t m a finalidade de movimentar o ar de combust o at os queimadores na c mara de combust o e os gases da c mara de combust o at a chamin Existem dois tipos funcionais de ventiladores de tiragem for ada que apanha o ar atmosf rico e o envia atrav s dos dutos da caldeira para os queimadores e o de tiragem induzida instalado na sa da da caldeira que succiona os gases de combust o de dentro da c mara e os conduz chamin A chamin a parte que conduz os gases de combust o atmosfera em altura suficientemente grande para que n o venham a ser danosos ao meio ambiente As v lvulas de seguran a s o v lvulas especiais instaladas no tubul o cuja finalidade dar sa da ao vapor no caso deste atingir uma press o superior a um m ximo admitido pelas condi es de seguran a operacional vapor saturado chamin a super aquecedor tubul o inferior PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Figura 3
96. de gua ou Vapor Causas e Tubo furado e Superaquecimento seguido de resfriamento r pido soltando os tubos dos espelhos Como Evitar e Inspecionar periodicamente as v lvulas e fazer manuten o e Jamais deixar faltar gua na caldeira e Manter um tratamento de gua adequado caldeira e Inspecionar periodicamente o feixe tubular Como Proceder e Seo vazamento for nos tubos ou espelhos fazer procedimento de parada da caldeira imediata e Se for em v lvulas flange ou tampa avaliar a intensidade e decidir por uma parada imediata ou parada programada 4 2 Retrocesso Este fato ocorre quando a press o interna da fornalha da caldeira maior que a press o ambiente Causas Vazamento do sistema de alimenta o de g s Bloqueamento da chamin Falhas de igni o Falhas ou paradas repentinas do ventilador Falha do operador de caldeira quanto opera o de in cio de acendimento da caldeira Tentativa de reacender o queimador normalmente Como Evitar e N o se deve permitir o ac mulo de g s na fornalha as v lvulas devem estar vedando bem e Nunca tente reacender o queimador manualmente e Seguir corretamente as indica es contidas no manual de opera o do queimador Como Proceder Desligue imediatamente o queimador Interrompa o suprimento de combust vel Verifique se a caldeira sofreu algum dano chame o departamento de manuten o Procure determinar a causa da explos o e Se voc tiver certeza de que a c
97. de Embora somente exig vel pelas normas gen ricas para caldeiras na inspe o inicial e ap s execu o de reparos e ou vazamentos em partes pressurizadas o teste hidrost tico imprescind vel por ocasi o das inspe es peri dicas no caso de caldeiras de recupera o Abaixo mostrado o diagrama de press o de um teste hidrost tico t pico bem como as opera es associadas a cada um de seus segmentos de A at F 11 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor SEGMENTO OPERA O ATIVIDADE RAZ O DE PRESSURIZA O OU DESPRESSURIZA O A Pressuriza o at a PMTA 2 a 3 kgf cm por minuto Pode ser conduzida em patamares intermedi rios B Eleva o at a press o de teste Pry 1 kgf cm por minuto C Estabiliza o na press o de teste por Zero 30 minutos D Redu o da press o at a PMTA 2a3 kgf cm por minuto E Ingresso dos interessados na caldeira Zero e execu o das inspe es F Despressuriza o 2 a 3 kgf cm por minuto Recomenda es gerais para teste hidrost tico Travar as v lvulas de seguran a Pressurizar por meio das bombas de alimenta o BFPs Utilizar gua desmineralizada fria 15 a 40 C Utilizar man metro padr o aferido instalado no bal o de vapor Inspecionar todas as partes pressurizadas acess veis da caldeira Surgimento de got culas em tubos mandrilados n o deve motivar repr
98. de escape de temperaturas elevadas em torno de 1200 C Ap s a segunda guerra mundial a tecnologia de aproveitamento de energia liberada pelos processos passou a merecer aten o de engenheiros voltados para a utiliza o de gases residuais com temperaturas de at 400 C Portanto esta posi o da tecnologia resultou no desenvolvimento de caldeiras bem diferentes das caracter sticas b sicas de caldeiras a combust vel por que e Operando se com gases de baixa temperatura se altera consideravelmente o conceito de troca de calor nas superf cies met licas A caldeira passa a ser dimensionada praticamente mediante a utiliza o do processo de troca de calor por convec o e A rela o entre o peso dos gases dispon veis e a evapora o maior quando comparada com a obtida nas caldeiras convencionais a combust vel devido baixa temperatura envolvendo o processo e A velocidade dos gases atrav s das passagens da caldeira deve ser altas para proporcionar fluxos turbulentos altamente favor veis a obten o de coeficientes de transfer ncia de calor compat veis como projeto e As caldeiras de recupera o s o sempre introduzidas no caminho dos gases existente entre o processo e a chamin Por essa raz o operam sempre com press o negativa do lado g s e por conseguinte sobrep e uma carga adicional na tiragem que deve ser vencida pelo exaustor do sistema As caldeiras de calor sens vel podem ser tanto aquotubulares quanto fl
99. de controle acionamento e meios de sopragem Sistema de controle controle program vel sequencial controle remoto sequencial autom tico constante e controle remoto simples ou seletivo Sistema de acionamento motor el trico motor pneum tico e opera o manual Meio de sopragem ar gua e vapor entrada de vapor movimento retilineo cremalheira movimento circular soprador refrat rio Esquema do Soprador de Fuligem Figura 7 Esquema do Soprador de Fuligem PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Por fim apresentamos uma tabela afim de exemplicar a instala o de equipamentos como o Superaquecedor e o Economizador Tabela 1 Formas de economizar custos de opera o das Caldeiras Industriais Item Sem investimento A o Economia em 1 Reduzir excesso de ar Regulagem da combust o 5a 10 2 Reduzir temperatura de sa da dos Regulagem da combust o Limpeza 1 a cada 5 C gases da caldeira 3 Reduzir press o de trabalho venia aecessidade renas 1 a cada 5 Bar press o Otimizar temperatura do Verificar com frequ ncia a 5 4 2 At 5 combustivel viscosidade do combustivel Otimizar press o de atomiza o Seguir indica es do fabricante do P 5 3 At 1 do combust vel queimador 6 Reduzir descarga de fundo Conforme
100. de el trica e gases dissolvidos di xido de carbono forma o de H2CO3 oxig nio despolarizador cat dico am nia agentes oxidante corroe o cobre sulfeto de hidrog nio corros o ativa por cido e pro sulfeto de ferro que cat dico com rela o ao ferro corros o galvanica e mat rias suspensas lama areia aluvi o argila poeira e outras forma o de c lulas de aera o diferencial nos poros da sedimenta o destes materiais e microorganismos as bact ria anaer bicas formam c lulas de aera o diferencial e aceleram o ataque localizado algumas esp cies produzem compostos cidos e reas met licas relativas metais diferentes produzem diferen a de potencial anodo e catodo corrente de corros o PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor e temperatura a medida que a temperatura aumenta a difus o diminui tanto a sobrevoltagem quanto a viscosidade gt temperatura gt o grau de corros o e temperatura transfer ncia de calor efeito de parede quente o oxig nio liberado na solu o na superf cie quente do metal e promove a forma o de uma c lula de aera o diferencial e velocidade regime laminar e turbulento quanto maior a turbul ncia mais fina ser a camada laminar O oxig nio desprende se rapidamente da mistura turbulenta onde o oxig nio alcan a a superficie met lica e met
101. dequada proporciona maior durabilidade e efici ncia a caldeira um bom acesso as partes internas tanto do g s quanto da gua pode facilitar as limpezas e manuten es e inspe es o projeto e constru o do vaso de press o tamb m e importante com vista a seguran a A sele o de uma caldeira com projeto de baixo custo de manuten o e alta efici ncia pode realmente retornar atrav s de economias seu investimento feito na hora da compra Caldeira de alta efici ncia o resultado de crit rios espec ficos de projeto incluindo N mero de passes da caldeira Compatibilidade caldeira queimador Superf cie de aquecimento Projeto do vaso de press o C lculos de efici ncia da caldeira que s o precisos e representam de fato o combust vel usado necessita do uso da prova e verifica o de dados que incluem como j citado Prova da temperatura da chamin Especifica o precisa do combust vel N vel do excesso de ar em opera o Temperatura da casa de caldeiras Quando for avaliar sua caldeira adquirida pe a ao seu vendedor fabricante para que atrav s dos c lculos mostre e prove a efici ncia da caldeira Tamb m verifique o tipo da caldeira e o queimador que est sendo utilizado Voc pagar pelo combust vel na verdade usado n o o combust vel estimado baseado no c lculo de efici ncia com dados irreais Uma vez instalada a caldeira voc n o pode voltar atr s e mudar o projeto de efici ncia d
102. dida que sobem pela coluna Conforme a temperatura baixa aqueles que possuem o maior ponto de ebuli o tornam se l quido condensam antes separando se dos demais sendo retirados da coluna C aC gases 20 C e GPL Ca CG natin fabrico de produtos quimicos gasolina para 120 C veiculos Coal fuel para querosene ale avi es 170 C aquecimento e energia Cal diesel 270 C Ca Cso leos lubrificantes lios sa lubrificantes C94 Co fuel para pesa barcos e fuel fracc 600 C industria es com densidade peso Cro molecular e res duo alcatr o o SIS alcatr o ebuli o crescente Figura 1 Torre de Destila o Fracionada de Petr leo 2 3 Caracter sticas dos Combust veis Normalmente os combust veis em uso na ind stria s o definidos em termos de 2 3 1 Poder Calor fico a quantidade de calor liberado pela unidade de massa ou de volume para combust veis gasosos de um combust vel quando queimado completamente PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor expresso em kcal kg para s lidos e l quidos e em kcal m para gases Fisicamente existem dois poderes calor ficos o superior PCS e o inferior PCI O superior supera o inferior em uma quantidade de kcal equivalente para vaporizar a gua formada com a combust o do Hidrog nio do combust vel O poder calor fico pode s
103. dor propriamente dito envolvendo muitas vezes quest es de uniformiza o com outros trocadores j existentes mas tamb m previs es para manuten o Pode ocorrer por exemplo que o trocador 2 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor seja instalado de modo que o feixe possa ser removido pela simples abertura do trocador e haja espa o dispon vel para a opera o Outras opera es devem ocorrer no sentido de facilitar a drenagem remo o vertical do feixe e etc 2 4 Fatores de Incrusta o O dep sito de materiais indesej veis na superf cie de um trocador de calor aumenta a resist ncia transfer ncia de energia diminuindo a efici ncia de troca t rmica e pode obstruir a passagem do fluido aumentando a sua perda de carga Um dos modos adotados na pr tica para saber o grau de dep sito num trocador de calor em opera o acompanhar ao longo do tempo de uso as temperaturas e as press es terminais do trocador medida que o dep sito aumenta a efici ncia de troca t rmica cai observado atrav s das temperaturas e a diferen a de press es cresce O processo de forma o do dep sito em geral complexo Pode ser devido sedimenta o polimeriza o cristaliza o ao coqueamento corros o ou a causas de natureza org nica como algas Esses mecanismos podem ocorrer independente ou paralelamente A taxa de dep sito afetada
104. duos sujeiras leo graxa ou qualquer outro contaminante que possa obstruir as aberturas a serem detectadas Para as superf cies excessivamente rugosas h a necessidade de uma prepara o pr via mais eficaz pois as irregularidades superficiais prejudicam aplica o do penetrante de forma adequada remo o do excesso e conseq entemente o resultado final Para o ensaio ter um melhor resultado devem ser consideradas superf cies nem muito rugosas nem porosas A limpeza da superf cie na qual o penetrante ser aplicado fundamental j que o sucesso do m todo depende dos defeitos estarem abertos superf cie necessidade da penetra o na descontinuidade Isso implica em n o haver material estranho nesta Ou seja toda forma de corros o esc ria pinturas leo graxa etc deve ser removida No que diz respeito ao penetrante deve ser observada a faixa de temperatura adequada de acordo com o fabricante dos produtos Superf cies muito frias abaixo de 5 C ou muito quentes acima de 52 C n o s o recomend veis ao ensaio O penetrante pode ser aplicado em spray por pincelamento rolo de pintura ou mergulhando se as pe as em tanques neste ltimo caso aplic vel pe as pequenas O processo de aplica o do penetrante deve ser escolhido de forma condizente s dimens es das pe as e ao meio ambiente em que ser aplicado o ensaio PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Troc
105. e 83 e taxa de vaporiza o de 30 a 35 kg de vapor m 2 4 9 Vantagens e Desvantagens das Caldeiras Flamotubulares 2 4 9 1 Vantagens As principais vantagens das caldeiras deste tipo s o e custo de aquisi o mais baixo e exigem pouca alvenaria e atendem bem a aumentos instant neos de demanda de vapor 2 4 9 2 Desvantagens Como desvantagens apresentam baixo rendimento t rmico partida lenta devido ao grande volume interno de gua limita o de press o de opera o m x 15 kgf cm baixa taxa de vaporiza o kg de vapor m hora capacidade de produ o limitada dificuldades para instala o de economizador superaquecedor e pr aquecedor 2 5 Partes das Caldeiras Flamotubulares As caldeiras flamotubulares apresentam as seguintes partes principais corpo espelhos feixe tubular ou tubos de fogo e caixa de fuma a O corpo da caldeira tamb m chamado de casco ou carca a constru do a partir de chapas de a o carbono calandradas e soldadas Seu di metro e comprimento est o relacionados capacidade de produ o de vapor As press es de trabalho s o limitadas normalmente m ximo de 20 kgf cm pelo di metro do corpo destas caldeiras Os espelhos s o chapas planas cortadas em forma circular de modo que encaixem nas duas extremidades do corpo da caldeira e s o fixadas atrav s de soldagem Sofrem um processo de fura o por onde os tubos de fuma a dever o passar Os tubos s o fixados
106. e Patterns 3 Failure Regions 4 Dimensionless Numbers 5 Natural Frequency 6 Axial Tube Stress 7 Effective Tube Mass 8 Damping vii CONTENTS Symbol amp Section Paragraph 6 V FLOW INDUCED VIBRATION continued 9 Shell Side Velocity Distribution 10 Estimate of Critical Flow Velocity 11 Vibration Amplitude 12 Acoustic Vibration 13 Design Considerations 14 Selected References 7 T THERMAL RELATIONS 1 Scope and Basic Relations 2 Fouling PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 3 Fluid Temperature Relations 4 Mean Metal Temperatures of Shell and Tubes 8 P PHYSICAL PROPERTIES OF FLUIDS 1 Fluid Density 2 Specific Heat 3 Heat Content 4 Thermal Conductivity 5 Viscosity 6 Critical Properties 7 Properties of Gas and Vapor Mixtures 8 Selected References 9 D GENERAL INFORMATION See detailed Table of Contents 10 RGP RECOMMENDED GOOD PRACTICE G 7 11 Horizontal Vessel Supports G 7 12 Vertical Vessel Supports G 7 2 Lifting Lugs G 7 3 Wind and Seismic Design RCB 2 Plugging Tubes in Tube Bundles RCB 4 Entrance and Exit Areas RCB 7 Tubesheets RCB 10 Nozzles RCB 11 End Flanges and Bolting RCB 12 Finite Element Analysis Guidelines T 2 Fouling Appendix A Tubesheets INDEX COMPROMISSO COM INVESTIMENTO EM PESQUISA amp DESENVOLVIMENTO BR PETROBRAS mjanp ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS DISCIPLINA DE FABRICA O E MONTAGEM DE CALDEIRAS E TROCADORES DE
107. e org br biblioteca apostila php w 12808h 768 gt Acesso em 08 de setembro de 2008 COMPOENDE 2008 Correntes Parasitas Dispon vel em lt www compoende com br correntes doc gt Acesso em 08 de setembro de 2008 Norma Regulamentadora NR 13 Caldeiras e Vasos de Press o 113 000 5 Dispon vel em lt www mte gov br legislacao normas_regulamentadoras nr_13 pdf gt Acesso em 09 de setembro de 2008 Pereira Filho Jorge dos Santos 2004 An lise de Efeitos de Teste Hidrost tico em Vaso de Press o Dispon vel em lt www tede ufsc br teses PEMC0839 pdf gt Acesso em 08 de setembro de 2008 4 DIREITOS AUTORAIS Os autores s o os nicos respons veis pelo conte do do material impresso e autorizam o uso do seu conte do pela coordena o do curso e ministrante da disciplina BR PETROBRAS fanp COMPROMISSO COM INVESTIMENTO EM PESQUISA amp DESENVOLVIMENTO ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS DISCIPLINA DE FABRICA O E MONTAGEM DE CALDEIRAS E TROCADORES DE CALOR AGOSTO SETEMBRO DE 2008 Escola Polit cnica Depto Enga Mec nica Prominp NORMAS T CNICAS DE TROCADORES DE CALOR Alexandre Pinheiro Balthasar da Silveira alexandre silveira Outc com br Mauro Simantob Rosemberg maurosrosemberg estadao com br Prominp CM Engenheiro de Suprimento Resumo O objetivo deste trabalho a apresenta o dos tipos de normas t cnicas relacionadas aos trocadores de calor com nfase nas normas
108. e s o bocais de ar de combust o e queimadores 6 Recomenda se uma verifica o amostral das condi es dos tubos do fundo da caldeira a cada cinco anos em caldeiras de fundo plano Para tanto podem ser abertas uma ou mais janelas pequenas 1 x 1 m por exemplo no refrat rio do piso de forma a permitir uma verifica o visual dos tubos que comp em o fundo e a sua medi o de espessura conforme descrito no item 3 2 1 2 Para unidades com fundo inclinado a inspe o nesta regi o deve ser anual Dada a diversidade de materiais tipos de tubos e formas construtivas de fundos de caldeiras de recupera o esta recomenda o aqui dada de forma gen rica deve ser cuidadosamente adaptada pelo engenheiro inspetor s condi es particulares da caldeira em quest o Aten o especial deve ser dada aos tubos do fundo nos cantos em caldeiras que tenham sofrido redimensionamentos importantes de capacidade devido a poss veis altera es de circula o estas verific veis por tubos Pitot Aten o especial deve ser dispensada a pisos em tubos compostos que t m apresentado susceptibilidade ao surgimento de trincas na camada austen tica Neste tipo de material recomenda se a realiza o de inspe o por l quidos penetrantes integral ou por amostragem dependendo do hist rico da caldeira Nota extremo cuidado deve ser exercido na remo o do refrat rio do piso para evitar danos mec nicos aos tubos PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS
109. e ser tomado para verificar a chamada corros o do lado frio pr xima ao inv lucro estendendo se as medi es ultra s nicas a estes locais se necess rio Isto se aplica de forma especial quando o inv lucro estiver corro do nas regi es pr ximas s entradas de sopradores de fuligem e Os tubos de cortina screen s o medidos em 2 a 5 n veis este n mero pode ser maior dependendo das caracter sticas da cortina As partes pr ximas s penetra es das paredes tubos curvados e trechos retos nas regi es de sopragem s o os focos de interesse principal e Os tubos de bancada devem ser medidos pr ximo aos bal es se for o caso em partes curvadas e nas linhas de sopragem e Tubos com sinais visuais evidentes de desgaste ou corros o anormais devem ser medidos independentemente da sua localiza o essencial verificar frequentemente a calibra o do aparelho durante os trabalhos de medi o de espessura 3 2 1 3 Outros Ensaios N o Destrutivos Recomend veis Ensaios n o destrutivos cl ssicos s o usados para evidenciar descontinuidades em partes pressurizadas e estruturais Abaixo s o dadas algumas recomenda es espec ficas do emprego destes ensaios t picas nas inspe es peri dicas da caldeira de recupera o a L quido Penetrante e L quidos penetrantes ao redor das aberturas das bicas de smelt e Nas fornalhas de tubos compostos onde a experi ncia tenha mostrado uma incid ncia apreci vel de trinca
110. e vaz o realmente garantida talvez seje a hora certa para se considerar a compra de uma caldeira nova Muitas vezes um investimento feito em uma caldeira velha onde os custos associados com a pr xima maior exig ncia de manuten o ir justificar a compra da nova unidade O resultado perder dinheiro na atualiza o da unidade antiga 2 7 6 4 Efici ncia T rmica Seu representante Steam Master pode ajud lo a checar a efici ncia de sua caldeira antiga com uma simples an lise da chamin Os dados dar o a voc uma id ia geral da diferen a entre o custo do combust vel da caldeira existente e o de uma nova unidade Baseado nos resultados da avalia o da chamin uma avalia o mais completa das necessidades de sua casa de caldeiras seria formada A Steammaster disponibiliza a todos um programa de computador desenvolvido por seus t cnicos que pode ser usado por qualquer um sem dificuldade para uma correta avalia o de sua casa de caldeiras Espessura do casco peso necessidades de turndown necessidades de troca do tipo de combust vel necessidade de controles de emiss es tudo deve ser avaliado O resultado ser uma revis o precisa das economias potenciais em combust veis manuten o e efici ncia na casa de caldeira o que poder significar melhora de custo substancial Alta efici ncia o resultado de considera es de projetos reais incorporados na caldeira Examinar algumas diferen as de projetos b sicos de uma
111. efrat rios Queimadoras Ventiladores Chamin V lvulas de seguran a PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor A c mara de combust o a regi o onde se d a queima do combust vel com produ o dos gases de combust o que fornecem calor gua Os tubos servem para a circula o de vapor e gua dentro da caldeira a fim de permitir a troca de calor entre os gases quentes de combust o e a gua ou vapor Os coletores s o pe as cil ndricas s quais chegam e saem conjuntos de tubos cuja finalidade como o pr prio nome indica coletar gua ou vapor O tubul o um tambor horizontal situado no ponto mais alto do corpo principal da caldeira ao qual acham se conectados atrav s de tubos os coletores que se encontram em n veis diferentes dentro da caldeira A gua circula v rias vezes atrav s do conjunto tubul o coletores descendo pelos tubos externos e retornando pelos internos Essa circula o natural provocada pela diferen a de press o exercida pelas colunas l quidas e pelas correntes de convec o formadas A coluna externa contendo somente gua mais pesada do que a coluna interna contendo gua vapor promovendo ent o a circula o A parte vaporizada vai se armazenando no tubul o enquanto o l quido volta a circular Al m de acumular o vapor o tubul o recebe tamb m a gua de alimenta o que vem do economizador O espa
112. ela Tenha certeza que os dados que lhe oferecem ser o reais e repetitivos por toda vida do equipamento A Steammaster uma das empresa que garantem a performance superior com seus projetos provando com os c lculos de efici ncia e as caldeiras em funcionamento e podem assim afirmar isto 3 AGRADECIMENTOS Agradecemos o Ricardo Suzano do departamento comercial da CBC Ind strias Pesadas S A pela colabora o e informa es para realiza o deste 4 REFER NCIAS CBC IND STRIAS PESADAS S A lt cbe com cbesa com br gt Eastop e Mconkey Applied Thermodynamics for Engineering Technologists Prentice Hall 1993 Jorge Martins Motores de Combust o Interna Publind stria 2005 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor INCROPERA F P Fundamentos de Transfer ncia de Calor e Massa Rio de Janeiro Livros T cnicos e Cient ficos Editora S A Mendes Juanico Geradores de Vapor 1995 Mota scar Apontamentos de Maquinas T rmicas 1999 MARTINELLI Luiz Carlos Jr Geradores de Vapor Dispon vel em PERA H Geradores de Vapor S o Paulo Editora Fama 1990 BR PETROBRAS mjanp COMPROMISSO COM INVESTIMENTO EM PESQUISA amp DESENVOLVIMENTO ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS DISCIPLINA DE FABRICA O E MONTAGEM DE CALDEIRAS E TROCADORES DE CALOR AGOSTO SETEMBRO DE 2008 Escola Polit cnica Depto Eng Mec nica Prominp CALDEIRAS DE RECUPERA O Thi
113. em a miss o de desenvolver a ind stria de petr leo americana inicialmente para suprir as necessidades da guerra Ela emissora de diversas normas muito utilizadas na ind stria de petr leo para diversas finalidades como normas de testes normas de c lculos t cnicos diversos normas materiais e normas de equipamentos como as de trocadores de calor 2 1 6 ASTM A American Society for Testing and Materials ASTM hoje conhecida como ASTM international foi criada em 1898 impulsionada pela necessidade de normatiza o gerada pela revolu o industrial particularmente para melhorar a qualidade da ind stria ferrovi ria americana cuja confiabilidade na poca era menor do que a ind stria inglesa A ASTM uma norma muito utilizada na especifica o de materiais particularmente no caso dos trocadores de calor casco tubo a especifica o de chapas para o casco e tubos para os feixes 2 1 7 ANSI O American National Standards Institute ANSI criada em 1918 com nome de American Engineering Standards Committee AESC teve como objetivo a uni o de esfor os das institui es normativas americanas privadas como American Institute of Electrical Engineers hoje IEEE American Society of Mechanical Engineers ASME American Society of Civil Engineers ASCE American Institute of Mining and Metallurgical Engineers AIMME American Society for Testing Materials ASTM junto com institui es p blicas americanas como os departamentos a
114. er determinado experimentalmente atrav s de calor metros ou por c lculo se a composi o do combust vel for conhecida Temos algumas medidas na Tabela 2 Tabela 2 Poder Calor fico Superior e Inferior de alguns Combust veis COMBUST VEL PCS PCI Carv o 8 065 kcal kg 7 750 kcal kg Querosene 11 100 kcal kg 10 390 kcal kg leo Diesel 10 960 kcal kg 10 280 kcal kg leo Combust vel 10 200 kcal kg 9 600 kcal kg Coque Metal rgico 6 640 kcal kg 6 500 kcal kg Alcatr o e leo de Alcatr o 10 000 kcal kg 8 200 kcal kg G s Natural 10 048 kcal Nm3 9 056 kcal Nm3 Butano 28 700 kcal Nm3 26 395 kcal Nm3 Propano 26 395 kcal Nm3 21 100 kcal Nm3 Gas de Coqueria 4 600 kcal Nm3 4 080 kcal Nm Gas de Alto Forno Operando com Coque 1 000 kcal Nm 850 kcal Nm G s Liqiiefeito de Petr leo GLP 00000 kcal Nm 25 000 kcal Nm 2 3 2 Ponto de Fulgor ou Flash Point a temperatura na qual um l quido inflam vel num ambiente fechado liberta suficiente vapor para criar uma mistura explosiva no espa o de ar acima dele mistura esta que dar um lampejo se exposta em contato com uma chama ou fa sca O ponto de fulgor ent o uma medida para avaliar a seguran a em armazenamento transporte e algumas vezes no manuseio do combust vel 2 3 4 Viscosidade a for a necess ria para efetuar o movimento do fluido sob condi es padr o em outras palavras a for a neces s ria para vencer a resist ncia ao
115. ericulosos devem circular preferencialmente pelo lado dos tubos 2 5 7 Fluido com diferen a entre as temperaturas terminais muito elevada Se a diferen a entre as temperaturas de entrada e sa da for muito alta maior que 150 C e se houver mais de uma passagem pelo lado dos tubos recomenda se circular esse fluido pelo casco Esse procedimento minimiza problemas construtivos causados pela expans o t rmica Em muitos casos podem ocorrer situa es conflitantes de acordo com as recomenda es prescritas acima Por exemplo um dos fluidos muito incrustaste e o outro escoa sob temperatura muito elevada segundo os crit rios mencionados os dois fluidos deveriam circular pelo lado dos tubos Uma prioridade que serve de orienta o dada pela seguinte rela o onde o fluido de posi o anterior em geral alocado nos tubos gua de resfriamento Fluido corrosivo ou fluido com alta tend ncia de incrusta o Fluido menos viscoso Fluido de temperatura e press o elevadas Fluido de maior vaz o 2 6 Velocidade de Escoamento A velocidade de escoamento influi em quatro aspectos fundamentais a efici ncia de troca t rmica a perda de carga a eros o e o dep sito de sujeira Quanto maior a velocidade de escoamento num trocador de calor maior a intensidade de turbul ncia criada e melhor deve ser o coeficiente de transporte de energia Conseqiientemente a rea do trocador necess ria para uma dada carga t rmica ser me
116. escoamento do fluido causado pelo atrito A grandeza da viscosidade pode ser definida como sendo a for a expressa em dins agindo em uma rea de cm necess ria para produzir uma diferen a de velocidade de Icm seg entre duas camadas de fluido paralelas distantes em 1 cm Para os leos combust veis obrigat rio o conhecimento de uma tabela ou curva de onde podemos extrair a viscosidade em fun o da temperatura A import ncia da viscosidade se faz em fun o de conhecermos as faixas de temperatura para obtermos uma bombeabilidade econ mica ou o grau de pr aquecimento que o leo deve ter para obtermos a temperatura que nos d uma boa atomiza o e consequentemente uma combust o eficiente Problemas que podem ocorrer quando o leo estiver com a viscosidade elevada e Dificuldades no Sistema de Bombeamento Aumenta a perda de carga na tubula o e a pot ncia requerida na bomba diminuindo a vaz o de leo que vai para o queimador 4 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Atomiza o Deficiente Ocorre se o leo n o estiver pr aquecido devidamente quanto maior a viscosidade menor o grau de pr aquecimento Dificuldades em Acender o Queimador Com o aumento da viscosidade aumenta tamb m a sua temperatura de igni o Estabilidade da Chama Irregular N o se consegue estabilizar a chama o queimador funciona em golfadas Entu
117. esentadas por subst ncias de natureza org nica e inorg nica Estas ltimas fazem parte dos componentes qu micos que atuam nos cozimentos de madeira para liberar a celulose e dissolver as ligninas Este licor negro concentrado injetado na caldeira sustenta uma combust o gra as ao seu teor de mat rias org nicas gerando calor numa quantidade tal que funde a parte mineral da sua constitui o e ainda produz importante quantidade de vapor suficiente para dar autonomia energ tica ao pr prio processo de fabrica o de celulose 4 S AS Figura 3 Evaporador de cinco Efeitos para a Concentra o de Licor Negro tendo Concentra o Inicial de 15 a 19 e final de 45 a 55 O principal objetivo de caldeiras de recupera o qu mica recuperar os inorg nicos do licor As outras fun es s o de gerar o vapor ao aproveitar o calor dos gases de combust o do licor e reduzir o n vel de emiss es Parte da energia do vapor produzido na caldeira abastece as diferentes etapas do processo de celulose e a maior parte utilizada para gerar energia el trica via turbo gerador A recupera o dos inorg nicos por meio de bicas pela parte inferior do equipamento Os componentes inorg nicos no fundido s o basicamente sulfeto de s dio Na S e carbonato de s dio Na CO Este ciclo se encerra coma obten o a partir do licor residual do subproduto das PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e
118. esentados possuem uma vital import ncia no processo de recupera o s o que efetuam troca de calor e que realiza o controle de part culas s o chamados de superaquecedores economizadores e precipitadores eletrost ticos 3 1 Superaquecedores No interior dos tambores das cadeiras o vapor formado permanece em equil brio com a fase l quida temperatura de vaporiza o constituindo o chamado vapor saturado Este vapor extra do da caldeira geralmente mido contendo 0 1 a 5 de gua arrastada dependendo da efici ncia de separa o dos dispositivos internos do tambor Se a este vapor adiciona se mais calor mantendo o mesma press o elevamos a sua temperatura acima da temperatura de vaporiza o tornando o superaquecido Os aparelhos que permitem esta eleva o de temperatura s o denominados Superaquecedores os quais operam sempre mesma press o da caldeira respondendo pela eleva o da temperatura do vapor saturado aproveitando o calor sens vel dos gases de combust o 3 2 Economizadores Economizadores s o aparelhos destinados a elevar a temperatura da gua de alimenta o antes de introduzi las no interior da caldeira aproveitando o calor sens vel ainda dispon vel nos gases de combust o ap s sua passagem pelas ultimas partes da pr pria caldeira O aumento da temperatura da gua de alimenta o ben fico ao processo e oferece algumas vantagens A introdu o de gua fria em torno de 25 C tende
119. esta NR 113 078 1 13 5 2 A inspe o de seguran a inicial deve ser feita em caldeiras novas antes da entrada em funcionamento no local de opera o devendo compreender exames interno e externo teste hidrost tico e de acumula o 13 5 3 A inspe o de seguran a peri dica constitu da por exames interno e externo deve ser executada nos seguintes prazos m ximos a 12 doze meses para caldeiras das categorias A Be C b 12 doze meses para caldeiras de recupera o de lcalis de qualquer categoria c 24 vinte e quatro meses para caldeiras da categoria A desde que aos 12 doze meses sejam testadas as press es de abertura das v lvulas de seguran a d 40 quarenta meses para caldeiras especiais conforme definido no item 13 5 5 13 5 4 Estabelecimentos que possuam Servi o Pr prio de Inspe o de Equipamentos conforme estabelecido no Anexo II podem estender os per odos entre inspe es de seguran a respeitando os seguintes prazos m ximos a 18 dezoito meses para caldeiras das categorias Be C b 30 trinta meses para caldeiras da categoria A 13 5 5 As caldeiras que operam de forma cont nua e que utilizam gases ou res duos das unidades de processo como combust vel principal para aproveitamento de calor ou para fins de controle ambiental podem ser consideradas especiais quando todas as condi es seguintes forem satisfeitas a estiverem instaladas em estabelecimentos que possuam Servi o Pr pri
120. etornando pelos tubos de fogo Na caldeira multitubular a queima de combust vel efetuada em uma fornalha externa geralmente constru da em alvenaria instalada abaixo do corpo cil ndrico Os gases quentes passam pelos tubos de fogo e podem ser de um ou dois passes A maior vantagem poder queimar qualquer tipo de combust vel Na figura a seguir temos um exemplo de caldeira multitubular chamin saida de Nai nivel de caldeira multitubular Figura 9 Exemplo de caldeiras multitubulares 2 4 7 Caldeiras locom vel As caldeiras locom veis tamb m do tipo multitubular t m como principal caracter stica apresentar uma dupla parede em chapa na fornalha pela qual a gua circula Sua maior vantagem est no fato de ser f cil a sua transfer ncia de local e de poder produzir energia el trica usada em serrarias junto mat ria prima e em campos de petr leo PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor vapor saida de chamin parede dupla com gua N Pai fuma a fornalha caldeira locom vel Figura 10 Exemplo de caldeiras locom vel 2 4 8 Caldeiras escocesas A caldeira escocesa criada basicamente para uso mar timo o modelo de caldeira industrial mais difundido no mundo E destinada queima de leo ou g s tendo ainda press o m xima de 18 kgf cm rendimento t rmico em torno d
121. feito por este equipamento constru do com chapas e tubos cuja finalidade fazer com que gua se aquece e passe do estado l quido para o gasoso aproveitando o calor liberado pelo combust vel que faz com as partes met licas da mesma se aque a e transfira calor gua produzindo o vapor A finalidade de se gerar o vapor veio da revolu o industrial e os meios da poca que se tinha era de pouca utiliza o mas o vapor no inicio serviu para a finalidade de mover m quinas e turbinas para gera o de energia e locomotivas com advento da necessidade industrial se fez necess rio necessidade de cozimentos e higieniza o e fabrica o de alimentos se fez necess rio evolu o das caldeiras Com isto se utiliza o vapor em lactic nios fabricas de alimentos extrato de tomate doces gelatinas curtumes frigor ficos industrias de vulcaniza o usinas de a car e lcool tecelagem fabricas de papel e celulose entre outras 2 CALDEIRAS 2 1 Descri o As caldeiras ou geradores de vapor s o equipamentos destinados a transformar gua em vapor A energia necess ria opera o isto o fornecimento de calor sens vel gua at alcan ar a temperatura de ebuli o mais o calor latente a fim de vaporizar a gua e mais o calor de superaquecimento para transform la em vapor superaquecido dada pela queima de um combust vel 2 2 Classifica o Conforme o tipo as caldeiras podem ser classificadas em
122. feren a de temperatura m dia entre os fluidos No trocador de calor de correntes opostas a diferen a de temperatura entre os fluidos n o varia tanto o que acarreta em uma diferen a m dia maior Como conseqii ncia mantidas as mesmas condi es o trocador de calor trabalhando em correntes opostas mais eficiente T T te 2 FQ FQ r 7 z FF lt T oo gt correntes L correntes L paralelas opostas Figura 3 Gr fico de varia o de temperatura ao longo do comprimento do trocador Como a varia o de temperatura ao longo do trocador n o linear para retratar a diferen a m dia de temperatura entre os fluidos usada ent o a M dia Logar tmica das Diferen as de Temperatura MLDT mostrada na Eq 1 MLDT Tax Afro 1 AE 1 max AT min In A utiliza o da m dia aritm tica para situa es onde a rela o T ay ST im menor que 1 5 corresponde a um erro de apenas 1 6 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS 7 Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 4 QUANTIDADE DE CALOR TROCADO A quantidade de calor trocada entre os fluidos quente e frio dada por q U AAt 2 onde q quantidade de calor trocado W U coeficiente global de transfer ncia de calor W m C ou W m K A rea de troca de calor m At diferen a m dia logar tmica de temperatura entre os fluidos C ou K 5 COEFICIENTE GLOBAL D
123. fici ncia t rmica Os modernos sopradores podem seguir quanto ao seu funcionamento uma sequ ncia pr determinada ou programada conforme as necessidades espec ficas dos v rios elementos do gerador de vapor A sopragem autom tica dos elementos da caldeira na maior parte das instala es reduz a temperatura m dia dos gases de combust o A sopragem autom tica dever portanto come ar quando a temperatura do g s exceder um determinado valor Constantes melhoras efetuadas permitem estabelecer que uma opera o programada atende eficientemente as necessidades de cada unidade em particular O controle autom tico permite uma grande economia do combust vel vapor e tempo A frequ ncia da limpeza depende do tipo de opera o e do combust vel utilizado importante manter o gerador produzindo vapor a uma taxa razo vel durante a opera o dos sopradores Isto evitar a possibilidade de igni o espont nea ou explos o em algumas parrtes onde uma circula o n o eficiente permita a acumula o de combust vel n o queimado ou g s rico Tamb m dever ser aumentada levemente a tiragem durante a opera o de sopragem A sopragem pode ser efetuada com vapor ou ar sendo o vapor o sistema mais popular com cerca de 60 contra 40 das efetuadas por ar Em grandes instala es usado o ar para evitar o custo devido a perda da gua tratada S o usados v rios tipos de sopradores entre os quais os do tipo estacion rio que emprega difusores
124. fosse compat vel com as normas determinadas para per odos de igni o estipulados para os sistemas de acendimento autom tico Para a opera o correta importante que o vapor e o leo combust vel n o se encontrem antes do ponto de interse o projetado portanto essencial que n o haja qualquer vazamento entre a superf cie de contato formada pelo atomizador e pela extremidade do sprayer O bom contato depende das duas superf cies estarem planas limpas e satisfatoriamente presas uma outra uma vez que tal contato metal com metal 4 REFER NCIAS PERA Hildo Geradores de Vapor um comp ndio sobre convers o de energia com vistas preserva o da ecologia Editora Fama LORA E E S ARRIETA F R P BESSA F C ARADAS M E C Caldeiras a vapor Convencionais e de recupera o In Electo Eduardo Silva Lora Marco Ant nio Rosa Nascimento Org Gera o Termel trica Planejamento Projeto e Opera o 1 edi o Rio de Janeiro 2004 v 1 p 171 248 WYLEN Gordon J Van SONNTAG Richard E BORGNAKKE Claus Fundamentos da Termodin mica Cl ssica Euryale de Jesus Zerbini Trad 4 ed S o Paulo Edgard Blucher 1995 585 p KEI TEC Equipamentos Industriais ltda Web http www kei tec com 5 DIREITOS AUTORAIS Os autores s o os nicos respons veis pelo conte do do material impresso e autorizam o uso do seu conte do pela coordena o do curso e ministrante da disciplina A BR
125. geom tricas el tricas ou magn ticas Fazendo se a devida adapta o a cada necessidade sobretudo quanto ao tipo e tamanho de sonda o ensaio pode ser realizado para gt Detectar falta de homogeneidade no material tais como trincas deforma es inclus es varia es de espessura corros o etc gt Medir espessura ou varia o de espessura de camada n o condutora aplicada em material condutor ou camada condutora aplicada em material de condutividade diferente gt Detectar varia es associadas condutividade do material falta de homogeneidade em ligas superaquecimento local erros de tratamento t rmico etc gt Detectar varia es associadas permeabilidade magn tica atrav s de medi o das intensidades dos campos magn ticos Al m de uma vasta rea de aplica es o ensaio por correntes parasitas ainda oferece uma s rie de vantagens tais como alta sensibilidade alta confiabilidade rapidez de execu o facilidades para automa o n o exige contato direto entre a sonda e a superf cie inspecionada limpeza etc As t cnicas em que se desdobra este m todo de ensaio dependem do material a ser ensaiado Se o ensaio a ser efetuado manual ou autom tico e sobretudo do tipo e da localiza o das descontinuidades que se deseja detectar Desta maneira temos as seguintes t cnicas de ensaio gt T cnica de Magnetiza o DC para inspe o principalmente de tubos barras ou arames de material ferrom
126. go uma pesquisa descritiva que tem por objetivo descrever os processos e sistemas de tratamento de gua industrial os tipos de ataque gerado pela gua de processo que prejudicam a estrutura e a efici ncia dos geradores de vapor e trocadores de calor e os principais m todos de controle que visam aumentar a vida til e a seguran a operacional destes equipamentos bem com apresentar os materiais mais usados para a constru o de f bricas Palavra chave gerador de vapor trocador de calor corros o 1 INTRODU O A AGUAS E SUAS IMPUREZAS medida que a gua percorre seu ciclo absorve impurezas que refletem a composi o da atmosfera ou crosta terrestre Antes de atingir o solo gua da chuva pode absorver gases e absorver mat ria sol vel e insol vel contida na atmosfera saturada de oxig nio e di xido de carbono e xidos de enxofre A gua pluvial pode ainda conter mat ria org nica originada da contamina o industrial da atmosfera ou desprendida pela vegeta o Composi o de Varia guas guas superficiais e guas subterr neas Po o S o Bernardo do Rio doce Gov A doM Composto Campo Piraporinha Valadares pone a Silica SiO2 45 11 10 Ferro Fe 20 1 5 1 Mangan s Mn 0 0 03 0 01 C lcio Ca 18 4 4 0 400 Magn sio Mg 2 16 0 48 1252 S dio Na 14 1 0 87 10561 Pot ssio K 2 7 0 94 380 Carbonato CO3 0 0 0 Bicarbonato HCO3 134 2 29 3 140 Sulfato SO
127. gua na caldeira Neste caso ar em excesso acima do tecnicamente correto reduz a efici ncia da caldeira aumentando drasticamente as perdas nos gases da chamin lembre se que o ar entra no queimador a temperatura ambiente sai na chamin a centenas de graus acima Um projeto de queimador de qualidade permitir queima a um n vel m ximo de excesso de ar em torno de 15 3 como 02 O O2 representa a porcentagem de oxig nio no g s Excesso de ar medido por coleta amostra no g s Para por exemplo 15 de excesso de ar 02 3 O fato que mesmo com a capacidade te rica do queimador de rodar com n vel de excesso de ar menor que 15 raramente est o dispon veis para isto na pr tica O n vel de excesso de ar real para uma caldeira em opera o 15 se um fator de seguran a apropriado estiver sendo mantido Se menos que 15 de excesso de ar estiver sendo usado para calcular a efici ncia isto pouco prov vel de se obter pelo menos n o por muito tempo e voc estar provavelmente baseando seu uso de combust vel numa efici ncia maior do que a real no dia a dia Solicite ao vendedor do equipamento para recalcular a efici ncia a um valor de excesso real 2 7 5 4 Temperatura ambiente A temperatura ambiente pode ter um efeito dram tico na efici ncia da caldeira Uma varia o de 5 C na temperatura ambiente pode ter uma conseqii ncia na efici ncia de 1 ou mais A maioria das casas de caldeira s o relativamente quentes
128. h m L comprimento do tubo m n n mero de passes d di metro interno do tubo m fator de corre o dos efeitos da viscosidade com a temperatura gt P 11 3 1 Vaz o M ssica por rea t m G a onde 33 0 14 HET es 34 H 35 E a N a rea de escoamento dos tubos 36 onde n 14 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS 15 Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor a rea de escoamento por tubo m 11 3 2 Determina o do Coeficiente de Atrito f 11 3 2 1 C lculo do N mero de Reynolds R R 37 Com o n mero de Reynolds obtenho f atrav s da Fig 9 que representa os fatores de atrito para o interior do tubo Ti We Figura 9 Fatores de atrito para o interior do tubo 11 4 Perda de Carga no Retorno dos Tubos _4Anv s 28 N m 38 pr onde V velocidade m s S densidade relativa 11 5 Perda de Carga Total nos Tubos Apr A tA 39 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 12 REFER NCIAS Baracat D metrio Elie Um m todo para o Dimensionamento T rmico de Trocadores de Calor Disserta o de Tese para Doutorado em Engenharia Mec nica Polit cnica S o Paulo 1988 Braga W Millon J Trocadores de Calor Universidade de Caxias do Sul Dispon
129. ia o ou combinado PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Figura 2 rea do tubo do superaquecedor 2 1 1 Superaquecedores por Convec o Os superaquecedores bem como os reaquecedores podem ser do tipo horizontal ou suspenso Nestes a temperatura do vapor eleva se quando a carga aumenta devido a que o fluxo de gases no lado da superf cie que fica em contato com o fogo aumenta mais rapidamente que o fluxo de vapor no interior dos tubos Superaquecedores e reaquecedores dren veis s o necess rios na sec o de convec o devido a probabilidade de condensa o V lvulas operadas por piloto s o usadas nos superaquecedores suspensos para liberar umidade e part culas ap s parada da unidade Steam Cail Air Heater Figura 3 Superaquecedor Convectivo PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 2 1 2 Superaquecedores por Radia o Localizado na fornalha e recebendocalor por radia o direta sua temperatura de vapor diminuir quando a carga aumenta devido a elevada taxa de absor o de calor das paredes da fornalha O calor dispon vel para o superaquecedor n o aumenta na mesma propor o que o fluxo da massa de vapor no interior dos tubos diminuindo consequentemente a temperatura do vapor Para manter temperaturas razoavelmente uniformes a medida que a carga modifica os supe
130. iana pela forma o de hidr xido de magn sio e carbonato de c lcio PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Figura 2 1 Sistemas de abrandamento a cal O abrandamento a cal de barrilia aplicado a guas que apresentam dureza n o carbonatada quando a dureza total excede a alcalinidade total Este processo muito aplicado em guas de processo Quando a gua for destinada reposi o de gerador de vapor s o utilizados de prefer ncia abrandadores de to roca i nica para produzir gua branda m todo menos caro para remo o de dureza n o carbonatada Em casos especiais a soda caustica pode ser utilizada para o abrandamento porem necess rio obedecer a propor o correta de carbonato de c lcio e de magn sio para dureza n o carbonatada Abrandamento com Cal a Quente O abrandamento a temperaturas elevadas 100 C um processo reservado exclusivamente para gua de reposi o de geradores de vapor A gua tratada sai a uma temperatura elevada e sob press o Diminuindo a viscosidade causada pela temperatura da gua aumentando consideravelmente a vaz o Ale m disso o c lcio e o magn sio precipitados possuem solubilidade N o necessariamente usar coagulante O di xido de carbono expulso para a atmosfera e n o consome cal Pode se alcan ar redu o significativa da s lica O aquecimento de unidades de processo a quente feito por co
131. ica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Anexo 1 Folha de Preenchimento de Dados para Projetos em Trocadores de Calor FOLHA DE DADOS TROCADOR DE CALOR CLIENTE OPERA O NE DO DOCUMENTO RE ITEM N2 DIMENS O TIPO LIGADOS EM SUPERF JUNIDADE CASCOMUNIDADE SUPERF CASCO CARACTERISTICAS DE UMA UNIDADE LADO DO CASCO FLUIDO EM CIRCULA O Gasolina QUANTIDADE TOTAL FLUIDO ENT fka 22 695 VAPOR kgh L quido kg h VAPOR DE AGUA kgh N O CONDENS VEIS kg h FLUIDO VAPORIZ OU CONDENS kg VAPOR CONDENSADO kgh DENSIDADE DO LIQUIDO 0 720 0 781 VISCOSIDADE ENT E SA DA cp 0 25 0 50 PESO MOLECULAR DO VAPOR CALOR ESPEC FICO DO L QUIDO kiikg C 217 CALOR LATENTE fklkg CONDUTIVIDADE T RMICA Wwim C 0 12 0 13 TEMPERATURA ENTRADA C 104 TEMPERATURA SA DA C 38 PRESS O DE OPERA O bar man 80 Ne DE PASSES POR CASCO VELOCIDADE DE CIRCULA O mis QUEDA DE PRESS O bar CALC PERM 0 5 FATOR INCRUSTA O m22 W Oe Wm MLDT CORRIGIDA C LIMPO ESCOLA POLIT CNICA DA UNIVERSIDADE DE S O PAULO DEPARTAMENTO DE MECATR NICA E SISTEMAS MEC NICOS NORMAS T CNICAS APLIC VEIS S CALDEIRAS M dulo Il Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Anderson Xavier de Paiva Mello Andrigo Demetrio da Silva Escola Polit cnica USP S
132. ico da bomba Como Proceder Desligar ou interromper imediatamente a alimenta o de gua Certificar se de que o n vel est alto muitas caldeiras foram perdidas devido a esse engano Efetuar a descarga de fundo at que o n vel normal seja restabelecido Informar imediatamente ao departamento de manuten o o fato ocorrido 4 5 A Press o do Vapor Sobe Mas a V lvula de Seguran a N o Abre gt P M T A Causas e Sede e haste da v lvula de seguran a emperrada e V lvula de seguran a incorretamente regulada e Entupimento na conex o de fixa o da v lvula Como Evitar e Nunca mexa na regulagem da v lvula sem pr via autoriza o do respons vel por esta rea e Semanalmente testar a v lvula puxando a alavanca manualmente na press o de opera o Como Proceder e Desligar o queimador e retirar a press o da caldeira e Providenciar a retirada da v lvula imediatamente para revis o e calibra o e Inspecionar a conex o de fixa o da v lvula 4 6 A V lvula de Seguran a Abre Mas a Press o do Vapor Continua a Subir Causas e Sede e haste da v lvula de seguran a semi emperrada e V lvula de seguran a insuficiente erro de projeto e V lvula de seguran a montada incorretamente ap s a revis o e calibra o Como Evitar e Semanalmente testar a v lvula puxando a alavanca manualmente 14 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores
133. ificada a condi o de coletores distribuidores e tubos e as conex es entre eles Em alguns tipos de caldeiras necess rio inspecionar o sistema de suporta o dos superaquecedores quanto a trincas Poss veis vazamentos de fundido devem ser pesquisados no por o 11 Inspe o similar descrita no item anterior no que for aplic vel deve ser executada na c mara fria do nariz 3 2 1 2 Ensaios n o destrutivos Medi es de espessura Medi es ultra s nicas de espessura peri dicas s o essenciais para controlar a vida til dos tubos detectar desgastes anormais e confirmar a Press o M xima de Trabalho Admiss vel PMTA da unidade Abaixo s o recomendadas linhas gerais para um plano de prospec o ultra s nica para medi o de espessura Ressalta se aqui uma vez mais que o plano deve ser individualizado para cada caldeira levando se em conta sua concep o idade hist rico de corros o etc As medi es de espessura devem ser sempre complementadas com uma cuidadosa inspe o visual quanto a perdas de material dos tubos por exemplo com o uso de uma lanterna em ngulo As medi es s o feitas em um arranjo l gico de localiza es exemplo a cada 6 metros de 5 em 5 tubos resultando em uma densidade de medi es adequada a cada caso e para cada parte da caldeira V rios milhares de pontos podem ser necess rios em uma inspe o para proporcionar uma adequada avalia o da unidade O arranjo de medi e
134. interno e externo teste hidrost tico e de acumula o 3 5 3 Inspe o de seguran a peri dica constitu da por exame interno e externo deve ser executada nos prazos m ximos apresentados na NR 13 12 meses para caldeiras das categorias A Be C e para caldeiras de recupera o de lcalis de qualquer categoria 24 meses para caldeiras da categoria A desde que aos 12 meses sejam testadas as press es de abertura das v lvulas de seguran a 40 meses para caldeiras especiais 3 5 4 Estabelecimentos que possuam Servi o Pr prio de Inspe o de Equipamentos podem estender os per odos entre inspe es de seguran a respeitando os seguintes prazos m ximos 18 meses para caldeiras das categorias B e C 30 meses para caldeiras da categoria A 3 5 5 Ao completar 25 anos de uso na inspe o subsequente as caldeiras devem ser submetidas rigorosa avalia o de integridade para determinar a sua vida remanescente e novos prazos para inspe o caso ainda tenham condi es de uso 3 5 6 As v lvulas de seguran a devem ser inspecionadas conforme segue a pelo menos uma vez por m s mediante acionamento manual da alavanca em opera o para caldeiras das categorias Be C b desmontando inspecionando e testando em bancada as v lvulas flangeadas e no campo as v lvulas soldadas recalibrando as numa frequ ncia compat vel com a experi ncia operacional da mesma respeitando os limites descritos na NR 13 3 5 7 Ins
135. l Condenser and Heat Exchanger Tubes With Integral Fins e A1020 A1020M 02 2007 Standard Specification for Steel Tubes Carbon and Carbon Manganese Fusion Welded for Boiler Superheater Heat Exchanger and Condenser Applications e B163 08 Standard Specification for Seamless Nickel and Nickel Alloy Condenser and Heat Exchanger Tubes e B171 B171M 04e1 Standard Specification for Copper Alloy Plate and Sheet for Pressure Vessels Condensers and Heat Exchangers e B234 04 Standard Specification for Aluminum and Aluminum Alloy Drawn Seamless Tubes for Condensers and Heat Exchangers e B234M 04 Standard Specification for Aluminum and Aluminum Alloy Drawn Seamless Tubes for Condensers and Heat Exchangers Metric e B338 08a Standard Specification for Seamless and Welded Titanium and Titanium Alloy Tubes for Condensers and Heat Exchangers e B359 B359M 02 2006 Standard Specification for Copper and Copper Alloy Seamless Condenser and Heat Exchanger Tubes With Integral Fins e B395 B395M 08 Standard Specification for U Bend Seamless Copper and Copper Alloy Heat Exchanger and Condenser Tubes e B543 07el Standard Specification for Welded Copper and Copper Alloy Heat Exchanger Tube e B569 04 Standard Specification for Brass Strip in Narrow Widths and Light Gage for Heat Exchanger Tubing e B891 98 2004 Standard Specification for Seamless and Welded Titanium and Titanium Alloy Condenser and Heat Exchanger Tubes With Integral Fins e B903 00 2005 Standar
136. la o s suas normas deixaremos de apresent las detalhadamente neste trabalho excetuando os dados publicados como por exemplo a rela o de normas t cnicas da Petrobras rela o esta publicada pela pr pria Petrobras em seu site http www2 petrobras com br CanalFornecedor portugues pdf catalogo_julho08 pdf PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor H normas t cnicas da Petrobras para relativas a trocadores de calor quanto normas diversas que n o s o espec ficas para estes equipamentos mas s o aplicadas a atividades executadas nos mesmos como ensaios n o destrutivos documenta o t cnica processos construtivos soldagem etc e pintura 2 1 2 ABNT A Associa o Brasileira de Normas T cnicas ABNT uma sociedade privada sem fins lucrativos criada em 1940 a principal institui o geradora de normas do Brasil sendo fundadora e ou nica e exclusiva representante de importantes organismos internacionais normativos como ISO International Organization for Standardization IEC International Electrotechnical Comission e das entidades de normaliza o regional COPANT Comiss o Panamericana de Normas T cnicas e a AMN Associa o Mercosul de Normaliza o De forma an loga Petrobras a ABNT tamb m disp e de normas espec ficas para trocadores de calor e de normas relacionadas a diversas atividades ligadas a tais equipamentos 2 1
137. las com nfase maior nas institui es ligadas ind stria de petr leo nacional 2 1 1 Petrobras Fundada em 1953 a Petrobras det m o monop lio da explora o e produ o de Petr leo e derivados no Brasil detentora de um enorme parque industrial que est em crescimento raz o da rec m atingida auto sufici ncia nacional na produ o de petr leo Por ser uma institui o pioneira na preocupa o com a rea da qualidade no Brasil tem preocupa o com a normatiza o dos equipamentos utilizados em seu parque industrial Para tanto al m das normas internacionais utiliza se de sistema pr prio de normas conciliando a experi ncia internacional com as necessidades locais e espec ficas da ind stria de Petr leo Como uma empresa voltada produ o de Petr leo o interesse de suas normas disciplinar e regulamentar os equipamentos adquiridos para uso em seu parque industrial Conforme ap ndice I Rela o de Normas da Petrobras a Petrobras tem como pol tica a n o comercializa o de normas as quais consequentemente ficam praticamente indispon veis exceto para a pr pria empresa e seus fornecedores qualificados salvo raras exce es como a norma N 2033 publicada pela Petrobras em seu site http www2 petroras com br CanalFornecedor portugues pdf 2033 pdf a qual referencia por exemplo a norma de projeto de trocadores de calor N 466 Devido restri o gerada pela pol tica da Petrobras em re
138. lcalis de qualquer categoria c 24 meses para caldeiras da categoria A desde que aos 12 meses sejam testadas as press es de abertura das v lvulas de seguran a d 40 meses para caldeiras especiais caldeiras que operam de forma cont nua e que utilizam gases ou residuos das unidades de processo como combust vel principal para aproveitamento de calor ou para fins de controle ambiental A escolha destes ensaios e inspe es de manuten o possui v rios fatores como o mecanismo de deteriora o atuante no equipamento dimens es da parte do equipamento que se deseja inspecionar tipo de descontinuidade mais prov vel atribu da ao mecanismo de deteriora o caracter sticas superficiais do local a ser inspecionado e as propriedades metal rgicas do material A Tabela 1 abaixo mostra uma breve classifica o dos ensaios de acordo com os fatores acima citados PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Tabela 1 Fatores de escolha do ensaio mais apropriado Fonte http inspecaoequipamentos wordpress com category ensaios nao destrutivos Mecanismo de deteriora o Tipo de descontinuidade Locais mais prov veis Ensaios mais indicado Fadiga Microtrincas superficiais Pontos de concentra o de tens es ex soldas ZTA de solda canto reto de bocais solda de suportes etc Particulas Magn ticas ou Liquidos Penetrantes Part cula
139. luxo Partido o tratamento de fluxo partido utiliza trocadores de c tions fortes do ciclo s dio e do hidrog nio cada um tratando uma por o do fluxo total Os dois fluxos s o misturados ap s o que os gases s o liberados s o removidos Este sistema produz gua branda com um n vel controlado de alcalinidade Troca Anion Cloreto A troca anion base forte ciclo cloreto geralmente aplicado a gua pr abrandada Remove tanto a alcalinidade como os sulfatos mas substitui os cloretos E um tratamento caro Suas principais vantagens s o que os cidos n o necessitam ser manuseado e n o e requerido nenhum desgaseificador 3 CONTROLE DE CORROS O EM GUAS INDUSTRIAIS Um programa de tratamento de gua eficaz e bem projetado pode reduzir muito problemas de corros o A corros o um processo eletroqu mico no qual estabelece uma diferen a de potencial el trico entre dois metais ou entre diferentes partes de um mesmo metal Esta diferen a permite a passagem de corrente atrav s do metal causando rea es an dicas e cat dicas Estas reas constituem a c lula de corros o A figura 3 0 a seguir representa uma c lula de corros o simples Fatores qu micos Fatores F sicos Redu o rd fons lons met licos ou oxig nio oe ee i nica Pr Figura 3 0 C lula de corros o simples e composi o da gua mat ria suspensa e dissolvida e pH e sais dissolvidos ons de grande penetrabilidade aumento da condutivida
140. m de Caldeiras e Trocadores de Calor efici ncia de um gerador de vapor aumenta cerca de 2 5 para cada 37 C de queda de temperatura dos gases saindo da chamin Do ponto de vista do ar isto significa um ganho de 2 para cada 37 C de aunento da temperatura deste 5 1 Economizadores Os gases da combust o que deixam a superf cie de convec o da caldeira possuem uma consider vel energia calor fica com uma temperatura maior que a do vapor saturado Parte desta energia pode ser recuperada por um economizador Os gases passando sobre a superf cie dos tubos de um economizador aquecem a gua de alimenta o da caldeira que flui pelo interior dos tubos antes desta entrar no coletor da caldeira A justificativa de uso de um economizador depende do ganho total na efici ncia Isto necessariamente depende das temperaturas dos gases na sa da da caldeira e da temperatura da gua de alimenta o A gua de alimenta o deve entrar no economizador a alta o suficiente para n o provocar condensa o e corros o cida na face do tubo em contato com o g s O m todo mais antigo usado para recuperar calor dos gases da combust o consistia na passagem de gases atrav s de um trocador de ferro fundido para preaquecer a gua de alimenta o Os economizadores de ferro fundido s o usados ainda atualmente quando a temperatura dos gases da combust o baixa podendo eventualmente existir condensa o cida Nos projetos atuais s o normalmente
141. m rela o espessura da pe a Andreucci 2008 p 7 As Figuras 1 e 2 abaixo mostram de maneira geral como funciona o Ensaio Radiogr fico na ind stria PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Material a ser Inspecionado Filme 3E Descontinuidade Figura 1 T cnica Geral de Ensaio Radiogr fico na Ind stria e Inspe o Radiografica de Soldas em Tubos Andreucci 2008 Figura 2 Fotos de um acelerador linear LINAC Mitsubishi usado para uma radiografia industrial de pe as com espessura de 20 a 300 mm de a o Andreucci 2008 A radiografia industrial utilizada para se verificar descontinuidades nos equipamentos decorrentes de v rios fatores como o processo de fabrica o montagem ou durante o uso do mesmo Segue abaixo uma breve lista das principais descontinuidades encontradas por este tipo de inspe o Poros decorrentes de uma m regulagem do arco de solda Inclus o de esc ria Inclus o de esc ria em linha Falta de penetra o do material da solda Trincas causadas por diversos fatores como por exemplo ac mulo de tens es produzidas no processo de soldagem gt Falta de fus o entre o metal depositado e o metal base no processo de soldagem VVVVV A vantagem neste m todo de inspe o a an lise detalhada de possibilidades de descontinuidades mesmo em locais de dif cil acesso visual do ins
142. ma determinada caldeira poder consumir muitas vezes o capital inicial a ser gasto somente com o combust vel queimado anualmente Conseqiientemente a diferen a de poucos percentuais na efici ncia da caldeira entre diferentes unidades pode se traduzir em economias substanciais Assim o custo inicial da aquisi o e instala o de uma caldeira a menor por o do investimento Custos de combust vel e custos de manuten o representam a maior por o tendo isto em mente a Steammaster prefere esclarecer este assunto de forma clara e como sempre em linguagem a mais acess vel poss vel Toda caldeira opera sob os mesmos princ pios termodin micos fundamentais e imut veis em todo o planeta Na Steam Master n s temos constru do nossa reputa o produzindo um produto de maior valor e efici ncia na ind stria N s nos orgulhamos em fornecer isto e os fatos dizem que h uma diferen a entre caldeiras e f bricas de caldeiras O valor de uma caldeira Steammaster pagar a si mesma todos os dias e todos os anos durante toda sua vida til A escolha de uma caldeira Steammaster de baixo custo de manuten o e alta efici ncia pode realmente fornecer economias e maximizar seu investimento na caldeira Os dividendos que retornam cada ano excedem em valor de qualquer economia de custo inicial de um projeto mais barato o importante n o e apenas iniciar eficientemente mas continuar a operar eficientemente ano apos ano mesmo ap s muit
143. mber amp input doc title exchanger Site da ASTM http www astm org HISTORY index html acessado em 10 de setembro de 2008 Site da ASTM http www astm org DATABASE CART A htm acessado em 10 de setembro de 2008 Site da ASTM http www astm org DATABASE CART B htm acessado em 10 de setembro de 2008 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Site da ANSI http www ansi org about ansi introduction history aspx menuid 1 acessado em 10 de setembro de 2008 Site http www mte gov br legislacao normas regulamentadoras default asp do Minist rio do Trabalho e Emprego do Brasil 4 DIREITOS AUTORAIS Os autores s o os nicos respons veis pelo conte do do material impresso e autorizam o uso do seu conte do pela coordena o do curso e ministrante da disciplina Ap ndice I pa 9 10 11 12 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Normas T cnicas Petrobras NTPs Orienta es para adquirir Normas T cnicas Petrobr s A PETROBRAS n o comercializa suas NTPs As NTPs s o de propriedade exclusiva da PETROBRAS e portanto sujeitas s leis de direito que regem o assunto As NTPs s o para uso interno da PETROBRAS por pessoal pr prio capacitado para essa utiliza o ou por pessoal por ela treinado para tal A utiliza o das NTPs cedidas pela PETROBRAS a um fornecedor de bens
144. mec nica e qu mica bem mais f cil pelos tubos No casco a limpeza mec nica s vezes impratic vel e a limpeza qu mica pode ser n o t o eficiente pela exist ncia de zonas de baixa turbul ncia Vale lembrar que a gua de resfriamento um dos fluidos industriais com alto fator de sujeira e portanto de modo geral circula preferencialmente pelos tubos Mesmo para a gua de resfriamento tratada cujo fator de sujeira j n o t o elevado recomenda se em geral a sua circula o pelos tubos 2 5 2 Fluido corrosivo melhor circular o fluido corrosivo no lado dos tubos Pois assim s se corr i o tubo que pode ser protegido com uso de material de constru o mais resistente ou at ser revestido internamente se for o caso O material de constru o e o grau de acabamento do casco poder o ent o ser diferentes e mais brandos 3 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 2 5 3 Fluido com temperatura ou press o muito elevadas Para servi os de alta temperatura ou alta press o os cuidados com o material de constru o e veda o t m que ser maiores Portanto pelo mesmo motivo anterior prefer vel circular o fluido nessas condi es no lado dos tubos Vale ressaltar que o crit rio exposto n o implica em que o fluido com maior temperatura ou maior press o do que o outro necessariamente deve ser locado nos tubos Mas se o valor da temperatura
145. mericanos de guerra marinha e com rcio Sua maior preocupa o a organiza o das normas evitando duplicidade confus es e contradi es N o tem norma espec fica para trocador de calor ligado por exemplo ASME que tem normas de equipamentos mas comp em as normas dimensionais de acess rios de tubula o utilizados nos bocais dos trocadores de calor por exemplo PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 2 1 8 Minist rio do Trabalho e Emprego do Brasil Embora n o seja uma institui o t cnica o minist rio do trabalho criou uma s rie de normas t cnicas visando opera o segura de equipamentos potencialmente perigosos como caldeiras e vasos de press o s o as normas regulamentares NR 2 2 Normas T cnicas de Trocadores de Calor 2 2 1 Normas Petrobr s As normas Petrobr s t m restri o de divulga o conforme ap ndice I Principais normas relativas a trocadores de calor s o 2 2 2 N 466 Projeto de Trocador de Calor Casco e Tubo Objetivos e conte dos n o divulg veis 2 2 3 N 1492 Permutador de calor Folha de dados Objetivos e conte dos n o divulg veis 2 2 4 N 1557 Permutador de calor Requisi o de material Objetivos e conte dos n o divulg veis 2 2 5 N 1734 Projeto de Trocador de Calor para gua Salgada Objetivos e conte dos n o divulg veis 2 2 6 N 2159 Acess rio de Trocador de Calor Objetivos e
146. mpeza com pano ou papel seco ou com pouco de solvente satisfat ria Para a etapa de revela o deve se considerar uma camada fina e uniforme do revelador Esta pode ser aplicada com spray no caso de inspe o manual A norma ASTM 165 permite a aplica o do revelador atrav s de v rias formas por outro lado a norma Petrobras N 1596 n o admite o uso de escovas pinc is e similares para a aplica o do revelador A Tabela 2 mostra que assim como para a penetra o o tempo de revela o tamb m vari vel de acordo com o tipo da pe a tipo de defeito a ser detectado e temperatura ambiente As descontinuidades finas e rasas demoram mais tempo para serem observadas J as maiores mancham o revelador rapidamente Como todos os exames de inspe o dependem de avalia o visual do operador o grau de ilumina o utilizada extremamente importante para a confiabilidade dos resultados Figura 6 Exemplo de resultado de ensaio por l quido penetrante de uma pe a fundida PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Ap s finalizada a inspe o necess ria a limpeza final na pe a j que os res duos de teste podem prejudicar o desempenho das pe as Uma limpeza final com solvente geralmente satisfat ria Para pe as pequenas a imers o das pe as em banho de detergente solventes ou agentes qu micos geralmente suficiente Como pode se perceber o ensaio p
147. nas e altera es micro estruturais Pontos de concentra o de tens o e ou regi es quentes Part culas Magn ticas ou L quidos Penetrantes Ultrasom R plica metalogr fica e Dureza Sobre Press o Trincas internas superficiais e Pontos de concentra o de tens es Part culas Magn ticas ou L quidos Penetrantes e Ultrasom Em resumo nenhum ensaio n o destrutivo deve ser considerado o mais sens vel ou o mais completo sem uma an lise global dos fatores que podem influenciar na decis o pois as limita es e as vantagens fazem com que aplica o de cada ensaio seja objeto de an lise e estudo da viabilidade de sua utiliza o em conjunto com os C digos e Normas de fabrica o 2 ENSAIOS N O DESTRUTIVOS TIPOS 2 1 Radiografia Industrial A radiografia industrial usada para detectar varia o de uma regi o de um determinado material que apresenta uma diferen a em espessura ou densidade comparada com uma regi o vizinha em outras palavras a radiografia um m todo capaz de detectar com boas sensibilidade defeitos volum tricos Isto quer dizer que a capacidade do processo de detectar defeitos com pequenas espessuras em planos perpendiculares ao feixe como trinca depender da t cnica de ensaio realizado Defeitos volum tricos como vazios e inclus es que apresentam uma espessura vari vel em todas dire es ser o facilmente detectadas desde que n o sejam muito pequenos e
148. ncionamento quando permanecer inativa por mais de 6 seis meses d quando houver mudan a de local de instala o da caldeira 13 5 10 A inspe o de seguran a deve ser realizada por Profissional Habilitado citado no subitem 13 1 2 ou por Servi o Pr prio de Inspe o de Equipamentos 13 5 11 Inspecionada a caldeira deve ser emitido Relat rio de Inspe o que passa a fazer parte da sua documenta o 113 030 7 14 13 5 12 Uma c pia do Relat rio de Inspe o deve ser encaminhada pelo Profissional Habilitado citado no subitem 13 1 2 num prazo m ximo de 30 trinta dias a contar do t rmino da inspe o representa o sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento 13 5 13 O Relat rio de Inspe o mencionado no subitem 13 5 11 deve conter no m nimo a dados constantes na placa de identifica o da caldeira b categoria da caldeira c tipo da caldeira d tipo de inspe o executada e data de in cio e t rmino da inspe o f descri o das inspe es e testes executados g resultado das inspe es e provid ncias h rela o dos itens desta NR ou de outras exig ncias legais que n o est o sendo atendidas i conclus es j recomenda es e provid ncias necess rias k data prevista para a nova inspe o da caldeira 1 nome leg vel assinatura e n mero do registro no conselho profissional do Profissional Habilitado citado no subitem 13 1 2
149. nor Nesse aspecto desej vel que a velocidade de escoamento seja alta Mas essa turbul ncia intensa tamb m implica num atrito maior e uma perda de carga maior podendo at ultrapassar valores m ximos admiss veis Nesse aspecto n o desej vel uma velocidade de escoamento exagerada Ent o h um compromisso entre melhorar a efici ncia de troca t rmica sem acarretar uma perda de carga excessiva A busca desse compromisso constitui um dos principais objetivos no projeto de um trocador de calor 4 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Al m desses dois pontos a velocidade de escoamento est ligada eros o e ao dep sito de s lidos Uma velocidade muito pequena pode favorecer o dep sito de sujeira e a dificuldade da sua remo o Por outro lado uma velocidade exageradamente alta pode acarretar uma eros o intensa se o fluido corrosivo ou cont m s lidos em suspens o o efeito ser mais danoso ainda Ent o de novo a velocidade de escoamento n o pode ser nem muito alta nem muito baixa 2 7 Perda de Carga Admiss vel A queda de press o ou mais precisamente a varia o de energia expressa em altura manom trica entre a entrada e a sa da conhecida como a perda de carga num trocador de calor Para cada fluido num dado processo estipulado um valor de perda de carga m xima ou perda de carga admiss vel por v rias raz es Uma perda de carg
150. ntadora elaborada e disponibilizada pelo minist rio do Trabalho Em oposi o a norma ASME n o disponibilizada ao p blico em geral e s o encontrados poucos e desatualizados exemplares nas bibliotecas p blicas H ainda menos documentos quando falamos em textos traduzidos o que restringe mais o conhecimento uso e aplica o das normas ASME no Brasil de grande import ncia que os profissionais envolvidos com aquisi o preserva o projeto inspe o manuten o tenham conhecimento das normas tratadas neste trabalho e outras normas t cnicas ou regulamentadoras nacionais ou internacionais elaboradas por institui es e comit s ou pelo pr prio cliente para que tenhamos equipamentos com a especifica o correta aplicados adequadamente e com tempo de vida prolongado 6 REFERENCIAS BIBLIOGR FICAS ALTAFINI C R Curso de Engenharia Mec nica Disciplina de M quinas T rmicas Apostila sobre Caldeiras Universidade de Caxias do Sul Departamento de Engenharia Mec nica American Society of Mechanical Engineers Boiler and Pressure Vessel Code 2007 Edition lt http Awww asme org Codes International Boiler Pressure cfm gt acesso em 11 09 2008 NR 13 Manual t cnico de caldeiras e vasos de press o Edi o comemorativa 10 anos da NR 13 1 Reimpress o Bras lia MTE SIT DSST 2006 13
151. ntato com vapor direto O vapor condensado 10 a 20 dilui a gua bruta O processo de abrandamento com cal a quente da gua esta representado na figura 2 2 Purga do lodo Pars elimina o Bomba de Filtros iavegam Figura 2 2 Abrandador de cal a quente Filtra o No contexto do tratamento da gua um filtro um leito de material granular que remove fisicamente c a material em suspens o da gua que passa atrav s dele mais comum a ocorr ncia de problemas de natureza operacional nos filtros do que nos classificadores As maiorias dos filtros operam em um per odo limitado de tempo Quando a que de press o atinge um dado n vel o filtro obstru do e requer limpeza contra lavagem Part culas pequenas podem passar pelo filtro da ser importante a prepara o da gua antes da filtragem Deve se considerar que no transbordamento do clarificaste ou gua flocada n o devem ser bombeados Um processo de filtra o da gua esta representada pela figura 2 3 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Recupera o da gua de lavagem V lvula de seguran a Defletor de entrada Lavador de _ superficie girat rio Entrada de Entrada de lavador de superficie Figura 2 3 Processo de filtra o da gua Filtra o com carv o Utiliza se ocasionalmente carv o ativado como meio filtrante pois geralmente os leitos de carv o s o pro
152. o Figura 2 Sistema de Combust o com Alta Efici ncia e Queima Estagiada 3 2 Combust vel L quido De forma a permitir sua r pida mistura com o ar os combust veis l quidos devem ser atomizados em muitas e pequenas got culas dispersas no ar de combust o permitindo uma r pida mistura com o mesmo A atomiza o normalmente se obt m atrav s dos seguintes meios leo sob press o ou atomizadores mec nicos Atomizadores por ar e baixa press o Atomizadores por copo rotativo Atomizadores a vapor ou ar comprimido PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 3 3 Combust vel Gasoso Este tipo de combust vel n o requer atomiza o devido as suas propriedades f sicas e alta difusibilidade no entanto devido as suas velocidades relativamente altas em compara o com as de combust veis l quidos deve se tomar um grande cuidado para evitar o acumulo de combust vel dentro dos sistemas de queima fornalhas caldeiras al m do que o tamanho e posicionamento dos atomizadores tem import ncia relevante 3 4 Ventilador Ar de Combust o O projeto da caixa de ar na qual o queimador constru do de consider vel import ncia para se obter uma combust o eficiente em adi o a efici ncia global de combust o o circuito de ar do queimador deve proporcionar uma chama est vel e de propaga o pr pria capaz de se manter mesmo com a varia o de carga do queimad
153. o j com sujeira Como o valor desse fator dif cil de ser previsto essa defici ncia constituir uma das causas principais da imprecis o no projeto de um trocador de calor A experi ncia profissional nesse aspecto ser fundamental 2 5 Localiza o dos Fluidos Para um trocador de calor do tipo casco tubos uma das decis es importantes a ser tomada no in cio do projeto definir qual dos fluidos deve circular pelo lado interno feixe tubular e qual pelo lado externo casco Uma localiza o mal feita implica num projeto n o otimizado e numa opera o com problemas freqiientes Os aspectos b sicos levados em considera o referem se limpeza do equipamento manuten o a problemas decorrentes de vazamento e efici ncia de troca t rmica Muitos dos fatores que influem nesses aspectos j foram abordados anteriormente Para decidir a localiza o dos fluidos deve se considerar 2 5 1 Fluido com maior tend ncia de incrusta o A velocidade de escoamento pelo lado dos tubos escoamento em trecho reto ou em U mais uniforme e mais f cil de ser controlada Por outro lado no casco devido aos desvios a velocidade n o regular em todo o trajeto pode haver regi es no casco com velocidades bem pequenas ou at zonas mortas Como a velocidade de escoamento influi no dep sito conforme visto recomenda se circular o fluido mais sujo com maior fator de incrusta o no lado dos tubos Al m disso a limpeza
154. o Paulo Setembro de 2008 1 2 4 5 6 SUM RIO INTRODUCA O reg rasa asa Lp GA DEIRAS at o a egal papal tiie a a aed e a nee Aim a Ke ai aia achalasia ocean ads EE ile DISDOSIC OS GCI dl Siac ermesinde a ree fe arte sea a 3 2 Instala o de Caldeiras ae aa Lao es ies ila relia ey 3 3 Seguran a na Opera o de Caldeiras 3 4 Seguran a na Manuten o de Caldeiras 3 5 Inspe o de Seguran a de Caldeiras a ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE Ad DISPOSI ES Gris suis pois eee hele hl resides ale Geel ab das a a dd MALAS a al Root RIO IPS DR SA RAR PERES DESEN a na 43 Rrjete orane a a RR A UT en net CONCEUS O raias or da aca ee re al a AN A lap REFER NCIAS BIBLIOGRAFICAG c ccssssssssesessecesecessesesseeeeeeteseenestetaes 1 INTRODU O Por defini o caldeira um recipiente met lico cuja fun o a produ o de vapor atrav s do aquecimento da gua S o empregadas em processos industriais na alimenta o de m quinas t rmicas autoclaves para esteriliza o de materiais diversos cozimento de alimentos pelo vapor calefa o ambiental entre outras Portanto qualquer problema que elas apresentem n o significa apenas uma parada para a manuten o mas uma paralisa o na produ o e grande risco seguran a No Brasil desde 1943 a CLT contempla a preocupa o com a seguran a de caldeiras por m somente a partir de
155. o a ser executado e para obter a efici ncia requerida tem se que adotar sistemas de queima eficientes que fa am do conjunto combust vel e queimador o mais equilibrado poss vel Ser o apresentados ent o os combust veis seus tipos caracter sticas e os tipos de combustores necess rios para queima dentro de uma caldeira 2 COMBUST VEIS Por defini o podemos falar que combust veis s o todas as subst ncias naturais e artificiais que nos tr s estados da mat ria podem reagir com o oxig nio mediante contato centelha ou tocha simples liberando energia na forma calor fica e luminosa E para que haja combust o temos que ter uma combina o de tr s fatores combust vel ar e calor Como fator de viabilidade na utiliza o industrial e no dia a dia o combust vel tem de ser abundante na natureza e ainda liberar quantidade razo vel de calor a um custo equivalente ao prop sito de sua utiliza o Podemos classificar os combust veis em dois importantes grupos da seguinte maneira al m da divis o em rela o ao estado f sico s lido l quido e gasoso e Combust veis f sseis e Bio combust veis Consideramos os combust veis f sseis aqueles que est o presentes na crosta terrestre dispon veis a c u aberto ou em camadas profundas resultantes das transforma es ocorridas h muitos anos Podemos citar nessa classe de combust veis o petr leo g s natural e carv o mineral como os mais utilizados e difundidos J os Bio
156. o custo de investimento verifica se em prazos bastante curtos e a redu o dos custos de produ o chega a resultados muito favor veis O equipamento de recupera o visando maior utiliza o poss vel de energia deve atender as seguintes condi es e Ser dimensionado para reduzir a temperatura de sa da dos gases a valores menores poss veis sob o ponto de vista t cnico e econ mico PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor e Ser projetado para promover a troca de calor em processo de circula o de fluidos em contra corrente e Ser projetado no sentido de minimizar as resist ncias oferecidas ao escoamento de calor entre as placas met licas a fim de possibilitar diferen as de temperaturas bem baixas e Possuir um isolamento cuidadosamente projetado e elaborado para reduzir as perdas de irradia o a valores inexpressivos e Ser projetado de forma a permitir amplo acesso as partes internas para assegurar inspe es e limpezas regulares nas superf cies de troca de calor 2 1 Caldeiras de Recupera o de Calor Sens vel Representa uma das t cnicas da utiliza o do calor dispon vel nos gases rejeitados de diferentes processos industriais As primeiras aplica es destas caldeiras prov m da metade do s culo XIX formuladas com projetos de baixo rendimento na maioria dos casos limitados ao suprimento do vapor necess rio aos processos contando com gases
157. o de Inspe o de Equipamentos citado no Anexo II b tenham testados a cada 12 doze meses o sistema de intertravamento e a press o de abertura de cada v lvula de seguran a c n o apresentem varia es inesperadas na temperatura de sa da dos gases e do vapor durante a opera o d exista an lise e controle peri dico da qualidade da gua e exista controle de deteriora o dos materiais que comp em as principais partes da caldeira f seja homologada como classe especial mediante acordo entre a representa o sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento e o empregador intermedia o do rg o regional do MTb solicitada por qualquer uma das partes quando n o houver acordo decis o do rg o regional do MTb quando persistir o impasse PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 13 5 6 Ao completar 25 vinte e cinco anos de uso na sua inspe o subseqiiente as caldeiras devem ser submetidas a rigorosa avalia o de integridade para determinar a sua vida remanescente e novos prazos m ximos para inspe o caso ainda estejam em condi es de uso 113 027 7 14 13 5 6 1 Nos estabelecimentos que possuam Servi o Pr prio de Inspe o de Equipamentos citado no Anexo II o limite de 25 vinte e cinco anos pode ser alterado em fun o do acompanhamento das condi es da caldeira efetuado pelo referido rg o 1
158. o de calor resultante da queima de combust vel s lido l quido ou gasoso ou pela a o de calor recuperado de gases de combust o segundo a norma brasileira NB 227 Todos os aspectos referentes seguran a em vasos de press o t m defini o no momento da concep o dos mesmos quer sejam eles unidades para atender a um trabalho espec fico ou como elementos de um parque industrial Ao projetar um vaso de press o tudo o que for poss vel para evitar les o ou perda de vida do ser humano e dano ao meio que tenham come o em situa o perigosa ou acidente deve ser realizado pelo projetista e pelo propriet rio do equipamento N o dif cil notarmos a exist ncia de dois grandes fatores f sicos reinantes no interior de vasos de press o sujeitos a o de chama que s o press o e temperatura Como fatores complementares em caldeiras ter amos de acrescentar corros o e flu ncia para os casos de temperaturas elevadas A NR 13 uma norma regulamentadora do MTE Minist rio do Trabalho e Emprego que determina os par metros de seguran a para caldeiras e vasos de press o Para efeito da NR 13 considera se Profissional Habilitado aquele que tem compet ncia legal para o exerc cio da profiss o de engenheiro nas atividades referentes a projeto de constru o acompanhamento da opera o e manuten o inspe o e supervis o de inspe o de caldeiras e vasos de press o em conformidade com a regulamenta o profission
159. o silicio sem costura trefilado a frio para permutadores de calor Objetivos Fixa condi es exig veis para encomenda fabrica o e fornecimento de tubos de a o cromo molibd nio e cromo molibd nio sil cio sem costura trefilados a frio para permutadores de calor e aparelhos semelhantes de transfer ncia de calor cujo di metro externo seja igual ou maior que 3 2 mm e menor ou igual a 76 2 mm 2 4 Norma TEMA Pode ser obtida pelo site da TEMA http orders tema org order order asp Por ser o mais importante c digo de trocadores de calor tipo casco tubo que por sua vez o mais importante tipo utilizado na ind stria do petr leo destacamos no ap ndice II o conte do desta norma publicado pela pr pria TEMA em seu site 2 4 1 TEMA 9 edi o Objetivos Norma completa para fabrica o de trocadores de calor casco tubo Codifica o principal dos trocadores de calor da ind stria do petr leo 2 5 Normas ASME Pode ser obtidas pelo site http catalog asme org home cfm CATEGORY CS amp TaxonomyItemID 2968 da ASME 2 5 1 ASME se o VIII Objetivos Requisitos aplic veis ao projeto fabrica o inspe o e certifica o de vasos de press o 2 6 Norma API Podem ser obtidas pelo site da API http global ihs com RID API1 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 2 6 1 API STD 660 Objetivos Especifica o de requisites e recomenda
160. o tempo e ap s reparos e consertos Com rela o efici ncia vale fazer um observa o a efici ncia s til se for mantida e sustentada por toda a vida da caldeira Escolher a caldeira mais eficiente mais do que s escolher o fabricante vendedor que est vencendo quanto quest o de atender ao valor da efici ncia dado ou melhor pre o A tecnologia da caldeira deve prever uma velocidade alta e constante nos gases da combust o sem utiliza o de artif cios como tubuladores ou tubos aspiralados que causam ao contr rio do que se prega uma maior reten o de fuligens e redu o na vida til dos tubos N s da Steam Master temos s lidas parcerias com fabricantes dos melhores componentes para as caldeiras S o em sua grande maioria lideres em todo o mundo no ramo em que atuam Isto muito melhor do que usar v lvulas bombas e outros feitos em casa N s nos especializamos em caldeiras e queimadores e n o abrimos m o assim como todo t cnico n o deveria abrir m o de ter os melhores componentes em sua caldeira S o conjunto caldeira queimador Steammaster trabalham com baixa perda de carga v lvulas moduladoras com ajuste vari vel acoplada a cames garantindo a mesma propor o ar combust vel por longos per odos e baixa press o no combust vel e fluido de atomiza o Cuidado com queimadores que trabalham com alta press o de ar ou combust vel pois estes tendem a n o garantir a propor o ar combust vel por
161. opera o atendendo as normas ambientais vigentes e dispor de ilumina o conforme normas oficiais vigentes e ter sistema de ilumina o de emerg ncia caso operar noite 3 2 4 Em ambiente confinado a Casa de Caldeiras deve al m do j citado a constituir pr dio separado constru do de material resistente ao fogo podendo ter apenas uma parede adjacente a outras instala es do estabelecimento c dispor de ventila o permanente com entradas de ar desbloqueadas d dispor detector de vazamento quando for caldeira a combust vel gasoso e n o ser utilizada para qualquer outra finalidade 3 3 Seguran a na Opera o de Caldeiras 3 3 1 Toda caldeira deve possuir Manual de Opera o atualizado em lingua portuguesa em local de f cil acesso aos operadores contendo os procedimentos 7 de partidas e paradas operacionais de rotina para situa es de emerg ncia e de seguran a sa de e de preserva o do meio ambiente 3 3 2 Os instrumentos e controles de caldeiras devem ser mantidos calibrados e em boas condi es operacionais 3 3 3 A qualidade da gua deve ser controlada e tratamentos devem ser implementados quando necess rios para compatibilizar suas propriedades f sico qu micas com os par metros de opera o da caldeira 3 3 4 Toda caldeira ser operada e controlada por operador de caldeira 3 3 5 O atestado de conclus o do primeiro grau atual ensino fundamental pr
162. or e press o vaz o de ar Qualquer altera o na capacidade do queimador deve ser acompanhada por um ajuste correspondente no damper de ar for ado ou induzido ou do queimador para fornecer somente ar suficiente que permita a queima completa do combust vel Com sistemas de controle autom tico a press o vaz o do ar de combust o determinada por um damper que aberto ou fechado por um controlador autom tico o qual funciona em conjunto com o controlador de press o vaz o do combust vel Em grandes c maras de combust o frequentemente s o requeridos v rios queimadores Nestes casos cada queimador provido de um registro tipo cilindro deslizante que pode ser fechado para evitar vaz o de ar atrav s do mesmo quando o queimador n o estiver em opera o Estes cilindros devem estar completamente abertos quando o queimador estiver em opera o e fechado quando o queimador estiver fora de opera o Estes cilindros de bloqueio podem ser operados manualmente ou atrav s de um pist o pneum tico para possibilitar seu controle pelo painel de comando 4 O EQUIPAMENTO DE COMBUST O 4 1 Queimadores Os queimadores consistem de uma carca a de ar registro de ar para controle de vaz o de ar de combust o e injetores de combust vel para controle da vaz o de combust veis gasosos ou l quidos O queimador deve permitir o conhecimento da vaz o obt m se pelo conhecimento da press o ao mesmo tempo que produz as caracter sticas
163. or l quido penetrante trata se de um ensaio de simples realiza o e interpreta o dos resultados Esse m todo pode revelar descontinuidades trincas extremamente finas da ordem de 0 001 mm de abertura Sua grande vantagem a possibilidade de aplica o s mais variadas formas tamanhos e tipos de material dos itens a serem ensaiados Para os casos de caldeiras os principais defeitos detectados pelo ensaio de l quido penetrante podem ser trincas ou micro trincas de solidifica o rechupes trincas superficiais porosidade inclus o de areia bolhas de g s ou falta de penetra o do material de solda 2 5 Ultra som O princ pio de funcionamento desse ensaio o mesmo princ pio identificado na reflex o de uma onda sonora ao incidir num anteparo qualquer A vibra o ou onda ultra s nica ao percorrer um meio el stico refletir da mesma forma ao incidir numa descontinuidade ou falha interna ao meio considerado Por meio de aparelhos especiais o ensaio por ultra som possibilita a detec o de reflex es provenientes do interior da pe a examinada localizando e interpretando suas descontinuidades Abaixo conforme apresentado na Fig 7 est esquematizado esse princ pio Aparelho de Ultra Som Pe a Tr ansdutor Descontinuidade Figura 7 Princ pio b sico da inspe o de materiais por ultra som Esse tipo de ensaio possibilita a detec o de defeitos ou descontinuidades inte
164. os mec nicos decorrentes de poss vel interfer ncia f sica indevida entre componentes da pr pria caldeira limpeza da caldeira com instrumentos pontiagudos colis es com sopradores de fuligem queda de objetos pesados etc Tubos de cortina e do fundo da fornalha s o particularmente sujeitos a danos por queda de grandes forma es de sulfato que se desprendem das partes altas da caldeira 2 Aletas membranas chapas de veda o tipo crotch plate grampos espa adores suportes e outros elementos soldados devem ser atentamente examinados quanto a poss veis trincas que podem se propagar para os tubos Este problema assume maior criticidade quando ocorrido em locais pass veis de contato gua fundido As aberturas das bicas de fundido e bocais de ar prim rio s o portanto locais em que se recomenda m xima aten o 3 Caldeiras de um bal o que possuam convector do tipo long flow assim como certos tipos de economizadores longitudinais apresentam s vezes suscetibilidade a vibra es e deve se verificar a exist ncia de trincas nos seus coletores soldas e suportes 4 Tubos compostos s o sujeitos ocorr ncia de trincas e eros o devendo ser examinados com este foco 5 A pinagem protetora quando existente deve ser inspecionada controlando se o comprimento e di metro remanescente dos pinos uma vez que estes se desgastam por a o de corros o e eros o Outros elementos da caldeira sujeitos a mecanismos similares de desgast
165. ou servi os supervisionada por pessoal pr prio da Companhia capacitado por pessoal por ela treinado ou por pessoal que tenha reconhecida capacita o para us las Em caso de empresa constante de vendor list da PETROBRAS a unidade de contato Materiais Engenharia unidade operacional etc decide se deve ou n o fornecer a norma ou se s fornece quando houver contrato considerando se o fornecimento fregiiente ou n o dentre outros A PETROBRAS pode ceder suas NTPs a entidade ou empresa n o constante de vendor list em circunst ncias especiais a crit rio de cada unidade da Companhia n o envolvendo sua cess o qualquer responsabilidade quanto ao seu uso O pedido de cess o de NTPs a uma unidade da PETROBRAS deve ser formalizado pelo titular da entidade ou empresa receptora que as vai utilizar ou guardar A entidade ou empresa receptora de NTPs cedidas pela PETROBRAS s pode disponibiliz las para outro em casos perfeitamente justific veis com autoriza o pr via da unidade da Companhia cedente estando o novo receptor sujeito s mesmas regras aqui estabelecidas A PETROBRAS revisa suas NTPs sem pr vio aviso A PETROBRAS n o se compromete a manter um receptor de NTPs atualizado por novas emiss es a menos que tal obriga o conste de documento assinado por uma unidade da Companhia ficando a atualiza o nos demais casos a crit rio da unidade da PETROBRAS cedente Qualquer c pia de uma NTP deve mostrar claramente
166. ova o 3 4 2 Teste das V lvulas de Seguran a V lvulas de seguran a s o dispositivos de prote o sujeitos a falhas latentes isto falhas que s ser o percebidas quando a atua o da v lvula se fizer necess ria Assim mesmo assumindo se que tenham recebido adequada manuten o e sejam suficientes em termos de vaz o as v lvulas de seguran a devem ainda ser testadas anualmente com foco na calibra o e funcionamento adequado A press o de abertura e o diferencial de al vio devem estar em estrita conformidade com as especifica es do fabricante com o c digo de projeto da caldeira e com a legisla o vigente A abertura das v lvulas deve ser em disparo nico em pop sem apresentar batimento ou trepida o As PSVs devem tamb m estar isentas de vazamentos percept veis quando da opera o normal da caldeira Nota o teste das v lvulas de seguran a bem como sua desmontagem e revis o anuais s o mandat rios pela legisla o vigente Recomenda es gerais para teste convencional de v lvulas de seguran a e Iniciar o teste pela PSV de ajuste mais alto e A cada v lvula testada as demais dever o estar travadas e Caso sejam requeridos ajustes disparar a v lvula em quest o no m ximo 5 vezes seguidas Ocorrendo esta situa o somente ap s 6 horas poder ser feita nova tentativa e Quando uma PSV abrir o operador dever apagar um queimador e liberar vapor pela v lvula de al vio blowoff e U
167. part culas de leo combust vel transformando o em um spray finamente atomizado O projeto do atomizador que utiliza este princ pio consiste de m ltiplos orif cios de vapor leo posicionados sobre uma circunfer ncia primitiva O ngulo de spray do atomizador determinado pelo ngulo em que os orif cios estiverem usinados A fim de produzir uma atomiza o tima do leo combust vel intensivas pesquisas foram feitas visando aperfei oar a geometria do atomizador Em vista disso os v rios di metros de orif cio e as raz es de comprimento s o minuciosamente calculados objetivando a m xima efici ncia do queimador O atomizador montado de forma que quando mantido contra a extremidade do sprayer que consiste de dois tubos conc ntricos os orif cios de vapor se alinhem com o tubo central e os orif cios de leo combust vel com espa o anular Em conseqii ncia disto a alimenta o feita de modo que o vapor passe pelo tubo central e o leo combust vel atrav s do espa o anular Entretanto enquanto que para todos os tamanhos de atomizador o vapor de atomiza o requerido no atomizador situado no centro do mesmo algumas lan as de sprayer particularmente as menores tem o leo sendo alimentado atrav s do tubo central sendo esta mudan a de circuito feita na extremidade da lan a para serem mantidas as exig ncias do atomizador Este procedimento foi adotado a fim de que o tempo de enchimento da lan a do sprayer
168. pe o de seguran a extraordin ria deve ser feita a sempre que a caldeira passar por ocorr ncia que comprometa sua seguran a b quando houver altera o reparo capaz de alterar as condi es de seguran a c antes de ser reativada quando permanecer inativa por mais de seis meses d quando houver mudan a de local de instala o da caldeira 3 5 8 Inspecionada a caldeira deve ser emitido Relat rio de Inspe o que passa a fazer parte da sua documenta o 3 5 8 1 O Relat rio de Inspe o deve conter no m nimo dados constantes na placa de identifica o da caldeira categoria da caldeira tipo da caldeira tipo de inspe o executada data de in cio e t rmino da inspe o descri o das inspe es e testes executados resultado das inspe es e provid ncias itens da NR 13 ou de outras exig ncias legais que n o est o sendo atendidas conclus es recomenda es e provid ncias necess rias data prevista para a nova inspe o da caldeira nome leg vel assinatura e n mero do registro no conselho profissional do PH e nome leg vel e assinatura de t cnicos que participaram da inspe o 4 ASME BOILER AND PRESSURE VESSEL CODE A norma da American Society of Mechanical Engineers ASME sobre caldeiras e vasos de press o existe desde 1914 e estabelece par metros de projeto fabrica o e inspe o dos equipamentos citados Atualmente ela atualizada com frequ ncia anual por um comit
169. pector Por outro lado sua utiliza o fica limitada pela localiza o do equipamento alto custo do sistema de radia o e a necessidade de se ter m o de obra especializada para realizar e interpretar os testes 2 2 Teste Hidrost tico Testes hidrostaticos TH s ou testes de press o s o aplicados em caldeiras vasos de press o e outros equipamentos industriais pressurizados como tanques ou tubula es com o objetivo de aferir se haver ocorr ncia de vazamentos ou se haver ruptura S o realizados com os equipamentos fora de servi o atrav s de sua pressuriza o com gua teste hidrost tico ar comprimido teste pneum tico ou outro fluido dispon vel em press es superiores s press es operacionais ou de projeto normalmente na ordem de 1 5 vezes a PMTA Press o M xima de Trabalho Admiss vel Simula se ent o uma condi o operacional mais rigorosa objetivando a garantia de que em servi o normal a press es mais baixas n o ocorrer o falhas ou vazamentos PEREIRA 2004 No Brasil a utiliza o dos testes hidrost ticos prevista pela NR 13 a n o ser que seja comprovada a possibilidade de se haver propaga o de defeitos descontinuidades com a realiza o do ensaio Dessa forma cabe a empresa respons vel propor outras formas de inspe o de maneira a garantir a integridade do seu equipamento Existem tr s momentos em que o teste hidrost tico previsto um na fabrica o do equipamento no reparo e em
170. pelas condi es de processo do trocador tais como a natureza dos fluidos a velocidade de escoamento as temperaturas dos fluidos a temperatura na parede o material de constru o do equipamento o grau de acabamento da superf cie como a rugosidade ou tipo de revestimento interno Para facilitar a quantifica o desse efeito que conforme visto complicado costuma se usar um par metro definido como fator de incrusta o ou fator de sujeira fouling factor Dimensionalmente o inverso do coeficiente de transporte de energia por convec o Logo quanto maior o fator de incrusta o maior o dep sito maior a resist ncia troca t rmica Faixas de valores t picos desse fator podem ser encontrados na literatura para diversos casos de opera o comuns Esses valores s o interessantes e teis porque servem de orienta o geral Mas como o dep sito um processo complexo depende de uma s rie de vari veis e portanto dif cil de ser previsto os valores t picos da literatura devem ser usados com muita reserva e cuidado pois nunca v o refletir a realidade espec fica de um processo Os valores mais confi veis s o os obtidos experimentalmente para um dado caso particular O fator de incrusta o deve ser considerado a priori num projeto de trocador de calor pois a rea de troca t rmica calculada deve ser suficiente para as necessidades do processo quando o trocador est novo limpo e quando est em opera o h algum temp
171. pimento do Bico Um leo viscoso tem res duo de carv o elevado o que pode causar entupimento no bico do queimador devido carboniza o e aumenta o dep sito de res duos de Carbono na c mara de combust o Combust o Incompleta Um leo pouco viscoso pode causar combust o incompleta porque uma quantidade excessiva de leo acima da calculada bombeada para o queimador 3 COMBUSTORES 3 1 Princ pios B sicos da Queima de Combust veis Existem diversos aspectos que devem ser levados em considera o dentro de um sistema de queima de combust vel liquido ou gasoso entre estes aspectos deve se ter em mente tr s princ pios fundamentais que devem ser respeitados dentro de um processo de combust o O ar necess rio para a combust o deve ser fornecido na quantidade correta respeitando a estequiometria da rea o e dentro do poss vel o mais intimamente em contato com o combust vel dentro da fornalha O queimador deve fornecer o combust vel de um modo prontamente inflam vel Todo o combust vel deve ser queimado dentro de um volume predeterminado sendo este determinado pela dimens o da fornalha SISTEMA DE COMBUST O COM ALTA EFICI NCIA E QUEIMA ESTAGIADA O perfil da chema detinido pelo Angulo do jato e avrocen mica de ar A velocidade de mistura arcombustve a oncede a velos dede ds prapega o da tm Ls da chama Mistura de sr sacundar no envelope de chama Pomo de turbul ncia sarodin mic
172. pr vio conhecimento adquirido nas aulas 2 AS CALDEIRAS DE RECUPERA O Alguns processos de fabrica o geram gases de processo ou de combust o com temperatura alta o suficiente para se recuperar calor Gases de alto forno ou gases de processos de fabrica o de produtos qu micos ou produtos de combust o de incineradores e fornos de alta temperatura Em alguns destes casos a caldeira pode ser tanto aquotubular como flamotubular valendo ainda a escolha pela capacidade de produ o de vapor As unidades de recupera o ocupam hoje uma posi o importante na tecnologia do aproveitamento e racionaliza o da energia O funcionamento das caldeiras de recupera o muito complexo deste modo a forma como ser apresentada neste trabalho segue a partir da fonte supridora de calor apontando as aplica es mais expressivas na t cnica de aproveitamento dos desperd cios Estas unidades est o agrupadas como Caldeiras de Recupera o de Calor Sens vel Caldeiras de recupera o de Gases Combust veis Residuais de Processos Industriais Caldeiras de Recupera o de Calor e de Produtos Qu micos em F bricas de Celulose Caldeiras de Recupera o de Calor nos Ciclos Combinados Caldeiras para aproveitamento do Lixo Urbano O calor gerado por um processo prim rio pode ser recuperado numa fase secund ria mediante a introdu o de uma caldeira O aproveitamento deste calor pode representar uma economia de combust vel O retorno d
173. quaisquer anomalias j conhecidas pelo propriet rio da caldeira devem ser reportadas ao inspetor comissionado para os trabalhos 5 Todas as especifica es crit rios e padr es gerais de aceita o que possam vir a ser necess rios ex descri o dos materiais de constru o utilizados na caldeira espessura m nima de tubos valores de ajuste de v lvulas de seguran a par metros do teste hidrost tico etc devem estar prontamente dispon veis nestas ocasi es evitando d vidas e equ vocos 6 As inspe es devem ser constitu das de exame interno exame externo e testes complementares Cada uma destas etapas descrita neste documento de forma sucinta como orienta o apenas Cabe ao inspetor utilizar sua experi ncia e conhecimento para determinar a extens o abrang ncia e detalhamento das verifica es e ensaios a serem aplicados necess rio que sejam gerados relat rios escritos conclusivos sobre os exames realizados e recomenda es deles resultantes 7 O inspetor dever certificar se de que todos os reparos e modifica es advindas das inspe es sejam executados em conformidade com as normas e c digos de projeto e constru o da caldeira conforme estabelecido pela legisla o vigente Exce o a este requisito aceit vel em se tratando de novas tecnologias j consagradas e ainda n o previstas poca do c digo utilizado no projeto e constru o da caldeira 8 Deve se assegurar que medidas adequad
174. que n o h pontos com temperaturas muito altas no casco ou outras partes da caldeira n o h vazamentos de vapor ou gases de combust o Uma simples an lise da temperatura e composi o dos gases da chamin pode nos oferecer dados confi veis para o c lculo da efici ncia Al m disto existem graficos fornecido pela Steammaster com a estimativa das perdas diversas de acordo com a carga de trabalho 2 7 2 Efici ncia da Caldeira Efici ncia da caldeira a efici ncia pura da transfer ncia de calor do combust vel para o vapor a qual leva em conta a radia o e perdas de convec es uma indica o verdadeira da efici ncia total da caldeira Como descrito no ASME POWER TEST CODE PTC 4 1 a efici ncia combust vel vapor de uma caldeira pode ser determinada por 02 m todos o m todo entrada sa da e o m todo perdas de calor 2 7 2 1 M todo entrada saida A efici ncia por este m todo baseada na propor o da sa da e entradas de calor na caldeira Ela calculada em se dividindo a sa da da caldeira Kcal pela entrada da caldeira Kcal e multiplicando por 100 A entrada atual e sa da da caldeira s o determinadas pela instrumenta o e os dados s o usados nos c lculos que resultam na efici ncia combust vel para vapor sendo ainda hoje o m todo mais dif cil de se realizar devido necessidade de se conhecer com precis o no m nimo os seguintes par metros vaz o de vapor gua combust vel e a temperatura destes
175. que queimam gases combust veis proveniente de misturas gasosas despreendidas de processos industriais Como exemplos not veis pela import ncia da recupera o de calor se encontra no processo de Cracking do petr leo e na industrializa o do ferro gusa Ambos liberam uma mistura contendo como combust vel b sico o CO Mas h outros processos de regenera o que liberam misturas ricas em hidrog nio tamb m aproveitadas na combust o A quantidade de vapor necess rio ao processo parte produzido com o pr prio g s residual complementada por outro combust vel auxiliar geralmente leo que desempenha importante papel na sustenta o da queima deste g s combust vel t o pobre por m de import ncia energ tica numa refinaria A queima do CO se verifica ao ser atingida sua temperatura de igni o da ordem de 785 C Os projetos existentes estabelecem a temperatura de 980 C para assegurar a estabilidade da chama o que evidentemente se obt m com a queima simult nea do combust vel suplementar O controle de excesso de ar igualmente b sico para a seguran a da combust o indicado manter o teor de oxig nio na mistura dos gases de escape da chamin em torno de 2 A unidade de recupera o portanto no in cio de opera o deve atingir as condi es de trabalho apenas com a queima de leo sendo o g s residual encaminhado a um circuito de by passagem para a chamin Atingida a temperatura de opera o segura o
176. que se trata de uma NTP copiada A modifica o de qualquer item de uma NTP descaracteriza o documento como uma NTP PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Ap ndice II Conte do da norma TEMA Nona edi o MEMBERSHIP LIST TECHNICAL COMMITTEE PREFACE NOTES TO USERS 1 N NOMENCLATURE 1 Size Numbering and Type Designation Recommended Practice 2 Nomenclature of Heat Exchanger Components 2 F FABRICATION TOLERANCES 1 External Dimensions Nozzle and Support Locations 2 Recommended Fabrication Tolerances 3 Tubesheets Partitions Covers and Flanges 4 Flange Face Imperfections 3 G GENERAL FABRICATION AND PERFORMANCE INFORMATION 1 Shop Operation 2 Inspection 3 Nameplates 4 Drawings and ASME Code Data Reports 5 Guarantees 6 Preparation of Heat Exchangers for Shipment 7 General Construction Features of TEMA Standard Heat Exchangers 4 EINSTALLATION OPERATION AND MAINTENANCE 1 Performance of Heat Exchangers 2 Installation of Heat Exchangers 3 Operation of Heat Exchangers 4 Maintenance of Heat Exchangers 5 RCB MECHANICAL STANDARD TEMA CLASS RCB HEAT EXCHANGERS 1 Scope and General Requirements 2 Tubes 3 Shells and Shell Covers 4 Baffles and Support Plates 5 Floating End Construction 6 Gaskets 7 Tubesheets 8 Flexible Shell Elements 9 Channels Covers and Bonnets 10 Nozzles 11 End Flanges and Bolting 6 V FLOW INDUCED VIBRATION 1 Scope and General 2 Vibration Damag
177. r PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Assim a Eq 2 se altera para q U A At Fr 5 O valor do fator Fy obtido em bacos em fun o das raz es adimensionais P e R t t T T HT Rel 7 bh onde ti t respectivamente as temperaturas de entrada e sa da do fluido frio T T respectivamente as temperatura de entrada e sa da do fluido quente Para cada valor calculado de P abscissa e cada curva R interpolada ou n o obt m se um valor para Fp em ordenadas A Figura 4 mostra o fator de corre o para trocador com um passe na carca a e dois quatro ou outros m ltiplos de passes no tubo amet metem e EST ue o F Y Q y uv Figura 4 Fator de corre o para trocador com um passe na carca a e dois quatro ou outros m ltiplos de passes no tubo 7 BALAN O T RMICO Calor recebido pelo fluido frio calor cedido pelo fluido quente Atrav s do balan o t rmico podemos determinar a vaz o m ssica desconhecida de um dos fluidos tic At M co AT 8 onde m M s o respectivamente as vaz es em massa dos fluidos frio e quente kg s Cy Cp s o respectivamente os calores espec ficos dos fluidos frio e quente J kg C ou J kg K A A s o respectivamente as varia es de temperatura dos fluidos frio e quente A Equa o 5 pode ser completada por PROMINP ENG
178. r de n vel e Manuten o preventiva e ou corretiva do sistema el trico Como Proceder e Coloque a chave do queimador na posi o desligado e Feche imediatamente a v lvula de sa da de vapor da caldeira evitando se assim que o vapor saia e diminua ainda mais o n vel de gua e Sea gua ainda vis vel no n vel de vidro visor acione o controle manual da bomba fazendo com que se restabele a o n vel normal se a bomba n o funcionar utilize a bomba de reserva ou o injetor e Sea gua n o vis vel no n vel de vidro visor n o reponha gua alivie a press o usando a v lvula de seguran a deixe a caldeira esfriar pois do contr rio a gua pode causar s rios danos caldeira choque t rmico explos es e No caso anterior e ap s o resfriamento da caldeira deve se realizar uma inspe o minuciosa a fim de que se possam identificar os danos causados O motivo que ocasionou a falta de gua dever ser identificado e corrigido antes de voltar a completar o n vel da gua e Verificar o sistema de instrumenta o el trica 4 4 N vel de gua Acima do Limite M ximo Causas e Defeito s no sistema de controle autom tico de n vel e Descuido do operador bomba no manual ligada e Defeito el trico na bomba de alimenta o Como Evitar e Drenar purgar o sistema de controle de n vel pelo menos uma vez por dia e Maior aten o do operador e Manuten o preventiva e ou corretiva frequente do sistema el tr
179. r deve possuir sobre este m todo de ensaio assim como a necessidade de padr es conhecidos para calibra o do aparelho 2 4 L quido Penetrante O ensaio por l quido penetrante foi desenvolvido com o objetivo de detectar descontinuidades superficiais em materiais no caso em que estas sejam abertas na superf cie Dentre estas descontinuidades podem se destacar as trincas poros dobras etc Esse tipo de ensaio pode tamb m ser aplicado em todos os materiais s lidos que n o sejam porosos ou com superf cie muito grosseira Sua utiliza o bem abrangente variando desde os materiais n o magn ticos como alum nio magn sio a os inoxid veis austen ticos ligas de tit nio e zirc nio at os materiais magn ticos al m da cer mica vitrificada vidro e pl sticos Este ensaio consiste na penetra o de um l quido na abertura da descontinuidade Ap s a limpeza do excesso de l quido aplicado superf cie atrav s de um revelador a imagem da descontinuidade fica desenhada sobre a superf cie As seguintes etapas exemplificadas pela Fig 4 descrevem o m todo limpeza da superf cie aplica o do l quido penetrante remo o do excesso do penetrante aplica o do revelador avalia o e inspe o e limpeza ap s o ensaio Er Er wry Ee h aer Figura 4 Etapas do m todo de ensaio por l quido penetrante ANDREUCCI 2008 Na etapa de prepara o da superf cie dever ser observado se a mesma est isenta de res
180. ra PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 2 7 7 3 Queimador Compatibilidade da Caldeira Uma caldeira compacta inclui uma caldeira e um queimador desenvolvidos como uma nica unidade considerando a geometria da fornalha a radia o e a transfer ncia de calor por convec o e devem ser testados em conjunto exaustivamente Somente com estes requisitos podemos assegurar a performance realmente boa O queimador comprado de terceiros ir funcionar na caldeira Mas ter capacidade efici ncia turndown Capacidade de modular a chama ajustando a queima do combust vel a demanda do vapor performance de excesso de ar e de Emiss es tamb m E quem lhe dar a certeza da performance depois do start up inicial Haver um nico fabricante respons vel pela performance da unidade na primeira coloca o Queimadores comprados separadamente podem resultar em um n vel de performance menor um start up maior e exig ncias de manuten o Isto pode custar seu dinheiro toda vez que tiver um problema e os t cnicos da assist ncia local n o puderem lhe dar o suporte da f brica Quando se trata em escolher a caldeira insista numa montagem simples e num projeto de queimador acess vel para uma verdadeira efici ncia e economia real 2 7 7 4 Projeto do vaso O projeto do vaso de press o tamb m tem import ncia na condu o de uma caldeira uma circula o da gua a
181. raquecedores ou reaquecedores s o divididos em sec es denominadas prim ria secund ria e as vezes terminais no caso de grandes geradores algumas sec es est o dispostas na fornalha e outras mais afastadas na zona de convec o A montagem de superaquecedores externamente caldeira realiza se quando n o praticamente poss vel incorpor los ao gerador como no caso de um vapor gerado em um trocador de calor ou evaporador em um processo de recupera o qu mica de calor ou em um reator nuclear Os superaquecedores externos poder o incluir uma sec o de reaquecimento Figura 4 Superaquecedor Radiante 3 LOCALIZA O DE SUPERAQUECEDORES Os superaquecedores podem tamb m ser classificados conforme seu posicionamento podendo ser localizados como j dito na zona de convec o da caldeira expostos a elevada temperatura da rea de radia o ou dividido entre ambas A seguir algumas disposi es adotadas nos projetos de caldeiras a vapor A disposi o dos tubos do superaquecedor ocupando toda a rea de sec o de passagem dos gases assegura uma absor o uniforme e combinada do calor trocado por convec o e por radia o produzindo vapor com m nimas varia es de temperatura atrav s de uma larga faixa de opera o da caldeira Os coletores de vapor de di metro relativamente grande localizados em uma regi o sem contato com os gases quentes asseguram uma distribui o perfeita e uniforme do vapor nos tu
182. regado para o ajuste da alcalinidade e taninos e ligninas evitam a despolariza o cat dica pelo oxig nio dissolvido e nitratos usados para proteger a solda e alum nio e quelantes de superf cie forma uma pelicula monomolecular ao longo da superf cie met lica e fosfonatos compostos org nicos que complexa os ons met licos por sequestro e molibdatos um inibidor an dico que forma uma pel cula complexa e passivante no nodo de ferro constitu do de xidos de ferro e ortofosfatos s o inibidores an dicos raramente usados sozinhos devido ao perigo da forma o de lodos de c lcio e az is arom ticos espec fico para cobre e ligas e leos sol veis s o inibidores an dicos que oferecem boa prote o para o alum nio e a o PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor e fosfato de trietanolamina usado principalmente em sistemas fechados com ou sem anticoagulantes glic licos a o e cobre e cromoglucosatos s o usados em sistemas de refrigera o em temperaturas elevadas 80 a 90 C outros 4 GERADORES DE VAPOR Os principais objetivos de um tratamento de gua de gerador de vapor s o e impedir a forma o de dep sitos e reduzir a corros o de metais e impedir o arraste da gua do gerador de vapor Buspiro pora etrrestera Retorno cle Condernedot apso frie aa suspiro Compertimento clas v lvutas cle netbulizacio
183. ress o mais elevada ser a temperatura de vaporiza o da gua e mais energia o vapor transportar pelas mol culas de gua que o constitui Ao se condensar a mesma energia que as mol culas absorveram para passar para fase vapor liberada para o meio resultando a na transfer ncia de energia na forma de calor Existem basicamente dois tipos de vapor Vapor saturado um vapor mido contendo pequenas got culas de gua sendo obtido da vaporiza o direta da mesma Quando este tipo de vapor se condensa cede calor latente usado para aquecimento direto ou indireto Vapor superaquecido obtido atrav s do aquecimento conveniente do vapor saturado resultando em um vapor seco usado para transfer ncia de energia cin tica ou seja para gera o de trabalho mec nico turbinas A energia necess ria opera o isto o fornecimento de calor sens vel gua at alcan ar a temperatura de ebuli o mais o calor latente a fim de vaporizar a gua e mais o calor de superaquecimento para transform la em vapor superaquecido dada pela queima de um combust vel A procura para obter maiores economias nas usinas geradoras de vapor foi no sentido de aperfei oar os ciclos regenerativos e n o de obter elevadas temperaturas de vapor Alguns processos na tecnologia metal rgica tornaram aceit veis pouco depois temperaturas de 370 C e at 480 C Esta foi a poca quando o reaquecimento foi introduzido como um
184. rnas presentes nos mais variados tipos ou forma de materiais Por esse motivo tornou se uma ferramenta indispens vel na inspe o de caldeiras por conseguir garantir a qualidade de pe as de grandes espessuras geometrias complexas de juntas soldadas e chapas Dentre as vantagens identificadas por este ensaio podem ser destacadas sua alta sensibilidade na detec o de pequenas descontinuidades internas como trincas ou fissuras devido a tratamento t rmico dif ceis de serem detectadas por ensaios de radia o penetrante agilidade na inspe o e obten o dos resultados por dispensar processos intermedi rios n o requer planos especiais de seguran a ou quaisquer outros acess rios para sua aplica o e ainda a localiza o avalia o do tamanho e interpreta o das descontinuidades encontradas s o fatores intr nsecos ao exame ultra s nico enquanto que outros tipos de ensaios n o definem todos esses fatores Apesar de apresentar grandes vantagens em rela o a outros tipos de ensaios existem tamb m algumas desvantagens a serem consideradas necessidade de grande conhecimento t cnico e pr tica do inspetor o que implica em custos na qualifica o desse profissional faixas de espessuras muito finas dificultam sua aplica o o registro permanente do m todo n o facilmente obtido e h a necessidade de preparo da superf cie Figura 8 Inspe o por ultra som da chapa de um tubo PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Di
185. ro permanganato e outros O mais comum cloro gasoso ou hipocloreto e Zeolito de Mangan s o m todo zeolito de mangan s utilizada glauconita especialmente tratadas para oxidar o ferro fig 2 30 O permanganato adicionado na gua oxida o ferro da gua bruta que ent o removido por filtragem O excesso de permanganato porventura adicionado ser absorvido pelo zeolito efeito tamp o e Remo o do mangan s Muitas vezes o ferro e o mangan s est o simultaneamente presentes Os processo que removem ferro v o agir no mangan s porem com menos efici ncia Figura 2 5 Sistema de remo o do ferro de guas subterr neas Redu o de Alcalinidade Tanto o sistema de cal quente ou cal frio reduzem a alcalinidade assim como a desmineraliza o completa V rios outros sistemas merecem men o e s o descritos a seguir PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor Alimenta o de cido o acido vais reagir com a alcalinidade formando o di xido de carbono O acido injetado e o CO2 resultante removido por um desgaseificador de circula o for ada Troca I nica Neste m todo ocorrem as mesmas rea es da alimenta o de acido mas aqui a fonte do acido a resina cati nica O resultado uma redu o tanto da alcalinidade como dos s lidos dissolvidos totais A resina pode ser acido forte ou fraco conforme exigido pela gua Tratamento de F
186. s 6 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor tamb m deve ser tal que permita boa repetibilidade dos ensaios em inspe es subseqiientes Tipicamente as medi es de espessura s o feitas a cada ano Este per odo bem como a densidade de pontos pode ser ajustado dependendo dos resultados Abaixo s o recomendadas pr ticas para prospec o de cada parte da caldeira e Os tubos de fornalha s o medidos entre 3 e 6 n veis ou eleva es dependendo do tipo de prote o contra corros o existente Prioritariamente s o medidos os n veis de ar de combust o e queimadores e os tubos curvados ao redor das diversas aberturas da fornalha Em reas cr ticas recomendado que a medi o seja feita em tr s pontos da semicircunfer ncia do tubo exposta aos gases ao inv s de uma nica medi o central Partes como o nariz que sabidamente experimentam maior desgaste tamb m deve receber aten o especial nas medi es As regi es altas da fornalha e teto em contrapartida geralmente apresentam baixas taxas de corros o e podem ser examinadas com menor freqii ncia ou amostralmente e Os tubos de superaquecedores s o medidos prioritariamente em partes curvas e nos trechos retos nas linhas de centro dos sopradores de fuligem e Os tubos de economizadores devem ser medidos com prioridade para as partes inferiores mais frias e nas linhas de sopragem Cuidado especial dev
187. s usada para obter o controle da temperatura do vapor n o sendo recomend vel este artif cio porque o rendimento unit rio adversamente afetado pela elevada quantidade de ar Oxig nio dissolvido corr i o a o sendo que essa taxa proporcional temperatura O material corro do carregado pela tubula o e pode danificar os superaquecedores e turbinas A temperatura da gua de alimenta o pode ser aumentada para obter a diminui o da temperatura do vapor Dado que necess rio menos combust vel devido a elevada entalpia da gua de alimenta o o peso e temperatura do g s diminui e o superaquecedor recebe menos calor e vice versa 4 1 M todos de Controle da Temperatura de Superaquecimento Um controle eficiente da temperatura do vapor evita n o somente esfor os excessivos nos tubos do superaquecedor como colabora no aumento da efici ncia total do ciclo t rmico O uso das superf cies dos superaquecedores seja por radia o ou convec o mant m a temperatura praticamente constante Isto pode ser feito situando o superaquecedor no primeiro bloco de tubos da caldeira ou colocando uma parte do superaquecedor na parede da fornalha e outra parte na rea de convec o V rios s o os m todos usados para o controle preciso da temperatura do vapor atuando alguns sobre a zona de fogo da caldeira e outros sobre a parte de vapor Os artif cios usados s o 1 Deriva o do gases da fornalha Mediante a sele o de um
188. s al m da recomenda o acima estender o ensaio tamb m s portas de ar de combust o e demais aberturas da fornalha baixa Dependendo das circunst ncias tipo do tubo composto projeto carga da caldeira composi o do smelt tubos compostos podem sofrer trincas tanto de corros o sob tens o fraturante SCC como de fadiga t rmica portanto importante executar o ensaio por l quidos penetrantes em todos os locais de maior concentra o de tens es e regi es em contato direto com o fluxo de smelt PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor e L quidos penetrantes em espa adores ou soldas de pain is de screen quando o painel em quest o tiver sido deformado por queda de blocos de sulfato e L quidos penetrantes em clips e espa adores dos superaquecedores e Radiografia para controle da qualidade de eventuais soldas de manuten o em partes pressurizadas necess rio radiografar 100 das soldas executadas em tubos de gua na regi o da fornalha assim como em quaisquer outras localiza es que teoricamente possam originar vazamentos para a fornalha b R plica Metalogr fica A r plica metalogr fica um ensaio n o destrutivo que tem por objetivo a avalia o da estrutura metal rgica do material A avalia o da estrutura do material pode ser feita da maneira tradicional ou seja atrav s da retirada de um corpo de prova do equipamento para posterior prepar
189. s Magn ticas ou jt Regides de altas ie Trincas superficiais e 8 L quidos Penetrantes Flu ncia a temperaturas com as deforma es z Dimensional e Medi o de carregamento de tens es Espessura S Trincas superficiais e Locais sujeitos a grandes Part culas Magn ticas ou Choque T rmico s e BR deforma es varia es de temperaturas L quidos Penetrantes Corros o Sob Tens o Trincas superficiais Pontos de concentra o de tens es e meio prop cio geralmente locais com altas concentra es de cloretos Medi o de Espessura ou Radiografia Gamagrafia Frestas sob dep sitos regi es com tens es 2 zg k ats a Part culas Magn ticas ou E diferenciais bocais de P Corros o Perda de material a L quidos Penetrantes e pequenos di metros locais ae ERA te Medi o de espessura com defici ncia na prote o superficial E a 3 ne Chapas com segrega es is Deteriora o pelo Trincas superficiais e ee aba Medi o de espessura ou E Fas tens es diferenciais e dupla s Hidrog nio internas ee Radiografia Gamagrafia lamina o Regi es de mudan a de fluxo regi o com 2 E Pa Part culas magn ticas ou turbul ncia bocais de ae ve Liquidos Penetrantes Erosao Perda de material pequeno di metro e Ultrasom Matalografia e equipamentos que Dureza trabalhem com flu dos abrasivos Altera es Metal rgicas Trincas superficiais e inter
190. s conhecimentos ao PROMINP 8 REFER NCIAS PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor TORREIRA R P Geradores de Vapor S o Paulo Companhia Melhoramentos 1995 263p FIGURAS Dispon vel em http www chdvalvulas com br artigos tecnicos caldeiras img 018 gif Acesso em 10 de set 2008 FIGURAS Dispon vel em http www meiofiltrante com br imagens n24 imagens processos02 jpg Acesso em 10 de set 2008 ARTIGO T CNICO Dispon vel em http www chdvalvulas com br artigos_tecnicos caldeiras aquatubulares html Acesso em 08 de set 2008 YANAGIHARA Itizo Jurandir M quinas T rmicas Geradores de Vapor Dispon vel em http www lete poli usp br teaching pme2479 maquinas termicas MagTermicas Geradores Vapor pdf Acesso em 08 de set 2008 TABELA Formas de economizar custos de opera o das Caldeiras Industriais Dispon vel em http www inmar com br Acesso em 11 de set 2008 9 DIREITOS AUTORAIS Os autores s o os nicos respons veis pelo conte do do material impresso e autorizam o uso do seu conte do pela coordena o do Curso e ministrante da disciplina COMPROMISSO COM INVESTIMENTO EM PESQUISA amp DESENVOLVIMENTO BR PETROBRAS anp ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS DISCIPLINA DE FABRICA O E MONTAGEM DE CALDEIRAS E TROCADORES DE CALOR AGOSTO SETEMBRO DE 2008 Escola Polit cnica Depto Eng Mec nica Prominp COMBUST VEIS E
191. s cuja press o de opera o igual ou inferior a 588 kPa 5 99 kgf cm2 e o volume igual ou inferior a 100 litros c Caldeiras categoria B s o todas aquelas que n o se enquadram nas categorias anteriores Press o kPa Categoria A 1960 Categoria B Categoria C 100 Volume litros Figura 1 Campos das categorias de caldeiras 3 2 Instala o de Caldeiras 3 2 1 A autoria do Projeto de Instala o de caldeiras a vapor de responsabilidade de PH e deve obedecer aos aspectos de seguran a sa de e meio ambiente previstos nas NRs conven es e disposi es legais aplic veis 3 2 2 As caldeiras de qualquer estabelecimento devem ser instaladas em local espec fico para tal fim denominado rea de Caldeiras 3 2 3 Em ambiente aberto a rea de Caldeiras deve a estar afastada de no m nimo tr s metros de outras instala es do estabelecimento de dep sitos de combust veis do limite de propriedade de terceiros do limite com as vias p blicas b dispor de pelo menos duas sa das amplas permanentemente desobstru das e dispostas em dire es distintas c dispor de acesso f cil e seguro necess rio opera o e manuten o da caldeira sendo que para guarda corpos vazados os v os devem ter dimens es que impe am a queda de pessoas d ter sistema de capta o e lan amento dos gases e material particulado provenientes da combust o para fora da area de
192. s unidos por uma val ncia nica e Isomeria Dois hidrocarbonetos s o chamados is meros quando possu rem o mesmo n mero de Carbono e Hidrog nio e estruturas diferentes Tabela 1 Estruturas de Cadeia dos Hidrocarbonetos H TA e EO Si H H H H H H a via I I I I I I Yo a H C C C C H H C C C C H I I I I I I I I H H H H H H H H H H ri Re H H Estrutura em cadeia Estrutura em cadeia Estrutura c clica Saturada n o saturada saturada A maior parte dos combust veis l quidos constitu dos por hidrocarbonetos s o misturas que prov m de destila o do petr leo atrav s de processos de destila o ou de destila o fracionada Assim de um determinado petr leo in meros combust veis diferentes podem ser produzidos alguns dos mais comuns sendo a gasolina o querosene o leo diesel e o leo combust vel Dentro de cada uma destas classifica es existe uma grande variedade de categorias e cada uma composta de um grande n mero de diferentes hidrocarbonetos 2 1 Carv o Mineral O carv o mineral uma subst ncia s lida de cor escura constitu da principalmente de carbono Junto com o carv o mineral tamb m s o encontrados alguns l quidos como guas amoniacais e alcatr o assim como a presen a de gases O seu principal uso como combust vel e tamb m na redu o do min rio de ferro na obten o do a o Teve grande valor no in cio da era industrial e provocou guerras entre os povos pela posse de suas
193. sciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor No caso desse ensaio aplicado s pe as fundidas como seriam os casos das caldeiras uma das normas mais utilizadas a ASTM E 609 Essa norma foi elaborada para ensaio por ultra som em a os fundidos em carbono baixa liga e martens ticos com tratamento t rmico usando transdutores normais MTZ GATEI HERS FRIST Figura 9 Inspe o de uma pe a fundida contendo um defeito interno Quando da detec o de uma descontinuidade sua avalia o deve ser feita de acordo com o procedimento escrito norma aplic vel especifica o do cliente ou outro documento de qualidade aplic vel Em geral as descontinuidades s o Julgadas pelo seu comprimento e amplitude do eco de reflex o as quais s o quantidades mensur veis pelo inspetor de ultra som Entretanto algumas normas estabelecem que o tipo da descontinuidade encontrada tamb m deve ser avaliada e decisiva na aceita o ou rejei o da junta soldada 3 REFER NCIAS Andreucci Ricardo 2008 A Radiologia Industrial Dispon vel em lt http www abende org br biblioteca_apostila php w 1280 amp h 768 gt Acesso em 08 de setembro de 2008 Andreucci Ricardo 2008 L quidos Penetrantes Dispon vel em lt http www abende org br biblioteca apostila php w 12808h 768 gt Acesso em 08 de setembro de 2008 Andreucci Ricardo 2008 Ensaio por Ultra Som Dispon vel em lt http www abend
194. ssionais de inspe o manuten o opera o projeto seguran a e sa de treinamento cipeiros sindicalistas auditores fiscais do trabalho dentre outros que laboram para a preven o de acidentes e para a melhoria das condi es de trabalho 3 1 Disposi es Gerais 3 1 1 Caldeiras a vapor s o equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob press o superior atmosf rica usando qualquer fonte de energia excetuando se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo 3 1 2 Para efeito da NR 13 o Profissional Habilitado PH aquele que tem compet ncia legal para o exerc cio da profiss o nas atividades referentes a projeto de constru o acompanhamento de opera o e manuten o inspe o e supervis o de inspe o de caldeiras e vasos de press o em conformidade com a regulamenta o profissional vigente no Pa s 3 1 3 Press o M xima de Trabalho Permitida PMTP ou Press o M xima de Trabalho Admiss vel PMTA a maior press o compat vel com projeto resist ncia dos materiais usados dimens es do equipamento e par metros operacionais 3 1 4 Deve se garantir a exist ncia de todos os itens descritos a seguir V lvula de seguran a com press o de abertura igual ou inferior PMTA Instrumento que indique a press o do vapor acumulado Injetor independentemente do sistema principal Sistema de drenagem r pida de gua em caldeiras de recupera o e
195. stema e conseqiientemente reduzir o consumo da suas plantas Os trocadores de calor s o frequentemente empregados com esse objetivo portanto seu projeto termohidr ulico de fundamental import ncia para o sucesso operacional e econ mico da unidade Neste trabalho s o apresentados os par metros fundamentais para a realiza o desse projeto possibilitando aos engenheiros de suprimentos avaliar a capacidade t rmica e performance dos trocadores e tamb m contribuir no esclarecimento de poss veis d vidas geradas na rotina dos trabalhadores da rea de suprimentos PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 2 CRIT RIOS DE PROJETO PARA TROCADORES DE CALOR A sele o de um trocador de calor para executar um determinado servi o um t pico controvertido e nebuloso dentro de um projeto Cada projetista tem seus crit rios particulares para sele o de um tipo de equipamento baseados em sua experi ncia acumulada principalmente Um crit rio muito utilizado o da exist ncia e disponibilidade de m todos de c lculo confi veis para o projeto de um tipo de trocador espec fico o que ocorre com os trocadores tipo cascos e tubo ou duplo tubo J os trocadores tipo placa possuem m todos de c lculo que s o em geral propriedade de companhias que fabricam esses equipamentos estando inclusive de posse de m todos que otimizam o equipamento para um determinado servi o Par
196. stura de dolomita ou xido de magn sio com ou sem aditivo Esta mistura pode ser aspergida pelos sopradores mec nicos de fuligem Os resultados s o significantes especialmente em caldeiras que queimam leos com conte do dos elementos acima mencionados Quando a prote o desejada tamb m na sec o quente do gerador pode ser realizada a pulveriza o incluindo a aspers o de p met lico de magn sio diretamente na fornalha sobre ou perto dos queimadores Deve ser considerado de grande import nncia a manuten o dos economizadores e aquecedores de ar limpos e isentos de incrusta es entrada de gases quentes entrada de sa da de ar para ar atmosf rico combust o frio 30 C ag aquecido f 130 C saida de gases frios 100 C Esquema de Um Pr Aquecedor de Ar Figura 6 Esquema de um Pr Aquecedor de ar PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 6 SOPRADORES DE FULIGEM Os sopradores de fuligem s o elementos instalados nas caldeiras seja aquatubulares como flamotubulares em car ter permanente para efetuar a remo o durante o funcionamento dos res duos da combust o depositados sobre os tubos vaporizadores superaquecedores e economizadores A presen a de dep sitos de fuligem cinzas etc sobre o metal diminui a transmiss o do calor do combust vel para a guada caldeira e consequentemente sua e
197. tecnologia de aproveitamento da energia t rmica e dos produtos qu micos contidos nos rejeitos de extra o da celulose contida em determinadas esp cies vegetais constitui o exemplo mais not vel de caldeiras de recupera o O processo tem a particularidade de gerar vapor para atender as necessidades da pr pria instala o e extra o da celulose como ainda de reciclar at 90 dos insumos de produtos qu micos exigidos no cozimento da madeira A participa o destes insumos na fabrica o da celulose t o representativa que sua recupera o promove expressiva redu o no custo de produ o Uma instala o completa compreende inicialmente uma evapora o para concentrar o l quido residual que sobra da fabrica o da celulose Este licor negro como normalmente se denomina com teor de s lidos totais de 13 a 17 bastante fluido portanto concentra se at 60 63 com aspecto de um l quido negro viscoso que apresenta caracter sticas de um combust vel A figura 3 reproduz um esquema de um evaporador m ltiplo efeito com caixas evaporadoras de tubos longos operando a press es inferiores a atmosf rica O aparelho aproveita o pr prio vapor gerado com a queima do licor negro Associado a evaporadores de circula o for ada permite obter fluido com a concentra o de s lidos capaz de ser queimado diretamente na caldeira Esta concentra o atingindo 63 de s lidos totais cont m ainda 37 de gua sendo as partes s lidas repr
198. tilizar man metros padr o aferidos e Uma toler ncia de 1 kgf cm2 no valor de abertura da PSV usualmente aceita e Testes de acumula o n o devem ser executados em caldeiras providas de superaquecedores Opcionalmente ao teste convencional de v lvulas de seguran a aceita a utiliza o de dispositivos atuadores hidr ulicos geralmente associados a uma instrumenta o especial constituindo o chamado teste on line sem a necessidade do disparo em pop e abertura total das v lvulas de seguran a Em seu atual est gio de desenvolvimento os testes on line ainda n o permitem uma verifica o do funcionamento correto da v lvula abertura em pop aus ncia de poss veis vibra es martelamento vazamentos etc Alguns modelos de equipamento de teste tamb m n o permitem a verifica o do valor de blow down Por estas raz es recomenda se que a cada inspe o da caldeira pelo menos uma das v lvulas de seguran a seja testada de forma convencional com vapor 4 PROCEDIMENTOS EM SITUA ES DE EMERG NCIA CALDEIRAS COM COMBUST VEL G S Neste item mencionaremos alguns procedimentos que o operador de caldeira dever executar em situa es de emerg ncia salienta se que os mesmos est o baseados em recomenda es de v rios fabricantes e tamb m em observa es pr ticas 12 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 4 1 Vazamento
199. to t rmico di rio da performance de trocadores de calor baseada na efetividade E e no n mero de unidades de transfer ncia da calor NUT onde as varia es nas condi es operacionais principalmente nas vaz es dos fluidos s o levadas em considera o A efetividade de um trocador de calor definida como a raz o entre a troca de calor efetivamente conseguida e a m xima troca de calor poss vel 9 1 Efetividade e 2100 12 digs A maxima troca de calor possivel definida por d max m c min At rax 13 onde e m c min O Menor valor do produto da vaz o m ssica por calor espec fico entre as duas correntes de fluidos e a m xima diferen a de temperatura no trocador de calor ou seja T t No c lculo do q podemos usar o A a X 9 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor produto da vaz o calor espec fico e varia o de temperatura de qualquer um dos fluidos Portanto a Eq 12 toma as seguintes formas mc XT T mc t t ML in 1 ML ia t 9 2 N mero de Unidades de Transfer ncia de Calor NUT definido como NUT ERREI M C in 9 3 Rela o x NUT 9 3 1 Correntes Paralelas meo expl NUT 1 Z 1 Z 9 3 2 Correntes Opostas pede exp NTU 1 Z Z exp NTU 1 Z onde o fator Z a raz o das capacidades t rmicas dada por Z M C mn m c 9 4
200. tu do por efici ncia t rmica E para n s da Steammaster importante fazer esta distin o porque se para uma an lise compara o entre momentos diferentes do mesmo equipamento ou entre equipamentos distintos com a mesma metodologia a efici ncia t rmica aceit vel bem vinda devido a facilidade em se obter o teor de CO2 ou O2 e temperatura Por m para comprova o na entrega t cnica das caldeiras preciso definir claramente o que se est e como se esta medindo afim de se evitar aborrecimentos para ambas as partes 2 7 6 Steammaster four a caldeira mais eficiente do brasil Os dados sobre a efici ncia usados para compara o entre caldeiras devem ser baseados em dados comprovados de performance para dar uma compara o precisa do combust vel usado Nem todas as caldeiras s o igualmente criadas Algumas diferen as b sicas de projeto podem mostrar claramente varia es na expectativa do n vel de performance de efici ncia A maneira com que afirmam alguns fabricantes de que suas caldeiras apresentam por exemplo 91 de efici ncia n o tem valor algum sem a informa o clara e inequ voca das condi es em que este n mero obtido haja visto que h enorme varia o da efici ncia perante a altera o por exemplo da press o de trabalho da temperatura ambiente e outros claro que uma simplifica o bem vinda para uma olhada r pida por m devemos ter cuidado ao analisar efici ncia das caldeiras pois u
201. ueima de combust veis de baixo poder calor fico tais como serragem palha casca de caf e de amendoim e leo combust vel 1A 2A etc controle da chamin damper gua fornalha caldeira vertical fornalha interna Figura 5 Exemplo de caldeira flamotubular vetical parede de gua geradores de vapor fornalha com gases de processo caldeira vertical de fornalha externa Figura 6 Um outro exemplo de caldeira flamotubular vetical PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor 2 4 2 Caldeiras de tubos horizontais As caldeiras de tubos horizontais abrangem v rios modelos desde as caldeiras Cornu lia e Lancaster de grande volume de gua at as modernas unidades compactas As principais caldeiras horizontais apresentam tubul es internos nos quais ocorre a combust o e atrav s dos quais passam os gases quentes Podem ter de 1 a 4 tubul es por fornalha 2 4 2 1 Tipos de caldeiras de tubos horizontais 2 4 3 Caldeiras de Cornualia Aa caldeiraa Cornu lia um dos primeiros modelos desenvolvidos constitu da de um tubul o horizontal ligando a fornalha ao local de sa da de gases de funcionamento simples por m de rendimento muito baixo Suas principais caracter sticas s o press o m xima de opera o de 10 kgf cm vaporiza o espec fica 12 a 14 kg de vapor m e m ximo de 100m de superf cie
202. uentes pelo interior dos tubos formado por sa da de g s entrada de ar frio gicanas tubos entrada de g s dep sitos de cinzas sa da de ar quente Neste tipo de aquecedor necess rio um dep sito de cinzas situado na parte inferior do aparelho cuja limpeza dever ser periodicamente realizada para evitar entupimento dos condutos de g s O aquecedor de ar regenerativo consiste de um rotor girando a 2 ou 3 rpm com uma s rie de elementos corrugados de metal que permitem uma grande superf cie de contato para a transmiss o de calor e pequena resist ncia ao fluxo de ar ou g s Pelo fato de existir uma enorme superf cie formada pelos elementos do rotor este projeto pode ser considerado como um trocador de calor compacto Diafragmas e veda es dividem diametralmente a unidade fluindo o g s em uma parte ou zona e na outra o ar A superf cie corrugada de aquecimento feita em sec es que podem ser facilmente retiradas para manuten o O aquecedor de placas possue passagens estreitas e alternadas para g s e ar como tamb m diafragmas cuja fun o de dirigir o ar para obter um melhor aproveitamento da superf cie de transmiss o de calor A corros o consisti um grave problema para os aquecedores de ar sobretudo na zona de baixa temperatura dos gases e maior ainda quando queimados leos residuais devido ao conte do de enxofre s dio e van dio nas cinzas Como prote o contra a corros o pode ser pulverizada uma mi
203. usados tubos de a o que tem menor espessura menor espa amento maior superf cie de aquecimento por metro c bico menor peso e maior economia Devido as relativamente baixas temperaturas de opera ao necess ria uma grande superf cie de exposi o motivo pelo qual s o s vezes usadas superf cies aletadas para aumentar o contato g s metal Elementos de troca de calor coletores sopradores mec nicos de fuligem Para evitar problemas de corros o interna a gua para os economizadores geralmente submetida a desaera o Consider se uma boa medida manter o pH entre 8 0 e 10 0 A temperatura da gua de alimenta o na entrada do economizador dever ser mantida numa temperatura de aproximadamente 80 C para evitar o resfriamento dos gases da caldeira at a temperatura de ponto de orvalho evitando assim s rios problemas de corros o O tratamento correto da gua de alimenta o evita corros o interna Quando desejada uma elevada resist ncia corros o alguns projetistas usam externa e internamente uma combina o de a o ferro fundido A localiza o dos economizadores pode ser efetuada mediante um projeto integral semelhante a um feixo de tubos de caldeira possuindo seu coletor pr prio Pode ser montado na caldeira como parte da superf cie de convec o s vezes usado somente um coletor estando o economizador ligado diretamente ao coletor da caldeira soprador sy Figura 5 Sistema de uma Caldeira
204. utilizadas na ind stria do petr leo e das institui es que originaram tais normas Palavras chave norma t cnica permutador trocador de calor equipamento mec nico 1 INTRODU O A especifica o de um equipamento mec nico envolve muitas atividades e todas elas precisam ser devidamente normatizadas al m disto existem diversas institui es que geram normas t cnicas diferentes para uma mesma finalidade Conseqiientemente existem muitas normas referentes completa especifica o de um equipamento mec nico No caso dos trocadores de calor esta situa o ampliada pelo fato de que o trocador de calor ser enquadrado tamb m como vaso de press o herdando as normas referentes a este tipo de equipamento Neste trabalho daremos maior destaque s entidades e normas referentes ind stria de Petr leo e dentre as normas as espec ficas de trocadores de calor normas de projeto e ou fabrica o E dentre os tipos de trocadores de calor destacamos os trocadores de casco tubo por ser o tipo predominante na ind stria de Petr leo Visamos com este trabalho servir de refer ncia para a consulta das normas pertinentes aos trocadores de calor comentando sobre as institui es geradoras de normas apresentando as principais normas seguindo as prioridades mencionadas acima 2 NORMAS DE TROCADORES DE CALOR 2 1 Institui es Emissoras de Normas T cnicas H diversas institui es geradoras de normas destacamos abaixo algumas de
205. veis gasosos o maior teor de hidrog nio forma mais vapor de gua durante a combust o Este vapor de gua usa energia assim que muda de fase no processo de combust o A gua que acaba de ser formada na combust o do hidrog nio formando H20 se evapora exigindo para isto seu calor de vaporiza o que ent o lan ado na chamin Esta a raz o porque o leo combust vel queima em um n vel de efici ncia maior do que o g s natural Quando estiver analisando o c lculo ou efici ncia garantida verifique as especifica es do combust vel a representa o do combust vel que voc usar na caldeira A representa o da efici ncia da combust o usando baixo teor de hidrog nio poder n o ser uma avalia o apurada do seu consumo de combust vel 2 7 5 3 Excesso de ar Excesso de ar o ar extra provido para o queimador al m do ar requerido para a completa combust o Ele fornecido para o queimador porque uma queima sem ar suficiente ou o estritamente necess rio queima estequiom trica n o e poss vel em queimadores industriais Mudan as sazonais na temperatura e press o barom trica podem causar excesso de ar em uma caldeira numa m dia de 5 a 10 ou provocar a queima num n vel de baixo excesso de ar podendo resultar em alto CO e fuligem na caldeira O ar ent o provido em excesso para o queimador permitindo um fator de seguran a jogando fora por m energia em potencial que poderia ser transferida para
206. z de queimar ambos os combust veis independentemente ou em combina o 4 2 Refrat rio O refrat rio prim rio normalmente preparado em mulita fundida ou pr queimada montado no queimador durante a fabrica o Como alternativa pode ser utilizado a o inox laminado em aplica es para um nico queimador O refrat rio do bocal secund rio algumas vezes denominado de bloco refrat rio pode ser fabricado em chapas de a o inoxid vel Por m normalmente s o utilizadas se es de concreto refrat rio pr moldado como tamb m refrat rio moldado no pr prio local com o uso de um molde espec fico O material refrat rio normalmente utilizado onde as condi es de temperatura possam reduzir a vida do bocal met lico 4 3 Atomizador de Vapor O projeto do atomizador a vapor mostrado na figura nr 2 O conjunto do atomizador pode ser visto como consistindo de um disco de atomiza o atomizador propriamente dito posicionado e ajustado contra a extremidade da 6 PROMINP ENGENHEIRO DE SUPRIMENTOS Disciplina Fabrica o e Montagem de Caldeiras e Trocadores de Calor lan a por meio de uma porca de fixa o O princ pio de funcionamento tal que o orif cio de passagem de leo combust vel intersecciona tangencialmente o fluxo de vapor de atomiza o O vapor e o leo combust vel se misturam nesta c mara por press o A expans o desta mistura quando injetada em uma zona de baixa press o resulta na quebra de

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