Equipamentos EstáticosCURSO DE FORMAÇÃO DE OPERADORES DE REFINARIA EQUIPAMENTOS ESTÁTICOS 1 Equipamentos Estáticos 2 Equipamentos Estáticos EQUIPAMENTOS ESTÁTICOS CARLOS V. REIS COLABORADOR: RUI FERNANDO COSTACURTA Equipe Petrobras Petrobras / Abastecimento UN´s: Repar, Regap, Replan, Refap, RPBC, Recap, SIX, Revap 3 CURITIBA 2002 Equipamentos Estáticos Módulo Equipamentos Estáticos Ficha Técnica Contatos com a Equipe da Repar: Refinaria Presidente Getúlio Vargas – Repar Rodovia do Xisto (BR 476) – Km16 83700-970 Araucária – Paraná Mario Newton Coelho Reis (Coordenador Geral) Tel.: (41) 641 2846 – Fax: (41) 643 2717 e-mail:
[email protected] Uzias Alves (Coordenador Técnico) Tel.: (41) 641 2301 e-mail:
[email protected] Décio Luiz Rogal Tel.: (41) 641 2295 e-mail:
[email protected] Ledy Aparecida Carvalho Stegg da Silva Tel.: (41) 641 2433 e-mail:
[email protected] Adair Martins Tel.: (41) 641 2433 e-mail:
[email protected] UnicenP – Centro Universitário Positivo Oriovisto Guimarães (Reitor) José Pio Martins (Vice Reitor) Aldir Amadori (Pró-Reitor Administrativo) Elisa Dalla-Bona (Pró-Reitora Acadêmica) Maria Helena da Silveira Maciel (Pró-Reitora de Planejamento e Avaliação Institucional) Luiz Hamilton Berton (Pró-Reitor de Pós-Graduação e Pesquisa) Fani Schiffer Durães (Pró-Reitora de Extensão) Euclides Marchi (Diretor do Núcleo de Ciências Humanas e Sociais Aplicadas) Helena Leomir de Souza Bartnik (Coordenadora do Curso de Pedagogia) Marcos José Tozzi (Diretor do Núcleo de Ciências Exatas e Tecnologias) Antonio Razera Neto (Coordenador do Curso de Desenho Industrial) Maurício Dziedzic (Coordenador do Curso de Engenharia Civil) Júlio César Nitsch (Coordenador do Curso de Eletrônica) Marcos Roberto Rodacoscki (Coordenador do Curso de Engenharia Mecânica) Carlos V. Reis (Autor) Rui Fernando Costacurta (Colaborador) Marcos Cordiolli (Coordenador Geral do Projeto) Iran Gaio Junior (Coordenação Ilustração, Fotografia e Diagramação) Carina Bárbara R. de Oliveira (Coordenação de Elaboração dos Módulos Instrucionais) Juliana Claciane dos Santos (Coordenação dos Planos de Aula) Luana Priscila Wünsch (Coordenação Kit Aula) Angela Zanin Leoni Néri de Oliveira Nantes Érica Vanessa Martins (Equipe Kit Aula) Carina Bárbara Ribas de Oliveira (Coordenação Administrativa) Cláudio Roberto Paitra Marline Meurer Paitra (Diagramação) Cíntia Mara Ribas Oliveira (Coordenação de Revisão Técnica e Gramatical) Contatos com a equipe do UnicenP: Centro Universitário do Positivo – UnicenP Pró-Reitoria de Extensão Rua Prof. Pedro Viriato Parigot de Souza 5300 81280-320 Curitiba PR Tel.: (41) 317 3093 Fax: (41) 317 3982 Home Page: www.unicenp.br e-mail:
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[email protected] 4 Equipamentos Estáticos Apresentação É com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe você. Para continuarmos buscando excelência em resultados, diferenciação em serviços e competência tecnológica, precisamos de você e de seu perfil empreendedor. Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre o Centro Universitário Positivo (UnicenP) e a Petrobras, representada pela UN-Repar, buscando a construção dos materiais pedagógicos que auxiliarão os Cursos de Formação de Operadores de Refinaria. Estes materiais – módulos didáticos, slides de apresentação, planos de aula, gabaritos de atividades – procuram integrar os saberes técnico-práticos dos operadores com as teorias; desta forma não podem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como um processo contínuo e permanente de aprimoramento, caracterizado pela flexibilidade exigida pelo porte e diversidade das unidades da Petrobras. Contamos, portanto, com a sua disposição para buscar outras fontes, colocar questões aos instrutores e à turma, enfim, aprofundar seu conhecimento, capacitando-se para sua nova profissão na Petrobras. Nome: Cidade: Estado: Unidade: Escreva uma frase para acompanhá-lo durante todo o módulo. 5 Equipamentos Estáticos Sumário 1 TUBULAÇÕES – ACESSÓRIOS/LIGAÇÕES ............................. 7 1.1 Tubulações ............................................................................ 7 1.2 Classificação dos Tubos ........................................................ 7 1.3 Uso dos Principais Tipos de Tubos ....................................... 7 1.3.1 Tubos de Aço Carbono .............................................. 7 1.3.2 Tubos de Aço-Liga e Aço Inoxidável ........................ 7 1.3.3 Tubos de Materiais Metálicos não Ferrosos ............... 7 1.4 Diâmetros Comerciais ........................................................... 7 1.5 Espessuras de Paredes dos Tubos .......................................... 7 1.6 Acessórios/ligações ............................................................... 8 1.6.1 Acessórios de Tubulações .......................................... 8 1.6.2 Ligações de Tubulações ............................................. 9 1.6.3 Isolamento Térmico de Tubulações ......................... 10 2 VÁLVULAS ................................................................................ 11 2.1 Definição ............................................................................... 11 2.1.1 Classificação e Principais Tipos de Válvulas ........... 11 2.1.2 Válvulas que permitem o fluxo em apenas uma direção ............................................................. 11 2.1.3 Válvulas que controlam a pressão a montante – ou Válvulas de segurança, alívio e contra pressão ... 11 2.1.4 Válvulas que controlam a pressão a jusante – ou Válvulas redutoras e reguladoras de pressão ....... 11 2.2 Principais Componentes das Válvulas ................................. 11 2.2.1 Corpo de Válvula ..................................................... 11 2.2.2 Castelo ..................................................................... 12 2.2.3 Mecanismos Internos e Gavetas ............................... 13 2.2.4 Meios de Operação de Válvulas ............................... 13 2.3 Detalhes Particulares de cada Tipo e Válvulas .................... 14 2.3.1 Detalhes Particulares de cada Tipo e Válvulas ......... 14 2.3.1 Válvula de Gaveta ................................................... 14 2.3.2 Válvula Macho ........................................................ 15 2.3.3 Válvula Globo ......................................................... 16 2.3.4 Válvulas de Controle ............................................... 17 2.3.5 Válvula Borboleta .................................................... 17 2.3.6 Válvulas de Diafragma ............................................ 18 2.3.7 Válvulas de retenção ................................................ 18 2.3.8 Válvulas de Segurança e de Alívio .......................... 19 3 PURGADORES .......................................................................... 20 3.1 Introdução ........................................................................... 20 3.1.1 Remoção do Condensado ........................................... 20 3.2 Tipos ................................................................................ 20 3.2.1 Purgador de Bóia ..................................................... 20 3.2.2 Purgador de Panela Invertida ................................... 21 3.2.3 Purgador Termostático de Fole ................................ 21 3.2.4 Purgador Termodinâmico ........................................ 21 3.3 Tabela Comparativa para Purgadores .................................. 22 3.4 Outros Dispositivos Separadores ........................................ 23 3.5 Filtros para Tubulações ....................................................... 23 3.5.1 Filtros Provisórios e Permanentes ............................ 24 4 PERMUTADORES DE CALOR ................................................. 25 4.1 Introdução .............................................................................. 25 4.2 Descrição Geral ...................................................................... 26 4.2.1 Permutador de Espelhos Fixos ................................. 26 4.2.2 Permutador de tampa flutuante ................................ 28 4.2.3 Permutador de Tubos em “U” .................................. 28 4.3 Materiais Usados em Permutadores de Calor ...................... 28 4.4 Escolha do Fluido ............................................................... 29 4.5 Instrumentação do Permutador de Calor ............................. 29 4.6 Operação ............................................................................. 29 4.6.1 Normas de Operação ............................................... 29 4.6.2 Causas de Perda de Eficiência ................................. 30 4.7 Manutenção ......................................................................... 30 4.7.1 Limpeza ................................................................... 30 4.7.2 Testes de Pressão ..................................................... 30 4. 8 Componentes dos Trocadores ............................................. 31 4.8.1 Componentes ........................................................... 31 5 TANQUES ................................................................................ 32 5.1 Finalidade ........................................................................... 32 5.2 Classificação quanto à função ............................................. 32 5.2.1 Tanques de Armazenamento .................................... 32 5.2.2 Tanques de Resíduo ................................................. 32 5.2.3 Tanques de Mistura ................................................. 32 5.3 Classificação quanto ao tipo de teto .................................... 32 5.3.1 Tanques de Teto Fixo .............................................. 32 5.3.2 Tanques de Teto Flutuante ....................................... 32 5.4 Acessórios ........................................................................... 33 5.4.1 Respiração ............................................................... 33 5.4.2 Válvula de Pressão e Vácuo ..................................... 33 5.4.3 Agitador .................................................................. 33 5.4.4 Sistema de Aquecimento ......................................... 33 5.4.5 Isolamento Térmico ................................................. 33 5.4.6 Sistema de Medição ................................................. 33 5.5 Diques ................................................................................ 33 6 TORRES ................................................................................ 34 6.1 Finalidades .......................................................................... 34 6.2 Tipos ................................................................................ 34 6.2.1 Torre de Bandejas .................................................... 34 6.2.2 Bandejas com Borbulhadores .................................. 35 6.2.3 Bandejas Valvuladas ................................................ 35 6.2.4 Bandejas Perfuradas ................................................ 35 6.2.5 Bandejas Gradeadas ................................................. 36 6.2.6 Panelas .................................................................... 36 6.3 Torres Recheadas ................................................................ 36 6.3.1 Recheios .................................................................. 37 6.3.2 Suporte de Recheio .................................................. 37 7 FORNOS ................................................................................ 38 7.1 Utilização (dos fornos nas plantas de processo de petróleo) .............................................................................. 38 7.2 Características gerais dos fornos ......................................... 38 7.3 Classificação geral dos fornos ............................................. 38 7.3.1 Quanto à utilização .................................................. 38 7.4 Fornos Reatores .................................................................. 39 7.4.1 Reformadores para unidades de hidrogênio e amônia .................................................................. 39 7.4.2 Fornos de pirólise .................................................... 39 7.4.3 Quanto ao aspecto construtivo ................................. 39 7.4.4 Cilindro vertical em seção de convecção ................. 39 7.4.5 Cilíndrico vertical com seção de convecção horizontal ............................................... 40 7.4.6 Tipo de cabine com tubos horizontais ..................... 40 7.4.7 Tipo Caixa com câmara de Combustão Independente ........................................................... 40 7.4.8 Tipo Caixa com Queimadores nas Paredes .............. 41 7.4.9 Tipo Cabine com Altar ............................................ 41 7.5 Estrutura e carcaça metálica ................................................ 41 7.6 Refratários ........................................................................... 41 7.7 Tubos ................................................................................ 42 7.7.1 Tubos de radiação .................................................... 42 7.7.2 Tubos de Convecção ................................................ 42 7.8 Curvas e cabeçote de retorno ............................................... 42 7.9 Suportes dos tubos .............................................................. 42 7.10 Queimadores ....................................................................... 42 7.11 Chaminé e abafadores ......................................................... 43 7.12 Sopradores de fuligem / ramonadores ................................. 43 8 CALDEIRAS ............................................................................... 44 8.1 Considerações gerais ........................................................... 44 8.2 Classificação das caldeiras .................................................. 44 8.2.1 Caldeiras Flamotubulares ........................................ 44 8.2.2 Caldeiras Aquotubulares .......................................... 45 8.2.3 Classificação quanto à tiragem ................................ 45 8.2.4 Classificação quanto à circulação ............................ 45 8.3 Elementos principais de uma caldeira ................................. 45 8.3.1 Tubulão de vapor ..................................................... 45 8.3.2 Tubulão de água ...................................................... 46 8.3.3 Feixe convectivo ...................................................... 46 8.4 Paredes de água ................................................................... 46 8.5 Superaquecedores ............................................................... 46 8.5.1 Generalidades .......................................................... 46 8.5.2 Tipos ....................................................................... 46 8.5.3 Fatores de influência operacional ............................ 47 8.6 Pré-aquecedores .................................................................. 47 8.6.1 Generalidades .......................................................... 47 8.6.2 Classificação ............................................................ 47 8.6.3 Corrosão .................................................................. 47 8.7 Economizadores .................................................................. 47 8.8 Queimador .......................................................................... 48 8.8.1 Queimador ............................................................... 48 8.8.2 Distribuidor de ar .................................................... 48 8.8.3 Queimador de óleo combustível .............................. 48 8.9 Ramonador (ou soprador de fuligem) .................................. 48 8.10 Internos do Tubulão ............................................................ 49 8.10.1 Separadores de vapor ............................................... 49 8.10.2 Ciclones ................................................................... 49 8.11 Válvulas ............................................................................... 49 8.11.1 Válvulas de Bloqueio ............................................... 49 8.11.2 Válvula de Retenção ................................................ 49 8.11.3 Válvulas de Controle ............................................... 49 8.11.4 Válvulas de Segurança ............................................. 49 8.11.5 Válvulas de purga de superfície ............................... 49 8.11.6 Válvulas de purga de fundo ..................................... 50 8.11.7 Válvulas de “vent” ................................................... 50 8.12 Termos usuais em trabalhos de caldeiras ............................. 50 6 Equipamentos Estáticos Tubulações – Acessórios/Ligações 1.1 Tubulações Tubulações são condutos fechados destinados ao transporte de fluidos. As tubulações são constituídas de tubos de tamanhos padronizados, colocados em série. Usam-se tubulações para o transporte de todos os fluidos, materiais pastosos, líquidos e gasosos. Na prática, são chamados de tubos, somente os condutos rígidos. Os condutos flexíveis recebem a denominação de tubos flexíveis, mangueiras ou mangotes. 1 1.3.2 Tubos de Aço-Liga e Aço Inoxidável São usados para serviços especiais tais como fluidos corrosivos, fluidos à altas temperaturas, etc. Os elementos de liga mais usados são: – Cr e Mo, para altas temperaturas e – Ni para baixas temperaturas. 1.3.3 Tubos de Materiais Metálicos não Ferrosos São usados geralmente para fins específicos, que envolvem pequenos diâmetros (ar de instrumento, tubos de permutador, entre outros). 1.2 Classificação dos Tubos Os tubos podem ser classificados em metálicos ou não metálicos. a) Tubos Metálicos Ferrosos: Aço Carbono; Aço Liga (à base de Cr, Mo Ni, Si); Aço inoxidável; Ferro Fundido; Ferro Forjado. b) Tubos Metálicos não Ferrosos: Cobre e ligas de cobre (latão, bronze); Alumínio; Chumbo; Níquel; Outros metais; etc. c) Tubos Não Metálicos: Cimento-amianto; PVC; Borracha; Concreto; Vidro; Plástico; etc. 1.4 Diâmetros Comerciais Os tubos são identificados por um número chamado “diâmetro nominal” (DN). A unidade é a polegada (símbolo: "). Uma polegada equivale a 2,54 cm. De DN 1/8" até 12", esse valor não corresponde a nenhuma dimensão física dos tubos; e de DN 14" a 36" o diâmetro nominal coincide com o diâmetro externo (D. Ext.) dos tubos. Assim, o valor fixo dos tubos de 1/8" a 12" é o diâmetro externo, sempre maior que o diâmetro nominal. Exemplo: DN 4" DN 8" → D. Ext. = 4,5" D. Ext. = 8,6" → Acima de 30", os tubos são padronizados, fabricados com costura, sob encomenda. 1.5 Espessuras de Paredes dos Tubos Para cada um dos diâmetros nominais, fabricam-se tubos com diversas espessuras de parede. Esta espessura é padronizada e recebe o nome de “Schedule” (Sch). Quanto mais alto o Sch, maior será a espessura da parede do tubo. 7 Exemplo: DN 8" DN 8" → → D. Ext. = 8,6" Sch 40 = 0,32" D. Ext. = 8,6" Sch 80 = 0,5" → → 1.3 Uso dos Principais Tipos de Tubos 1.3.1 Tubos de Aço Carbono Representam a maior parte das tubulações utilizadas na refinaria. São usados para transferir hidrocarbonetos, vapor, água, gases, etc. Suas limitações são, no que diz respeito, a produtos químicos corrosivos e ao fator temperatura. Equipamentos Estáticos Conclusão do exemplo: como o D. Ext. é fixo (8,6") para um mesmo DN (8"), então ao aumentarmos o n. de schedule a espessura de pareº de aumenta e conseqüentemente o diâmetro interno diminui. (Figura 1.1). Sch. D. Ext. D. Int. Curva 90° Curva 90° com pé Curva 45° Figura 1.2 – Acessórios flangelados. Figura 1.1 – Espessura de parede de tubos. Existem tubos para outras finalidades que não simplesmente o transporte de fluidos. São os tubos usados em permutadores, fornos, caldeiras, etc, que servem também para aumentar a área de troca de calor. Exigem, na maioria dos casos especificações especiais. Para esses tubos, o diâmetro externo corresponde ao diâmetro nominal (DN), e a espessura de parede que varia grandemente, é designada pela própria medida de espessura em mm, décimo de polegada, entre outras unidades. Exemplo: Tubo DN 3/4" Tubo DN 2" → → Curva 90° Raio Longo Curva 45° Figura 1.3 – Acessórios para solda do topo. Cruzeta Figura 1.4 Acessórios flangelados. “Tê” D. Ext. = 3,4" D. Ext. = 2" Sela “Tê” 1.6 Acessórios/ligações 1.6.1 Acessórios de Tubulações Os acessórios de tubulações são os meios utilizados para conectar tubos, válvulas, outros acessórios e equipamentos. Além de ligar, os acessórios servem também para mudar a direção, variar o diâmetro da tubulação, fazer derivações, interromper ligações, etc. Os acessórios podem ser soldados, rosqueados ou flangelados. Classificam-se conforme sua função nas tubulações: a) Para mudar a direção em tubos, usa-se: (Figura 1.2 e 1.3) – Curvas de raio longo: 45º, 90º; – Curvas de raio curto: 45º, 90º; – Joelhos de 45º e 90º. b) Para derivação em tubos: (Figura 1.4 e 1.5) – T normal; – Selas; – Cruzetas. c) Para variar o diâmetro em tubos: (Figura 1.6 e 1.7) – Redução concêntrica; – Redução excêntrica. 8 d) Para ligações de tubos entre si: (Figura 1.8 e 1.9) – Luvas; – Uniões; – Flanges. Figura 1.5 – Acessórios para solda do topo. Redução Figura 1.6 – Acessório flangelado. Redução Concêntrica Redução Excêntrica Figura 1.7 – Acessórios para solda do topo. Solda Luva soldada Luva rosqueada Tubo Figura 1.8 – Ligações rosqueadas e ligações soldadas. Equipamentos Estáticos Tubo Tubo União soldada Porca União rosqueada Porca Solda f) Para isolar trechos de tubulações e equipamentos; – Raquetes; (Figura 1.13) – Figuras-Oito. (Figura 1.14) Flanges Tubo Porca Parafuso Tubo Solda Junta Figura 1.13 Raqueta Lado cheio Lado vazado Figura 1.9 – Ligações rosqueadas e união flangelada. e) Para fechar a extremidade de um tubo: – CAP; (Figura 1.10.) – Bujões; (Figura 1.11.) – Flanges cegos. (Figura 1.12.) Figura 1.14 1.6.2 Ligações de Tubulações a) Ligações Rosqueadas (Figura 1.4) É um dos métodos mais antigos para ligação de tubulações, pois é de baixo custo e fácil execução. Sua utilização é limitada a tubos de pequenos diâmetros (até 4") e para ligações de baixa pressão. b) Ligações Soldadas (Figura 1.5) É o sistema mais usado para a ligação de tubos, acima de 2", para aços de qualquer tipo e metais não ferrosos soldáveis. Para a execução das soldas existem normas que regulamentam o tipo de eletrodo, o tipo de inspeção, o tratamento térmico, etc. Figura 1.11 – Bujão (cabeça quadrada) “Cap” Figura 1.10 – Acessório para solda do topo. Flange cego Tubo Junta de vedação c) Ligações Flangeadas (Figura 1.6) As ligações flangeadas compreendem, normalmente, dois (02) flanges, jogo de parafusos, porcas e uma junta. São ligações facilmente desmontáveis, empregadas em uma série de situações, tais como: – acoplar tubulação a uma válvula; – acoplar tubulações aos equipamentos; – permitir montagens e desmontagens fáceis. Existem diversos tipos de flanges. Os mais 9 usuais são: de pescoço, integral, sobreposto, rosqueado, de encaixe, cego, etc. Quanto à face, pode-se ter: face lisa, com ressalto, macho e fêmea, etc. Parafuso Figura 1.12 – Flange cego. Porca Equipamentos Estáticos Os flanges, confeccionados de material forjado, podem ser classificados segundo a pressão nominal de projeto. As classes de pressões para flanges são: 125, 150, 300, 400, 600, 900, 1.500 e 2.500 lbs/pol2. Os flanges mais usados em refinaria correspondem às classes de 150 e 300 lbs/pol2. As dimensões dos flanges (espessura, n. º de parafusos, diâmetro externo) variam com as classes de pressão. Em todas as ligações com flanges, existe sempre uma junta que é o elemento de vedação. O material da junta deverá ser deformável e elástico, para compensar as irregularidades das faces dos flanges, estratégia que confere vedação perfeita. Deverá também ser especificado, visando suportar as variações de temperatura e pressão. Existem diversos tipos de juntas. As mais comuns na refinaria são: – Espirotálicas: Juntas planas com espiral metálico recheado de amianto. São usadas para fluidos à altas temperaturas, situação em que um vazamento torna-se extremamente perigoso. – Nitripak: Juntas planas, fabricadas com papelão recheado de tela metálica. Usadas para fluidos à alta pressão e a baixas temperaturas. – Papelão grafitado: Juntas planas fabricadas com papelão e grafite. Usadas para fluídos à baixa pressão e baixa temperatura. Anotações 1.6.3 Isolamento Térmico de Tubulações Os isolamentos térmicos, com freqüência, têm por finalidade, reduzir as trocas de calor do tubo para o meio ambiente, ou vice-versa. São constituídos, geralmente, de material à base de cálcio ou lã de rocha. Os isolamentos térmicos podem ser utilizados por duas razões, com finalidades específicas diferentes: a) Motivo Econômico As perdas de calor de um fluido para o exterior, representam um desperdício da energia empregada no aquecimento. A utilização de isolamento térmico resulta, portanto, em economia de energia. b) Proteção Pessoal O isolamento térmico pode também ser necessário para evitar queimaduras caso o operador encoste-se na tubulação, ou ainda, em algumas situações, para evitar o desconforto da excessiva irradiação de calor. 10 Equipamentos Estáticos Válvulas 2.1 Definição Válvulas são dispositivos usados para estabelecer, controlar e interromper a passagem de fluidos em tubulações. Dentro deste conceito global, as válvulas podem ter, no entanto, funções e características específicas que permitem uma classificação segundo seu emprego. 2 2.1.4 Válvulas que controlam a pressão a jusante São também conhecidas como válvulas redutoras e reguladoras de pressão 2.2 Principais Componentes das Válvulas 2.2.1 Corpo de Válvula O corpo ou carcaça é a parte da válvula que se conecta à tubulação e contém o orifício de passagem do fluido. As válvulas são peças sujeitas à manutenção e, por isso, devem ser, em princípio, facilmente desmontáveis. Tanto as válvulas rosqueadas, como as flangeadas obedecem a este conceito. No entanto, com o desenvolvimento dos processos de solda, passaram também a ser empregadas válvulas com extremidades para solda de soquete e para solda de topo. A desmontagem dessas válvulas é bem mais difícil, mas em compensação, não há riscos de vazamentos na tubulação. São os seguintes os principais casos de emprego de cada tipo de extremidade em válvulas: a) Extremidades flangeadas Sistema usado em quase todas as válvulas, de qualquer material, empregado em tubulações industriais de mais de 2". (Figura 2.1) Volante Pino graxeiro Haste 2.1.1 Classificação e Principais Tipos de Válvulas Válvulas que controlam o fluxo em qualquer direção a) Válvulas de Bloqueio São aquelas que se destinam, primordialmente, a estabelecer ou interromper o fluxo, ou seja, devem só funcionar completamente abertas ou completamente fechadas. Tipos mais usados: válvula gaveta; válvula macho; válvula esfera. b) Válvulas de Regulagem de Fluxo Destinam-se para o controle de fluxo e podem, devido a isto, trabalhar em qualquer posição. Tipos mais usados: válvula globo; válvula agulha; válvula de controle; válvula borboleta; válvula de diafragma. 2.1.2 Válvulas que permitem o fluxo em apenas uma direção a) válvula de retenção de portinhola; b) válvula de retenção tipo plug; c) válvula de retenção de esfera; d) válvula de pé. Sobreposta Gaxetas Castelo Flangeado Corpo Flange Gaveta 11 2.1.3 Válvulas que controlam a pressão a montante São também conhecidas como válvulas de segurança, alívio e contra pressão Sede Figura 2.1 – Válvula gaveta. Equipamentos Estáticos b) Extremidades para solda de soquete Sistema usado, principalmente, em válvulas de aço, de menos de 2", em que a solda de topo é ineficiente. c) Extremidades rosqueadas Sistema usado em válvulas menores de 4" em tubulações que não conduzem fluidos corrosivos ou venenosos. d) Extremidades para solda de topo Sistema usado em válvulas de aço, de mais de 2", em serviços com pressões muito altas ou com fluidos em que se exija eliminação absoluta do risco de vazamento. b) Castelo preso ao corpo por uma porca solta de união Usado para válvulas pequenas, de alta pressão. Permite uma vedação bem melhor que o castelo rosqueado. Esta válvula deve ser de boa qualidade (Figuras 2.2 e 2.3). Volante Haste c/ rosca externa Sobreposta Castelo aparafusado Tampão Sede 2.2.2 Castelo O castelo é a parte da válvula que suporta e contém as peças móveis de controle de fluxo. O castelo é fixado ao corpo de maneira a permitir rápida desmontagem e fácil acesso ao interior da válvula. São três os meios usuais de ligação do castelo ao corpo: a) Castelo e corpo rosqueados É o sistema mais barato, usado apenas em pequenas válvulas de baixa pressão (Figura 2.2). Volante Sentido de fluxo Figura 2.3 – Válvula globo. c) Castelo aparafusado Sistema usado para válvulas grandes sob qualquer pressão, por ser mais robusto e permitir melhor vedação (Figuras 2.4 e 2.5). Volante Porca de aperto Sobreposta Gaxetas Sobrecastelo Haste com roca externa Sobreposta Castelo Rosqueado Haste c/ rosca interna Castelo aparafusado Corpo Gaveta Extremos rosqueados Gaveta Sedes Junta Corpo Gaxetas 12 Flanges Figura 2.2 – Válvula gaveta castelo rosqueado. Figura 2.4 – Válvula gaveta castelo aparafusado. Equipamentos Estáticos Alavanca de operação c) Operação automática: – pelo próprio fluido; – por meio de molas ou contrapesos. Para operação manual, empregam-se volantes e alavancas em válvulas de até 12". Para válvulas maiores, usam-se os sistemas de engrenagem e parafuso sem fim, com o objetivo de suavizar a operação. Volante Engrenagens de redução Guia da alavanca Haste deslizante Gaxeta Castelo aparafusado Gaveta Flange Figura 2.5 – Válvula de fecho rápido. Castelo 2.2.3 Mecanismos Internos e Gavetas O mecanismo móvel interno da válvula (haste e peças de fechamento) e a sede chamase “trim” da válvula. São as peças mais importantes da válvula, geralmente, feitas de materiais de melhor qualidade do que os da carcaça, porque estão sujeitas a grandes esforços e à forte corrosão. Devem ter também uma usinagem cuidadosa para que a válvula tenha fechamento estanque. Na maioria das válvulas, a haste atravessa o castelo, indo para fora do corpo. Para evitar vazamento pela haste, existem gaxetas convencionais com porca de aperto, ou, mais raramente, sistemas especiais de vedação como retentores, foles, entre outros. Quando a haste é rosqueada (como acontece na maioria das válvulas), a rosca deve, de preferência, estar por fora da gaveta, por ser um sistema de construção mais barato. Flange Figura 2.6 – Válvula gaveta com redução de engrenagens. Para a operação manual de válvulas situadas fora do alcance do operador, utilizam-se volantes ou alavancas com correntes, ou ainda hastes de extensão (Figura 2.7). a) Válvula acima do operador Volante para corrente Volante 2.2.4 Meios de Operação de Válvulas Há uma variedade muito grande de sistemas usados para a operação de válvulas: a) Operação manual, por meio de: – volante; – alavancas; – engrenagens; (Figura 2.6) – parafusos sem fim; etc. b) Operação motorizada: – hidráulica; – pneumática; – elétrica. Piso de operação Haste de extensão b) Válvula abaixo do operador 13 Figura 2.7 – Válvulas com volante com corrente e com haste de extensão. Equipamentos Estáticos A operação motorizada é empregada apenas nos seguintes casos: – Em válvulas comandadas à distância; – Em válvulas situadas em posições inacessíveis; – Em válvulas muito grandes, cuja operação manual seja difícil. Nos sistemas de operação motorizada, hidráulica ou pneumática, a haste da válvula é comandada por um êmbolo ou um diafragma, sujeito à pressão de um líquido ou ar comprimido. O comando hidráulico, mais raro na prática do que o comando pneumático, é usado quase somente, para válvulas muito grandes. Conexões para o líquido acionador 2.3 Detalhes Particulares de cada Tipo e Válvulas 2.3.1 Válvula de Gaveta É o tipo de válvula mais importante e de uso mais generalizado. São utilizadas principalmente nos serviços de bloqueio nas linhas de água, óleos e líquidos em geral (desde que não sejam muito corrosivos ou voláteis), para quaisquer diâmetros, e também para o bloqueio de vapor e ar em linhas de diâmetro acima de 8". Em todos estes serviços, as válvulas de gaveta são usadas para qualquer pressão ou temperatura (Figura 2.1). O fechamento dessas válvulas é feito pelo movimento de uma peça chamada gaveta, que se desloca paralelamente ao orifício da válvula e perpendicularmente ao sentido de escoamento do líquido. Quando completamente abertas, a perda de carga causada por este tipo de válvula é desprezível. Apenas devem trabalhar completamente abertas ou completamente fechadas, isto é, são válvulas de bloqueio e não de regulagem. Quando parcialmente abertas, causam laminagem da veia fluida, acompanhada de cavitação e violenta erosão. Observa-se que as válvulas gaveta são sempre de fechamento lento, sendo impossível fechá-las instantaneamente: o tempo necessário para o fechamento será tanto maior quanto maior for a válvula. Essa é uma grande vantagem das válvulas gavetas, porque, desta maneira, pode-se controlar o efeito dos golpes de ariete. As válvulas gaveta dificilmente dão um fechamento absolutamente estanque. Por outro lado, na maioria das aplicações práticas, tal fechamento não é necessário. A gaveta das válvulas pode ser em cunha ou paralela. As gavetas de cunha são de maior qualidade e dão, devido a ação da cunha, um fechamento mais seguro do que as gavetas paralelas, embora sejam de construção e manutenção mais difícil. Emprega-se, nas válvulas gaveta, três sistemas diferentes de movimentação da haste: Cilindro Hidráulico Gaxetas Haste deslizante Gaveta Figura 2.8 – Válvula comandada por cilindro hidráulico. A operação motorizada pneumática é o sistema mais usado nas válvulas comandadas por instrumentos automáticos. É preciso não confundir válvulas comandadas por instrumentos automáticos com válvulas de operação automática. Existem dois sistemas de operação motorizada elétrica de uso corrente: – Motor elétrico, acionando o volante da válvula por meio de engrenagens de redução. Este sistema é usado apenas em válvulas de grande tamanho para tornar a operação mais fácil e mais rápida. 14 – Solenóide, cujo campo magnético movimenta, diretamente por atração, a haste da válvula. Este sistema pode ser empregado apenas para pequenas válvulas, freqüentemente por relés elétricos ou instrumentos automáticos. Haste ascendente com rosca externa É o sistema usado nas válvulas grandes e de boa qualidade. A haste tem apenas movimento de translação e o volante, preso ao castelo por uma porca fixa, apenas movimento de rotação. A rosca da haste é externa à válvula Equipamentos Estáticos estando, assim, livre, do contato com o fluido. A extensão da haste acima do volante dá uma indicação visual imediata da posição de abertura ou de fechamento da válvula, sendo esta a principal vantagem do sistema (Figura 2.4). Variantes das válvulas gavetas Uma variante da válvula gaveta é a válvula de fecho rápido. Nessas válvulas, a gaveta é manobrada por uma alavanca externa fechando-se com um movimento único da alavanca (Figura 2.5). Haste ascendente com rosca interna É a disposição mais usual em válvulas pequenas e também em válvulas grandes de qualidade inferior. A haste, dentro da válvula, juntamente com o volante, tem movimentos de translação e rotação. Não há indicação visual da posição de abertura ou fechamento (Figura 2.2). 2.3.2 Válvula Macho Aplica-se, principalmente, nos serviços de bloqueio de gases para qualquer diâmetro, temperatura ou pressão e também no bloqueio rápido de água, vapor e líquidos em geral para pequenos diâmetros e baixas pressões (Figura 2.9). Engraxadeira Alavanca de manobra Haste não ascendente A haste, juntamente com o volante tem apenas movimento de rotação. Somente a gaveta da válvula que se atarraxa na extremidade da haste, tem movimento de translação. É um sistema barato, de construção fácil, usado em válvulas pequenas de qualidade inferior. Alguns problemas são característicos durante a operação de válvulas gavetas: – Em caso de alta pressão, é difícil a operação de uma válvula gaveta. Há casos em que se torna necessário o uso de chaves apropriadas aplicadas ao volante, há outros em que a válvula possui um desvio: na abertura ou fechamento da válvula utiliza-se o desvio para evitar alto diferencial de pressão na operação. – As gaxetas requerem atenção, uma vez que podem apresentar um pequeno vazamento com o uso. É importante que sejam reapertadas ou trocadas em épocas apropriadas. – Ao se abrir ou fechar completamente a válvula, ela pode se trancar. Existe uma pequena folga que permite inverter ligeiramente o sentido de rotação do volante sem que se altere a posição da gaveta. – Quando a válvula não está vedando completamente não é boa norma forçar seu fechamento: as causas podem ser depósitos na sede, defeito na sede, etc. A operação indevida pode agravar o problema. Na maioria das vezes, ocorre a quebra da bucha. – Tanto a má lubrificação como o aperto demasiado das gaxetas podem acarretar dificuldades na operação da válvula. Sobreposta Gaxetas Sedes Macho Orifício de passagem Rasgos de Lubrificação Válvula macho Posição aberta Posição fechada Cortes em projeção horizontal Figura 2.9 – Válvula macho. Nessas válvulas, o fechamento é feito pela rotação de uma peça (macho) existente no interior do corpo da mesma. São válvulas de fecho rápido, porque bloqueiam com 1/4 de volta do macho ou da haste. As válvulas macho são, fundamentalmente, válvulas de bloqueio. Quando totalmente abertas, a perda de carga é mínima e, quando parcialmente fechadas, a turbulência impede uma vazão regularizada. Existem dois tipos gerais de válvulas macho: com e sem lubrificação. Nas válvulas com lubrificação, há um sistema de injeção de lubrificantes sob pressão, 15 através do macho, para melhorar a vedação e evitar que o mesmo fique preso. Essas válvulas são empregadas geralmente em serviços com gases. Equipamentos Estáticos As válvulas sem lubrificação, de boa qualidade, usadas para gases, têm sedes removíveis, feitas de material resiliente (teflon, neoprene, etc.), dando ótima vedação estanque. Variantes da válvula Macho Uma das variantes da válvula macho corresponde às válvulas de esfera. Neste caso, o macho é uma esfera que gira sobre um diâmetro, deslizando entre anéis retentores. As vantagens das válvulas de esfera sobre a de gaveta são o menor tamanho, peso e custo, melhor vedação e menor facilidade de operação (Figura 2.10). Haste Orifício de passagem Alavanca de manobra bem melhor que as válvulas de gaveta, de forma que é possível conseguir, principalmente em válvulas pequenas, um fechamento absolutamente estanque (Figura 2.3). As válvulas globo devem ser instaladas de modo que o fluido entre sempre pela face inferior do tampão. Essa disposição tem a vantagem de poupar as gavetas, porque a pressão não fica agindo permanentemente sobre elas e também de permitir, em muitos casos, o reengaxetamento com a válvula em serviço. Variantes de válvula globo Válvulas Angulares Engaxetamento Essas válvulas têm os bocais de entrada e saída a 90°. Permite perdas de cargas menores que a válvula globo comum. Devido à posição do orifício de passagem (Figura 2.12). Porca de aperto Gaxetas Haste com rosca Macho (esfera oca) Anéis retentores Figura 2.10 – Válvula de esfera. Tampão Outra variante das válvulas macho são as válvulas de 3 ou 4 vias, onde o macho nesss válvulas é furado em “T” em “L” ou em cruz, dispondo a válvula de 3 ou 4 bocais para ligação às tubulações (Figura 2.11) Macho Trajetória do fluído Figura 2.12 – Válvula Angular. Válvula Agulha O tampão nestas válvulas é substituído por uma peça cônica agulha, que permite um controle mais delicado da vazão. É usado em linha até 2” (Figura 2.13). Posição aberta Corte em projeção horizontal Figura 2.11 – Válvula de 3 vias. 2.3.3 Válvula Globo Em válvulas globo, o fechamento é feito por meio de um tampão que se move contra o orifício da válvula, que, geralmente, está em posição paralela ao sentido do fluxo. As vál16 vulas globo podem trabalhar em qualquer posição e fechamento, isto é, são válvulas de regulagem. Causam, entretanto, em qualquer posição de fechamento, fortes perdas de cargas. As válvulas globo dão um fechamento Castelo de união Porca Agulha Trajetória do fluido Figura 2.13 – Válvula Agulha. Sede Equipamentos Estáticos Válvula sem sede É uma variante das válvulas angulares em que o tampão consiste de um êmbolo que desliza do corpo da válvula. Estas válvulas são empregadas para a descarga de caldeiras (Figura 2.14). Mola regulável (para abrir a válvula) Admissão de ar comprimido (para fechar a válvula) Diafragma flexível Êmbolo Haste Sobreposto Indicador de posição de abertura Gaxetas Retentores Sedes Figura 2.14 – Válvula sem sede. Tampões duplos balanceados Válvulas em “Y” Essas válvulas apresentam a haste a 45° com o corpo, de maneira tal que a trajetória da corrente fluida fica quase retilínea. Em conseqüência disso as perdas de carga ficam reduzidas um valor mínimo. Essas válvulas são usadas para bloqueio e regulagem de vapor (Figura 2.15). Figura 2.16 – Válvula de Controle. 2.3.5 Válvula Borboleta Usada para tubulações de grande diâmetro (mais de 20'’), sujeitas a baixas pressões, sem a exigência de vedação perfeita. O fechamento da válvula é feio por meio de uma peça circular que pivota em torno de um eixo perpendicular ao sentido de escoamento do fluido (Figura 2.17). Volante Tampão Eixo Trajetória do fluido Sede Figura 2.15 – Válvula em “Y”. Corpo 2.3.4 Válvulas de Controle Essas válvulas são usadas em combinação com instrumentos automáticos, que as comandam à distância, para controlar a vazão ou a pressão de um fluido. A válvula em si é quase semelhante a uma válvula globo sendo operada, na maioria das vezes, por meio de um diafragma sujeito à pressão de ar comprimido. Há um instrumento automático que comada a pressão de ar, que por sua vez faz variar a posição de abertura da válvula. A operação nas válvulas de controle é feita, geralmente, pelo diafragma em um sentido (para abrir ou fechar) e por uma mola regulável no outro sentido (Figura 2.16). Disco Figura 2.17 (a) – Válvula Borboleta. Alavanca Fe ch ad o o ert Ab Flanges da tubulação 17 Corpo da válvula Disco de (entre os flanges) fechamento Figura 2.17 (b) – Válvula Borboleta. Equipamentos Estáticos 2.3.6 Válvulas de Diafragma Muito usadas para fluidos perigosos, corrosivos, tóxicos, inflamáveis, etc, as válvulas de diafragma não apresentam gaxetas. Seu fechamento é feito por meio de um diafragma flexível apertado contra a sede. O mecanismo móvel que controla o diafragma fica completamente fora do contato com o fluido (Figura 2.18). Volante Haste Flange de entrada Tampa Eixo Flange de saída Sede Tampão Figura 2.19 – Válvula de retenção de portinhola. Castelo Tampão Algumas válvulas desse tipo têm uma alavanca externa, com a qual a portinhola pode ser aberta ou fechada, à vontade, quando necessário. Válvulas de retenção tipo plug O fechamento da válvula é feito por meio de um tampão, semelhante ao das válvulas globo, cuja haste desliza em uma guia interna. Essas válvulas causam perdas de carga muito grandes e por isso são pouco usadas em linhas de diâmetro acima de 6'’. São adequadas ao trabalho com gases e vapores (Figuras 2.20). Tampa Diafragma flexível (aberto) Figura 2.18 – Válvula de Diafragma. Guia Pino Sede Posição fechada Sede 2.3.7 Válvulas de retenção Estas permitem a passagem de fluido apenas em sentido, fechamento automaticamente, por diferença de pressões exercidas pelo próprio fluido, se houver tendência à inversão no sentido de escoamento. São, por isso, válvulas de operação automática. Um caso típico do uso de válvulas de retenção é na linha de recalque de bombas em paralelo, para evitar o retorno do fluido através das bombas paradas. Outro caso é do uso dessas válvulas na linha de carregamento de um tanque para evitar um possível esvaziamento. Existem três tipos principais de válvula de retenção: Entrada Saída Tampão Figura 2.20 – Válvula de retenção tipo plug. Válvula de retenção de esfera São semelhantes às válvulas de retenção tipo plug, sendo porém, o tampão substituído por uma esfera. É o tipo de válvula de retenção cujo fechamento é mais rápido. Essas válvulas, muito boas para fluidos de alta viscosidade, são fabricadas e usadas apenas para diâmetro de até 2” (Figura 2.21). Válvula de retenção de portinhola É o tipo mais comum de válvula de retenção. Seu fechamento é feito por uma portinhola articulada, que se assenta no orifício da vál18 vula. As válvulas de portinhola não devem ser usadas em tubulações sujeitas a freqüentes inversões de fluxo, porque, nesse caso, têm tendência a vibrar fortemente (Figura 2.19.). Entrada Saída Esfera Figura 2.21 – Válvula de retenção de esfera. Equipamentos Estáticos Variantes das válvulas de retenção Válvulas de pé São válvulas de retenção especiais para manter a escorva nas linhas de sucção de bombas. São semelhantes às válvulas de retenção tipo plug (Figura 2.22). Bocal de saída A construção dessas válvulas é semelhante à das válvulas globo angulares. O tampão é mantido fechado contra a sede pela ação de uma mola, com parafuso de regulagem, ou de um contrapeso externo de posição ajustável. Regula-se tensão ou posição do contrapeso, de maneira a se ter a desejada pressão de abertura da válvula (Figura 2.24). Pino Guia Porca de regulagem Mola Tampão Bocal de saída Tampão Sede Grade de entrada Bocal de entrada Figura 2.24 – Válvula de segurança. Figura 2.22 – Válvula de pé. Válvulas de retenção e fechamento São semelhantes às válvulas globo, com tampão capaz de deslizar sobre a haste. Na posição aberta, funcionam como válvulas de retenção de levantamento e, na posição fechada, como válvulas de bloqueio. São usadas nas linhas de saída de caldeiras (Figuras 2.23). Haste rosqueada Haste do tampão Tampão Saída Guia Entrada Figura 2.23 – Válvula de retenção e fechamento. As válvulas de mola são as mais comuns. A mola pode ser interna, dentro do castelo da válvula, ou externa, preferindo-se esta última disposição para serviços com fluidos corrosivos, muito viscosos, ou gases liqüefeitos que possam congelar, prendendo a mola. Essas válvulas são chamadas de “segurança”, quando destinadas a trabalhar com fluidos elásticos (vapor, ar, gases), e de alívio, quando destinadas trabalhar com líquidos, que são fluidos incompressíveis. A construção das válvulas de segurança e de alívio é basicamente a mesma, a principal diferença reside no perfil das sedes e do tampão. Nas válvulas de segurança, o desenho desses perfis é feito de tal forma que a abertura total da válvula ocorra imediatamente após a “pressão de ajuste”, e o fechamento repentinamente abaixo da “pressão de ajuste”. Nas válvulas de alívio, a abertura é gradual, atingindo o máximo com 110% a 125% da “pressão de ajuste”. As válvulas de segurança costumam ter uma alavanca externa com a qual é possível fazer-se manualmente o disparo da válvula para teste. 2.3.8 Válvulas de Segurança e de Alívio Controlam a pressão à montante, abrindose automaticamente, quando essa pressão ultrapassa um determinado valor para o qual a válvula foi ajustada (pressão de ajuste). 19 Equipamentos Estáticos Purgadores 3.1 Introdução Purgadores são equipamentos utilizados para eliminar condensados das tubulações que transportam vapor ou ar comprimido. Os bons purgadores além de remover condensado, removem também o ar e outros gases incondensáveis que possam existir. O aparecimento de condensado em tubulações de vapor pode se dar devido à perda de calor para o meio ambiente, arraste de gotículas, colocação em operação de determinado trecho de tubulação fria ou trechos de tubulações bloqueadas. O aparecimento de condensado em tubulações de ar comprimido ocorre em conseqüência da condensação da umidade do ar ou do arraste do óleo de lubrificação dos compressores. 3 a) Purgadores de bóia; b) Purgadores de panela invertida. – Purgadores Termostáticos – Agem por diferença de temperatura. a) Purgadores de expansão metálica; b) Purgadores de expansão líquida; c) Purgadores de expansão balanceada (fole). – Purgadores Especiais: a) Purgadores termodinâmicos; b) Purgadores de impulso. 3.2.1 Purgador de Bóia Consiste em uma caixa com uma entrada de vapor e uma saída de condensado. A saída do condensado é fechada por uma válvula comandada por bóia; quando há condensado, a bóia flutua e abre a saída do condensado, que é expulso pela própria pressão do vapor. É necessário que a força de flutuação da bóia seja suficiente, através das alavancas, para vencer a pressão do vapor, que tende a fechar a válvula. Esse purgador tem descarga contínua e não permite a saída de ar e de outros gases. É empregado para baixas pressões de vapor (até 35 Kgf/cm2), quando se deseja descarga rápida e contínua e quando não há necessidade de eliminação de ar (Figura 3.1). Válvula termostática Entrada (vapor + condensado) 3.1.1 Remoção do Condensado Remove-se o condensado existente nas linhas de vapor pelas seguintes razões: – Conservar a energia do vapor, pois o condensado não tem ação motora (máquina a vapor) nem ação aquecedora eficiente (o vapor aquece cedendo calor de condensação). A entrada de condensado nas turbinas causa danos irreparáveis em suas palhetas. – Evitar vibrações e martelos hidráulicos nas tubulações causados pelo arrastamento do condensado e encontro do vapor com bolsões de condensado. – Reduzir os efeitos de corrosão. Remove-se o condensado das linhas de ar comprimido, porque os arrastes de óleo ou água danificam os instrumentos e prejudicam o processo em que o ar é utilizado. 20 Bóia Válvula de saída 3.2 Tipos Os purgadores podem ser classificados em: – Purgadores Mecânicos: Agem por diferença de densidade. Saída (condensado) Figura 3.1 – Purgador de Bóia. Equipamentos Estáticos 3.2.2 Purgador de Panela Invertida É o tipo de purgador mais usado em tubulações de vapor. Consiste em uma caixa com entrada de vapor e saída de condensado, dentro da qual existe uma panela com fundo para cima, comandando a válvula que fecha a saída do condensado. Para o início de operação, o purgador deve estar cheio de água; a panela fica pousada no fundo, abrindo a válvula, por onde sai o excesso de água. O vapor, quando chega, é lançado dentro da panela, de onde é expulsa a água (que escapa pela saída), até que a quantidade de água Válvula (aberta) Orifício dentro da panela, tornando-se pequena, faz com que a panela flutue, fechando a válvula de saída. O ar contido na panela sai pelo pequeno furo existente no fundo da panela, por onde escapa também um pouco de vapor; o ar acumula-se, então, no topo do purgador e o vapor é condensado por saturação do ambiente. Chegando mais condensado, a panela enchese de água, perde flutuação e afunda, abrindo a válvula. A pressão do vapor faz sair o ar acumulado e o condensado, até que, diminuindo a quantidade de condensado dentro da panela, a flutuação é restabelecida, fechando-se a válvula e repetindo-se, assim, o ciclo (Figura 3.2). Válvula (fechada) Bolhas de Ar e Vapor Vapor Válvula (aberta) Entrada Saída Vapor Panela Invertida (afundada) Purgador Aberto (Descarga de Condensado) Figura 3.2 – Purgador de Panela Invertida. Condensado Purgador Fechado (Chegada de Vapor) Panela Invertida (flutuando) Condensado Panela Invertida (afundada) Purgador Aberto (Descarga de Condensado) 3.2.3 Purgador Termostático de Fole Consiste em uma caixa contendo no interior um pequeno fole que comanda a válvula de saída do condensado. O fole contém um líquido de ponto de ebulição inferior ao da água. O purgador funciona pela diferença de temperatura que existe sempre, para a mesma pressão, entre o vapor e o condensado. O vapor, por ser mais quente, vaporiza o líquido dentro do fole, que se dilata, fecha a válvula e impede, portanto, a saída do vapor. O condensado e o ar, como são mais frios, contraem o fole que abre a válvula deixando-os escapar. Esse tipo de purgador é empregado para médias e baixas pressões (até 35 kgf/cm2), principalmente quando se tem grande volume de ar a eliminar. A descarga de condensado é intermitente, demorada, e a perda de vapor é relativamente grande. Não pode ser empregado para vapor superaquecido (Figura 3.3). Fole Entrada Válvula Saída Figura 3.3 – Purgador Termostático de Fole. 3.2.4 Purgador Termodinâmico É um aparelho de construção extremamen21 te simples, cuja única peça móvel é um disco que trabalha dentro de uma pequena câmara, abrindo ou fechando, simultaneamente, as passagens que dão para a entrada de vapor e para a saída de condensado (Figura 3.4). Equipamentos Estáticos Tampa Disco Móvel (suspenso) Sede Pressão Zona de Baixa Pressão Condensado Ar Condensado Ar Purgador Aberto (descarga de condensado) Pressão Condensado Vapor Purgador Fechando-se (chegada de vapor) Condensado Vapor Orifício de Entrada Orifício de Saída Vapor Secção AA Purgador Fechado Figura 3.4 – Purgador Termodinâmico. O funcionamento de um purgador termodinâmico encontra-se descrito a seguir: O condensado ou o ar chegando ao purgador são empurrados pela pressão do vapor, levantam o disco e escapam para fora. Quando o vapor chega ao purgador, a princípio também escapa; mas, logo em seguida, o jato de vapor em alta velocidade passando por baixo do disco, cria uma zona de baixa pressão (Teorema de Bernoulli) e o disco abaixa-se tendendo a fechar a saída do vapor. Assim que o disco começa a abaixar, parte do vapor que sai para a câmara acima do disco, e a pressão do vapor força, então, o disco para baixo. Ao mesmo tempo, o movimento do disco causa uma redução na seção de saída do vapor; em conseqüência, a velocidade aumenta e a depressão causada também, o disco encosta-se, então, na sede, fechando a saída do vapor. O disco fica, assim, em equilíbrio (a mesma pressão nas duas faces) até que o vapor repetido em cima começa a condensar, a pressão cai, o disco sobe, repetindo-se todo o ciclo. Esse purgador, barato, pequeno, simples e de baixa manutenção, está sendo empregado cada vez mais para linhas de vapor e de aquecimento, desde que a quantidade de condensado não seja muito grande. Não deve ser usado quando a contrapressão do condensado for maior do que 50% da pressão do vapor, ou quando a pressão do vapor for inferior a 0,7 kgf/cm2. Pode ser empregado para altas pressões e altas temperaturas. 3.3 Tabela Comparativa para Purgadores O quadro seguinte apresenta um resumo comparativo das principais características dos tipos mais importantes de purgadores de vapor: Tipo Bóia Panela Invertida Panela Aberta 22 Expansão Metálica Expansão Líquida Expansão Balanceada Termodinâmico Impulso Pressão Capacidade Resistência a Descarga Eliminação Máxima do Máxima Golpes de Contínua do Ar Vapor (kg/cm2) (kg/h) Ariete 35 180 100 50 35 35 100 100 50 000 15 000 6 000 4 000 4 000 1 000 3 000 5 000 Sim Não Não Não Não Não Não Não Não Sim Sim Sim Sim Sim Sim Não Não Sim Sim Sim Não Não Sim Sim Perda de Vapor Pouca Pouca Pouca Bastante Bastante Bastante Regular Regular Necessidade de Manutenção Regular Bastante Bastante Regular Regular Regular Quase Nenhuma Quase Nenhuma Equipamentos Estáticos 3.4 Outros Dispositivos Separadores Além dos purgadores de vapor, outros dispositivos separadores são também usuais em tubulações industriais. As operações mais comumente efetuadas por esses aparelhos são as seguintes: – Separação de água e/ou óleo em tubos de ar comprimido e de outros gases; – Separação de poeiras e sólidos em tubos de gasolina e de outros líquidos leves; – Separação de ar em tubos de vapor. Os princípios gerais de funcionamento da maioria desses aparelhos são flutuação, inércia, capilaridade e absorção. Alguns separadores aproveitam-se, simultaneamente, de mais de um dos fenômenos mencionados. Os aparelhos que trabalham por flutuação, são inteiramente semelhantes aos purgadores de bóia, são empregados na separação e eliminação de água e de outros líquidos nas tubulações de ar e de gases em geral. Esses separadores, que são sempre peças pequenas (fabricadas com até 2” de diâmetro nominal), são muito usados para a drenagem da água formada em tubulações de ar comprimido e, por isso, denominados às vezes de “purgadores de água”. O princípio da inércia é utilizado nos aparelhos destinados a separar líquidos e sólidos em suspensão (inclusive poeiras) em tubulações de gases. Nesses separadores, a corrente de gás, carregada de partículas líquidas ou sólidas, é obrigada a mudar de direção várias vezes em grande velocidade. Nessas mudanças de direção, as partículas líquidas ou sólidas separam-se por serem mais pesadas (devido à inércia) e são, então, recolhidas e eliminadas. Entrada vapor + água Gás Gás líquido Chicana Gotas de líquido Líquido acumulado Visor de nível Dreno Figura 3.5 – Separadores de Inércia. Os separadores que agem por capilaridade servem, principalmente, para a coleta e eliminação de ar e de água em tubulações de líquidos leves. Nesses aparelhos, a corrente líquida atravessa elementos de tela fina ou de palhas especiais, onde se formam, por diferença de capilaridade, bolhas de ar ou gotículas de água que são depois coletadas. Os separadores de absorção são aparelhos no interior dos quais existem elementos de substâncias especiais capazes de absorver e reter o material que se deseja separar. A veia fluida atravessa esses elementos, onde a absorção ocorre geralmente por meio de reações químicas. Os elementos absorventes têm uma vida relativamente curta, ao final da qual devem ser substituídos. Os desumidificadores de silicagem ou de alumina, empregados para remover umidade em correntes de ar ou de outros gases, funcionam segundo este princípio. 3.5 Filtros para Tubulações Os filtros (strainers, filters) são também aparelhos separadores destinados a reter poeiras, sólidos em suspensão e corpos estranhos, em correntes de líquidos ou gases. Duas classes de filtro são de uso comum em tubulações industriais: a dos filtros provisórios e dos permanentes. Os filtros provisórios são peças que se intercalam nas tubulações, próximo aos bocais de entrada dos equipamentos (bombas, compressores, turbinas, etc.), para evitar que sujeiras e corpos estranhos, deixados durante a montagem das mesmas, penetrem nesses equipamentos quando o sistema for posto em funcionamento. Depois que as tubulações já esti- 23 verem em funcionamento normal por algum tempo, e tiverem, portanto, sido completamente lavadas pelo próprio fluido circulante, os filtros provisórios deverão ser removidos. É Furo Visor de nível Saída (Vapor) Gotas d’água Purgador Filtro Dreno Separador para vapor com drenagem automática por purgador Equipamentos Estáticos obrigatória a colocação de filtros provisórios na entrada de todos os equipamentos que possam ser danificados pela presença de corpos estranhos, pois, por mais bem feita que tenha sido a limpeza prévia das tubulações, é impossível garantir-se que não haja poeiras, terra, ferrugem, rebarbas de solda, pontas de eletrodos e outros materiais estranhos no interior das mesmas. Os filtros permanentes, como o próprio nome indica, são acessórios instalados nas tubulações de um modo definitivo. Os principais casos de emprego dos filtros permanentes envolvem: – Tubulações com fluidos sujos que sempre possam apresentar corpos estranhos; – Casos em que se deseje uma purificação rigorosa e controlada do fluido circulante; – Tubulações de entrada de equipamentos muito sensíveis a corpos estranhos, tais como bombas de engrenagens, medidores volumétricos, certos tipos de purgadores, etc. de entrada e de saída, no interior da qual existem os elementos de filtragem e chicanas para conduzirem a veia fluida (Figura 3.7). Os elementos filtrantes e os materiais de construção dos mesmos variam de acordo com o fluido circulante, com o grau de filtragem desejado, com o tamanho do filtro, etc. Tampa Cesta de tela Entrada Entrada Saída Cesta de tela Dreno Para diâmetros maiores Figura 3.7 – Filtros Permanentes. Saída Tampa e dreno Para diâmetros menores 3.5.1 Filtros Provisórios e Permanentes Os filtros provisórios mais comuns são os discos de chapa perfurada ou os anéis de chapa fina com uma cesta de tela (Figura 3.6). Ambos são introduzidos entre dois flanges quaisquer, onde ficam presos. Os filtros de cesta de tela devem ter uma área de filtragem de no mínimo 3 a 4 vezes em relação à seção transversal útil da tubulação. Cesta de tela Entre os elementos filtrantes mais comuns estão: – Grades metálicas, chapas perfuradas, telas metálicas (filtragem grosseira de líquido); – Telas finas, feltro, “nylon”, porcelana, papel, etc. (filtragem fina de líquido); – Palhas metálicas, feltro, camurça, etc. (filtragem de gases). Conforme o modelo do filtro, os elementos filtrantes podem ter a forma de cestas cilíndricas, cones, discos, cartuchos, etc. Anotações Chapa intercalada entre dois flanges Figura 3.6 – Filtro Provisório. Para facilitar a colocação e posterior retirada dos filtros provisórios deve-se colocar uma peça flagelada (carretel, redução, joelho, etc.) na estrada dos equipamentos que devam ser providos de filtros provisórios. O filtro ficará preso a um dos flanges dessa peça, com a cesta de tela dentro da peça: para remover o 24 filtro, bastará desacoplar os flanges e retirar a peça inteira. Os filtros permanetes consistem, geralmente, em uma caixa de aço de ferro fundido, ou de bronze, com os bocais para tubulaçoes Equipamentos Estáticos Permutadores de Calor 4.1 Introdução O permutador de calor é um equipamento onde dois fluidos, com temperaturas diferentes, trocam calor através de uma interface metálica. No processamento de uma Refinaria de Petróleo, o permutador de calor é empregado não só para economizar calor, mas também para atender às necessidades de processo. De acordo com o fim a que se destina, este tipo de equipamento pode ser enquadrado conforme a seguinte classificação geral: a) Aquecimento a.1. – Aquecedor Quando aquece o fluido do processo por meio de vapor de água ou outro meio qualquer (Figura 4.1). Vapor 10 kg/cm 2 4 a.3. – Gerador de Vapor Quando gera vapor d’água, aproveitando calor de um líquido quente proveniente do processo (Figura 4.3). Vapor d’água saturado Tambor de Separação Fracionadora Figura 4.3 – Gerador de vapor da unidade de craqueamento catalítico fluido. TIC NaOH Condensado Figura 4.1 – Aquecedor de regeneração de soda. b) Resfriamento b.1 – Resfriador Quando resfria fluidos do processo através da utilização de água como meio de resfriamento. O abaixamento de temperatura dos líquidos a serem armazenados evita as perdas de produtos leves (Figura 4.4). Resfriador a.2. – Refervedor Quando vaporiza um líquido por meio de vapor d’água ou outro fluido quente. Utilizado para prover calor às torres de destilação, vaporiza parte do produto de fundo (Figura 4.2). Vapor Querosene para tanque Água de Refrigeração Figura 4.4 – Resfriador de Querosene. Torre de Separação Butano Refervedor Condensado Figura 4.2 – Refervedor de Torre de Separação. b.2 – Condensador Quando condensa um fluido pelo uso de água como fluido refrigerante. Empregado para recuperação de vapores 25 de colunas de destilação, bem como para condensação do vapor exausto de turbinas, reduz a pressão de descarga das mesmas (Figura 4.5). Equipamentos Estáticos Condensadores Torre Chicanas – orientam o fluxo do casco, de forma a manter os tubos na posição desejada e evitar que sofram esforços de reflexão; Água de Refrigeração Espaçadores – mantêm o conjunto de chicanas em posição. 1. 2. 3. 4. Casco Carretel Tampa do Carretel Espelho 2 5. Chicanas 6. Espaçador 7. Tubos Figura 4.5 – Condensador de torre de destilação atmosférica. b.3 – Resfriador a ar Quando resfria vapores ou líquidos, passando por feixes de tubos tipo serpentina e usando corrente de ar impulsionada por pás movidas a motor elétrico (Figura 4.6). Ar 4 1 3 3 4 5 6 7 2 Figura 4.8 – Permutador de espelhos fixos. M Figura 4.6 – Resfriador a Ar. c) Intercambiadores Quando há troca de calor entre dois fluidos do processo. Executa dupla função: aquece um fluido por meio do uso de outro mais quente que se resfria. Não há perda de calor (Figura 4.7). Querosene Petróleo Diesel Gasóleo Supondo um fluido quente passando pelo lado dos tubos e um fluido frio passando pelo lado do casco ( Figura 4.9). O fluido quente entra através de um carretel, enquanto o fluido frio entra pelo bocal inferior do casco, percorre o caminho determinado pelas chicanas e sai do permutador pelo bocal superior. O fluido quente, ao percorrer os tubos, cede calor, através da interface metálica, ao fluido frio que percorre o casco. Considere T1 – temperatura de entrada do fluido quente; T2 – temperatura de saída do fluido quente; t1 – temperatura de entrada do fluido frio e t2 – temperatura de saída do fluido frio. Tem-se que T1 T2 e t1 t2 em virtude do processo de troca de calor sensível, entre os fluidos, ocorrido dentro do permutador. t2 T2 Figura 4.7 – Aquecimento de petróleo. 4.2 Descrição Geral 4.2.1 Permutador de Espelhos Fixos A Figura 4.8 mostra um exemplo de permutador de espelhos fixos, cujas partes essenciais são: Casco – parte externa central do permutador; Carretéis e tampas dos carretéis – partes externas extremas do permutador; 26 Feixe Tubular – constituído de espelhos que mantêm os tubos na posição desejada. Neste tipo de permutador, os espelhos são soldados ao casco e servem também como flanges aos quais os carretéis são parafusados; t1 T1 Fluido quente Figura 4.9 – Fluxos no casco e no feixe. Fluido frio Equipamentos Estáticos Saída tubos Entrada casco Vent (suspiro) Orifício para instrumento Tampa do Carretel carretel Entrada tubos Casco Flange do Saída casco casco Tampa do casco (boleado) Figura 4.10 – Permutador de Calor (vista externa). Espelho Flutuante Feixe de tubos Chicana O permutador da Figura 4.9 é de uma passagem no casco, já que o fluido frio percorre o mesmo uma só vez. Este tipo de casco é o mais comum em refinarias de petróleo, embora sejam utilizados também os de duas passagens no casco, os de fluxo divididos por defletores e os demais tipos apresentados na Figura 4.14. Evidentemente, cada um deles apresenta aplicação e interesse específicos. Espelho fixo Chapa defletora Casco de uma pasagem Casco de duas passagens com chicana longitudinal Chapa defletora Tampa do flutuante Chapa quebra jato ou chapa de sacrifício Carretel Casco com fluxo bifurcado Figura 4.11 – Permutador de Calor (vista interna). Casco com duplo fluxo bifurcado A função das chicanas é acarretar turbulência no fluido que percorre o lado do casco (Figura 4.12). Este estado de turbulência resulta em maior eficiência na troca de calor. Casco com fluxo dividido Refervedor tipo caldeira Figura 4.14 – Tipos de Casco. Perfurações Casco Figura 4.12 – Detalhe das chicanas. Quando os dois fluidos percorrem o permutador na mesma direção, diz-se que estão em paralelo; quando em direções opostas, como apresentado na figura 4.9, diz-se que estão em contra-corrente Este último é o fluxo normalmente utilizado. A Figura 4.13 mostra os perfis de temperatura de dois fluidos em paralelo e em contra-corrente ao longo do permutador. No fluxo em contra-corrente, a temperatura do fluido frio pode ultrapassar a menor temperatura do fluido quente, o que não pode ocorrer no fluxo em paralelo. Contra-corrente nte que o id Flu frio ido Flu Extensão Figura 4.13 – Perfis de temperatura. Temp. T1 t2 T1 De maneira análoga, o permutador apresenta uma passagem nos tubos, pois estes se constituem em uma única seção de passagem. É comum permutadores que apresentam várias passagens nos tubos, com divisões nos carretéis que encaminham o fluido dentro dos tubos, formando os passes. A Figura 4.15 mostra os arranjos dos divisores de passes para diversos números de passagens. Números crescentes de passes, tanto nos tubos como no casco, determinam uma velocidade maior dos fluidos, o que favorece a troca térmica. Nos permutadores de espelhos fixos, o lado externo dos tubos é inacessível à limpeza mecânica e inspeção, por isso são utilizados apenas quando o fluido do lado do casco é limpo e não há problemas de corrosão. Espelhos de entrada de retorno 2 Passes Permutador Esquema dos passes Temp. Paralelo Flu ido quente T2 t1 t1 Flu ido frio T2 t2 4 Passes 27 Extensão 6 Passes Figura 4.15 – Divisores de passes. Equipamentos Estáticos 4.2.2 Permutador de tampa flutuante Este permutador, apresentado na Figura 4.16, é de feixe removível. De um lado, o feixe tem espelho fixo parafusado entre os flanges do carretel e do casco. Do outro lado, o espelho flutuante é fixado entre a tampa do flutuante (que caracteriza o permutador) e o anel bipartido. O casco é fechado por meio da tampa do casco. A remoção do carretel, da tampa do casco e da tampa flutuante permite a retirada do feixe pelo lado do espelho fixo. Este tipo de permutador permite limpeza mecânica e inspeção do lado externo dos tubos, já que o feixe pode ser removido, além disso não apresenta dificuldades decorrentes de dilatação diferencial entre o feixe tubular e o casco. 4.3 Materiais Usados em Permutadores de Calor A “Tubular Exchanger Manufactors Association” (TEMA) publica normas para projeto e construção de permutadores de casco e tubo. Estas especificações servem para três classes de permutadores: Classe R, para condições severas de processamento de petróleo e produtos químicos, serviços rigorosos, em que se deseja obter segurança e durabilidade; Classe C, para condições moderadas de operação, tendo em vista a máxima economia e o mínimo tamanho, condizentes com as necessidades de serviço; Classe A, para condições severas de temperatura e fluidos altamente corrosivos. Os materiais especificados para tubos e cascos são: a) Tubos Podem ser lisos ou aletados. Os tubos lisos, padronizados em 4 diâmetros (3/4", 1", 1 1/4" e 1 1/2"), são mais comumente encontrados na indústria. Os tubos aletados aumentam a troca de calor devido ao aumento da área externa de troca, porém, acarretam maior perda de pressão no lado do casco (Figura 4.18). Figura 4.16 – Permutador de Tampa Flutuante. 4.2.3 Permutador de Tubos em “U” O permutador com tubos em “U”, mostrado na Figura 4.17, possui um feixe constituído de tubos curvados em forma de “U” e mandrilados ao espelho. Os tubos podem expandir-se livremente, o que elimina, neste tipo de permutador, a necessidade de: espelho flutuante, tampa flutuante, um dos flanges do casco e a tampa do casco. O menor raio de curvatura sem deformar o diâmetro externo dos tubos determina a omissão de alguns tubos no centro do feixe. Neste tipo de permutador, o feixe de tubos pode ser removido do casco para limpeza e inspeção da área externa dos tubos. O fluido que escoa no lado dos tubos deve ser limpo, para evitar sujamento excessivo dos mesmos. Figura 4.18 – Tubos Aletados. Os materiais utilizados obedecem às especificações mínimas para uma determinada aplicação: aço carbono, normalmente utilizado para meios agressivos; aços ligas, latões, bronzes, ligas de alumínio e duplex, utilizados em diversos meios corrosivos. b) Casco Pode ser construído a partir de tubos com até 24" de diâmetro nominal, ou, de chapas calandradas e soldadas a partir de 13" de diâmetro. Fabricado normalmente em aço carbono, no entanto também podem ser feitos em aço liga e ligas de alumínio quando de tubo,e em aço liga, ligas de níquel e ligas de cobre quando de chapa. 28 Figura 4.17 – Permutadores de Tubos em “U”. Equipamentos Estáticos 4.4 Escolha do Fluido O permutador já está construído para receber determinados líquidos nos tubos e no casco. Não há regras fixas que estabeleçam qual tipo de fluido deve passar pelos tubos. Evidentemente, a escolha do fluido que passa pelos tubos ou pelo casco deve atender às melhores condições para o processo, menor custo de construção e fácil manutenção. De uma maneira geral, passam pelos tubos: a) Fluidos mais sujos Com depósitos, coque, sedimentos, catalisadores, etc. É mais fácil remover a sujeira dos tubos do que do casco. b) Fluidos mais corrosivos Além de ser mais econômico usar tubos resistentes à corrosão do que um casco com a mesma propriedade, é mais fácil substituir tubos furados do que casco. c) Fluidos com maior pressão Porque o casco tem menor resistência em virtude do seu maior diâmetro. d) Fluidos menos viscosos A menos que a perda da pressão deva ser muito baixa. e) Água de resfriamente Por facilidade de limpeza. f) Fluidos de menor vazão volumétrica, em vista do casco oferecer mais espaço. Entre líquidos de propriedades semelhantes, devem passar pelos tubos aqueles de maior pressão, maior temperatura e os mais corrosivos. 4.6 Operação 4.6.1 Normas de Operação a) Condições de Segurança A temperatura e a pressão limites, em que devem trabalhar os tubos e o casco, especificadas do permutador, não devem ser ultrapassadas. Assim, nos resfriadores, a temperatura de saída da água não deve exceder de um certo valor (50ºC) para evitar deposição de sais. b) Aquecimento e resfriamento Tanto na partida como na parada, os permutadores de calor devem ser aquecidos ou resfriados lentamente. Isto é particularmente importante quando as temperaturas de operação são elevadas. A rápida entrada de um líquido à alta temperatura pode provocar desigualdades de expansão nos tubos, causando vazamentos nos mesmos e deformação do feixe. c) Partida e Parada Na partida, entra primeiro o fluido mais frio. Se o fluido mais frio está ligeiramente quente, deixa-se o mesmo, então, entrar lentamente. Quanto mais quente o fluido, mais lenta deve ser a sua penetração no permutador de calor. Na parada, bloqueia-se primeiramente a entrada do fluido mais quente. Se isto não for observado, podem ocorrer vazamentos nos tubos. d) Suprimento de água Falhas no suprimento de água para um resfriador podem trazer sérias conseqüências. Quando o fluido a resfriar é muito quente, a interrupção da água provoca um grande aquecimento do equipamento. Se a água voltar, então, a circular, haverá um resfriamento brusco do permutador. Esta mudança rápida de temperatura afrouxa parafusos e abre as juntas. É necessário, portanto, um fluxo contínuo de água para um resfriador. e) Condensado Deve-se sempre drenar a água de um refervedor ou aquecedor para evitar o fenômeno chamado martelo hidráulico, que ocorre conforme descrito a seguir: Suponha água acumulada nos tubos do refervedor. Abrindose a válvula do vapor d’água, este vai condu- 29 zir a água a uma grande velocidade até encontrar um obstáculo, onde provoca um grande choque. Este impacto severo, o martelo hidráulico, pode causar ruptura do material. 4.5 Instrumentação do Permutador de Calor A instrumentação varia com a finalidade do permutador no processo. Assim, instrumentos medidores de temperatura, vazão e pressão podem ser encontrados nas tubulações de entrada ou saída de um permutador, de acordo com as necessidades de controle do processo. É regra geral que, num resfriador ou em um conjunto de resfriadores, deve haver um indicador de temperatura (Thi). Equipamentos Estáticos 4.6.2 Causas de Perda de Eficiência a) O permutador está sujo e não há troca eficiente de calor. b) A tubulação ligada ao permutador não dá a vazão para qual o aparelho foi projetado. c) As condições de operação diferem daquelas para as quais o permutador de calor foi projetado. solução desagrega os resíduos, o que permite a remoção dos mesmos, e o inibidor impede o ataque do metal pela solução. Após a limpeza, é feita a neutralização mediante tratamento com uma solução alcalina fraca, seguido de abundante circulação de água. Evidentemente, o permutador de calor, não precisa ser desmontado. d) Limpeza mecânica Neste caso, o permutador precisa ser desmontado. O pessoal de manutenção retira a tampa do carretel, a tampa do casco e a tampa flutuante. Camadas de graxa, lama e sedimentos frouxos podem ser removidos dos tubos por meio de arames, escovas ou jatos d’água. Se os sedimentos internamente aos tubos estão muito agregados, entupindo-os, então são usadas máquinas perfuratrizes. Estas constam, essencialmente, de um eixo metálico que, girando dentro dos tubos, expulsa os detritos. 4.7 Manutenção 4.7.1 Limpeza A eficiência do permutador de calor depende da limpeza dos tubos. Durante a operação, depósitos de sais, ferrugem, coque, areia, pó de coque, folhas, fibras vegetais, camadas de graxa, corpo de micro-organismos, etc. acumulam-se dentro e fora dos tubos, o que prejudica a troca de calor e também aumenta a queda de pressão do fluido. O permutador de calor que durante a operação tem sua eficiência reduzida deve ser limpo durante a parada da unidade seja limpo e inspecionado, desde que não tenha flexibilidade de parar durante a campanha. Entre os vários processos de limpeza do permutador de calor, podem ser citados os seguintes: a) Limpeza por água em contra-corrente É utilizada em condensadores e resfriadores que utilizam água salgada não tratada como fluido refrigerante. O processo consiste em inverter o fluxo d’água nos tubos, com o equipamento em operação, possibilitando a remoção dos detritos frouxamente agregados aos tubos, através de dreno apropriado. b) Limpeza por vapor Para limpeza por este processo, o permutador de calor é retirado de operação, embora não precise ser desmontado. Passa-se vapor pelo casco e pelos tubos, de forma a entrar por um respirador e carregar a sujeira por um dreno. Este método é eficiente para remover camadas de graxa ou depósitos agregados frouxamente nos tubos e no casco do permutador (“Steam out”). 4.7.2 Testes de Pressão Após a parada para inspeção e manutenção dos permutadores de calor, há necessidade de submetê-los a teste de pressão a fim de verificar a resistência mecânica das juntas soldadas, da mandrilagem dos tubos e a estanqueidade dos dispositivos de vedação. Os testes de pressão são efetuados com água, porém, quando isto não for possível, poderá ser feito o teste pneumático. No teste do casco, poderão, em geral, ser localizados os seguintes vazamentos: – Mandrilagem dos tubos; – Junta entre casco e espelho fixo; – Tubos; – Casco e suas conexões. O teste do feixe de tubos permite, geralmente, localizar vazamentos nos seguintes pontos: – Junta da tampa do carretel; – Junta entre carretel e espelho fixo; – Junta da tampa flutuante; – Carretel, sua tampa e conexões; – Tampa flutuante. Nas figuras 4.19 a, b e c e 4.20 a e b, são apresentados os testes efetuados em permutadores de tampa flutuantes e de tubos em “U”. 30 c) Limpeza química O processo de limpeza química consiste na circulação, em circuito fechado, no lado dos tubos e no lado do casco, de uma solução ácida adicionada de um inibidor de corrosão. A Equipamentos Estáticos Casco pressurizado 01. 02. 03. 04. 05. 06. 07. 08. 09. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 25 5 Figura 4.19 – a) Teste do Casco ou 1º teste. Tubos pressurizados Figura 4.19 b) Teste do Feixe Tubular ou 2º teste. Casco pressurizado Carretel; Tubos em “U”; Flange de Cabeça Fixa; Tampa do Carretel; Bocal; Espelho Fixo; Tubo; Casco; Tampa do Casco; Flange do Casco; Tirante; Bocal do Casco; Flange da Tampa do Casco; Espelho Flutuante; Tampa do Flutuante; Flange do Flutuante; Anel Bipartido do Flutuante; Conexão para Suspiro (vent); Conexão para Dreno; Conexão para Instrumento; Berço de Apoio; Alça para Suspensão; Colarinho de Reforço; Pescoço do Bocal; Chicana Transversal; Chicana Longitudinal; Defletor. 3 26 12 21 7 11 8 11 28 10 18 19 22 16 Figura 4.19 – c) Teste da Tampa do Casco Boleado ou 3º teste. Figura 4.19 – Teste do Permutador de Tampa Flutuante. 21 23 27 4 3 1 20 26 6 24 29 10 21 14 9 15 10 19 28 21 12 13 21 26 17 5 Casco pressurizado 6 29 7 7 25 11 15 Figura 4.21 Figura 4.20 – a) Teste do Casco ou 1º teste Tubos pressurizados Figura 4.20 – b) Teste do Feixe Tubular ou 2º teste. Figura 4.20 – Teste do Permutador de Tubos em “U”. Figura 4.22 1 26 20 23 3 22 5 21 12 23 8 23 26 8 7 11 19 2 4. 8 Componentes dos Trocadores 4.8.1 Componentes Os números que seguem correspondem aos colocados nos círculos, das figuras 4.21, 4.22 e 4.23. 4 27 23 5 20 6 24 21 10 12 23 21 21 19 31 Figura 4.23 Equipamentos Estáticos Tanques 5.1 Finalidade Os tanques têm fundamental importância para o processamento de petróleo. Neles são estocadas as cargas para as unidades de processo e seus derivados. São utilizados também para estocar insumos para o processamento (óleo combustível, amônia, metanol, etc.). 5 2 1 1. Aquecedor Tipo Radiador 2. Suspiro São utilizados somente para os derivados de petróleo mais pesados (asfalto, gasóleo, óleo diesel, etc.) e para produtos químicos (soda cáustica, amônia, etc.). 5.2 Classificação quanto à função 5.2.1 Tanques de Armazenamento Destinados ao estoque de produtos de alimentação, produtos derivados e insumos à pressão atmosférica. 5. 2.2 Tanques de Resíduo Produtos fora de especificação ou provenientes de operações indevidas são enviados para estes tanques, onde aguardam o reprocessamento. Figura 5.1 – Tanque de teto fixo. 5. 3.2 Tanques de Teto Flutuante Os tanques de teto flutuante são utilizados para armazenamento de produtos com frações leves (petróleo, naftas, gasolinas, etc.) (Figura 5.2). O teto flutuante no produto armazenado evita a formação de espaço com vapor. 12 7 5 6 2 4 1 3 10 9 5.2.3 Tanques de Mistura Usados para obtenção de misturas de produtos, ou produtos e aditivos. Exemplo: – Tanques de gasolina; – Tanques de soluções cáusticas. 5.3 Classificação quanto ao tipo de teto Quanto ao tipo de teto, os tanques são classificados em: – Tanque de teto fixo, e – Tanque de teto flutuante. 8 M 11 01. 02. 03. 04. 05. 06. 07. 08. 09. 10. 11. 12. Teto Flutuante; Flutuador; Pé de Apoio do Teto; Dreno do Teto; Câmara de Vedação; Escada Móvel do Teto; Anel de Reforço do Costado; Agitador; Indicador de Nível (Li); Bóia; Dreno Tipo Sifão; Tubo para Medição 5.3.1 Tanques de Teto Fixo Normalmente, possuem uma estrutura de sustentação do teto que varia em função do 32 tamanho do mesmo. O tipo de teto fixo mais utilizado em refinarias de petróleo é o de teto cônico (em forma de um cone voltado para cima com o vértice no centro) (Figura 5.1). Figura 5.2 – Tanque de Teto Flutuante. Equipamentos Estáticos 5.4 Acessórios Os tanques possuem diversos acessórios, entretanto, serão abordados apenas os principais, tendo sido os demais reservados para apostila específica. 5.4.5 Isolamento Térmico Sua finalidade, é diminuir a perda de calor nos tanques de produtos aquecidos. Normalmente, são isolados os tanques de asfalto e resíduos de vácuo, pois operam em alta temperatura. Raros são os tanques que utilizam isolamento térmico externamente em função do alto custo do investimento e da manutenção dos mesmo. 5.4.1 Respiração Alguns tanques pequenos de teto fixo possuem uma conexão com ou sem válvula, no teto aberta direcionado para atmosfera. Esta conexão visa evitar a formação de vácuo ou pressão durante as operações de recebimento ou envio e apresenta uma tela para evitar a entrada de chama ocasional. 5.4.6 Sistema de Medição Este sistema consta de uma bóia que flutua com o nível do produto, ao longo de dois fios que servem como guia. O centro da bóia é ligado a uma trena, que, após passar por uma série de roldanas, apresenta a leitura direta num visor colocado externamente no tanque. Os tanques da área de transferência e estocagem normalmente, são dotados do sistema de “TELEMETRIA”. Este sistema é o mais moderno e possibilita a leitura, à distância, do nível e da temperatura do produto. A medição deve ser feita com toda a precisão, pois um erro de milímetros, pode representar uma diferença bastante significativa no volume. A aferição desses sistemas é feita por meio de trena, a prumo, que se faz descer manualmente através do tubo de medição. Nesse caso, usa-se uma pasta especial que acusará uma marca bem clara da interface água-hidrocarboneto. 5.4.2 Válvula de Pressão e Vácuo Seu uso é obrigatório em tanques de teto fixo. Tem a função de evitar a formação de vácuo ou pressão alta durante as operações. Nestes tanques, o vapor está em equilíbrio com o líquido. À noite, com a redução da temperatura, há entrada de ar, enquanto, durante o dia, essa válvula propicia a saída de ar + vapores devido à elevação da temperatura. Alguns tanques pequenos de teto fixo, possuem um sistema que evita a formação de vácuo. Esse sistema é usado, quando há possibilidade de formação de mistura explosiva dentro do tanque, devido à pequena quantidade de vapores de hidrocarbonetos. Normalmente, esses tanques armazenam produtos não inflamáveis, que, no entanto, podem estar contaminados por pequenas quantidades de hidrocarbonetos. 5.5 Diques A finalidade do dique é conter um possível vazamento grande, com ou sem incêndio, evitando dessa forma que se alastre para outras áreas. Por norma de segurança, todos os tanques destinados a armazenar produto inflamável, tóxico ou químico são dotados de diques. O volume do dique tem que ser, no mínimo, igual ao do tanque. 5.4.3 Agitador Dispositivo cuja finalidade é movimentar o produto, a fim de homogeneizar as misturas de petróleo, gasolinas, entre outras. Normalmente, essa homogeneização é feita pela agitação do produto, por meio de uma hélice, acoplada a um eixo acionado por um motor elétrico. Anotações 5.4.4 Sistema de Aquecimento Utilizado para aumentar a fluidez de alguns produtos de petróleo sujeitos a congelamento, em condições de temperatura ambiente. Esse aquecimento é feito através de serpentinas de vapor. 33 Equipamentos Estáticos Torres 6.1 Finalidades Servem para separar ou absorver componentes de misturas homogêneas. A separação é feita por meio da destilação, daí o nome de torre de destilação. A absorção é feita em torres absorvedoras, com finalidade de separar produtos corrosivos ou indesejáveis no produto final. Torres extrativas, retificadoras, fracionadoras, etc. 6 As retiradas laterais de produtos são possíveis, com a instalação de equipamentos internos que podem ser panelas ou calhas coletoras. Nafta pesada Querosene Diesel leve Diesel pesado Cru pré vaporizado Resíduo atmosférico Figura 6.1 – Esquema de uma Torre de Destilação Atmosférica. 6.2 Tipos Existem duas classes fundamentais de tipos de torres: – Torres de Pratos ou Bandejas; – Torres Recheadas. 6.2.1 Torre de Bandejas É composta de um casco cilíndrico vertical, com duas calotas, normalmente elipsoidais. No interior, são montadas as bandejas espaçadas umas das outras, em número variado de acordo com a função da torre (Figuras 6.1 e 6.2). A altura e o diâmetro da torre são desterminadas em função do volume dos vapores e dos líquidos. Nas torres de destilação, o líquido entra lateralmente na parte inferior, os produtos vaporizados sobem através das bandejas e borbulham num nível de líquido que se forma em cada bandeja. O líquido por sua vez, após a formação do nível, escoa por vertedores laterais ou centrais, formando-se assim duas correntes, uma descendente de líquido e outra ascendente de vapor e gases (Figura 6.2). Assim sendo, numa torre de destilação, à medida que os vapores de hidrocarbonetos vão subindo, borbulham no meio líquido e se condensam a uma determinada pressão e temperatura. A temperatura do líquido varia ao longo 34 de uma torre de destilação, diminuindo em direção ao topo da torre. Desta forma, as frações de hidrocarbonetos mais pesados condensam-se nas bandejas do fundo, enquanto as frações mais leves, nas bandejas do topo. Vertedouro Líquido descendo Dowcomer Vapores Figura 6.2 – Esquema de Funcionamento de uma Torre de Destilação. Equipamentos Estáticos Há diversos tipos de pratos ou bandejas, classificados quanto ao princípio de funcionamento em: 6.2.2 Bandejas com Borbulhadores As bandejas com borbulhadores consistem basicamente de uma chapa com furos, sobre os quais são montados os borbulhadores. O uso deste tipo é, atualmente, muito pouco encontrado, estando presente apenas em equipamentos, mais antigos (Figura 6.3). Prato Bobulhador Vertedor Figura 6.3 6.2.3 Bandejas Valvuladas Contêm furos nos quais são colocadas as válvulas (Figura 6.4), cuja abertura varia com o fluxo de vapor, de maneira a não permitir vazamentos de líquidos. Seu uso é cada vez maior devido ao baixo custo e alto rendimento. Válvula fechada Válvula aberta Figura 6.5 – Esquema de Bandeja Valvulada. Massa Aerada 6.2.4 Bandejas Perfuradas Vertedoro Válvula Orifícios Líquido Figura 6.4 – Borbulhador Tipo Válvula. Vapor O líquido que cai do prato superior forma nível na bandeja inferior, determinado pela altura do vertedor. O parâmetro altura do líquido é fundamental para que os vapores ascendentes possam borbulhar, caso contrário passariam direto pela válvula e o produto mais pesado não condensaria (Figura 6.4). 35 Figura 6.6 – Bandeja Perfurada. Equipamentos Estáticos 6.2.5 Bandejas Gradeadas São encontradas nas torres de extração líquido-líquido em contra-corrente. Extração líquido-líquido é a denominação empregada para qualquer operação em que um composto, dissolvido em uma fase líquida, é transferido para um outra fase também líquida. A unidade de desasfaltação a propano da Repar por exemplo utiliza torres extratoras gradeadas para extrair gasóleo (soluto) do resíduo de vácuo (solução), utilizando propano líquido como solvente (Figura 6.7) As bandejas gradeadas, constituídas por células de formato hexagonal, são arranjadas de modo a proporcionarem o máximo de contato, entre a carga e o solvente. Gasóleo (ODES) + Solvente Usa-se normalmente para retiradas de líquidos com função de refluxo, quando o volume circulante é muito grande (Figura 6.8). Vapor Figura 6.8 – Panela de Retirada Total. Vapor condensado b) Panela de Retirada Parcial Dá-se esse nome quando o líquido da panela transborda para a bandeja inferior. (Figura 6.9) Resíduo de vácuo Solvente Figura 6.9 – Panela de Retirada Parcial. Asfalto Figura 6.7 – Esquema de uma Torre Extratora. 6.3 Torres Recheadas São torres que contêm elementos de diversas formas ou recheios ao invés de bandejas, cuja finalidade é prover uma grade área que, em operação, funciona como superfície de contato entre líquido e vapor. Da mesma forma que nas torres de bandejas, os vapores são ascendentes e o líquido descendente. Este tipo de torre é utilizado para absorver, por exemplo, frações de H2S contidas nas correntes de gases. Faz-se uma contra-corrente na torre, com dietanolamina (DEA). Este 6.2.6 Panelas São dispositivos instalados nas torres com a finalidade de remover frações líquidas ao longo da torre de destilação. Estas retiradas podem ser parciais ou totais, para tanto os dis36 positivos são diferentes: a) Panela de Retirada Total Dá-se este nome quando o líquido da panela não transborda para a bandeja inferior. Equipamentos Estáticos líquido, ao descer, absorve o H2S contido no gás. Dessa forma, sai, no topo, o gás isento de H2S e, no fundo da torre, sai a DEA rica em H2S (Figura 6.10). Nos últimos anos, as refinarias têm substituído regiões com bandejas nas torres de vácuo, por leitos recheados, com a finalidade de reduzir a queda de pressão e aumentar, conseqüentemente, o rendimento do processo. Gás isento de H2S b) Cela de Intalox Figura 6.11b c) Anéis Vazados DEA Figura 6.11c d) Anéis Pall-Ring Gás + H2S DEA rica em H2S Figura 6.11d Figura 6.10 – Esquema de uma Torre Recheada. 6.3.1 Recheios Um bom recheio, deve possuir as seguintes características: – Apresentar grande superfície interfacial, entre líquido e vapor; – Ser quimicamente inerte para os fluidos processados; – Possuir boa resistência mecânica, a fim de evitar quebras; – Ser de baixo custo. Os recheios mais comumente usados são: Figura 6.11 a) Anéis de Rashig 6.3.2 Suporte de Recheio O suporte de recheio deve ser robusto, a fim de resistir ao peso do mesmo e aos esforços resultantes da circulação dos processos durante a operação. Entretanto, deve ter também uma grande área livre para permitir a passagem do líquido, sem causar inundação da torre. Os tipos mais usados, são: a) Grades de aço e b) Placas de aço perfuradas (Figura 6.12). 37 Figura 6.11a Figura 6.12 – Suporte de recheio. Equipamentos Estáticos Fornos 7.1 Utilização (dos fornos nas plantas de processo de petróleo) Nas refinarias de petróleos e indústrias petroquímicas, os fornos tubulares são incorporados ao processo com a finalidade de fornecer calor, produzido pela queima de combustíveis e transmitindo-o por radiação, convecção e condução ao fluido, que circula numa serpentina de tubos. Os fornos são equipamentos de grande importância nas plantas de processo, pois a utilização de chama proveniente da queima de combustíveis é ainda a melhor maneira de se aquecer grandes vazões de fluidos a altas temperaturas, ou fornecer calor para reações químicas. No primeiro caso, são denominados simplesmente “fornos” e, no segundo, “fornos reatores”. Em uma unidade de destilação, os fornos de aquecimento representam cerca de 20% do investimento total e, no caso dos fornos reatores, esta parcela é bem maior, pois constituemse em um dos principais equipamentos destas unidades. Cabe destacar a necessidade, cada vez mais acentuada, de melhor se conhecer os fornos, tendo em vista os crescentes custos dos óleos combustíveis, consumidos pelos fornos e ainda a de se manter a operação segura dos mesmos. Observa-se, ainda, que de toda a energia consumida por uma unidade média, 75 a 80% é obtido por meio de queima de derivados combustíveis nos fornos e caldeiras. 7 queima de uma quantidade suficiente de combustíveis através dos maçaricos instalados, normalmente, na base ou nas paredes laterais da câmara de combustão do forno ou zona de radiação. Os tubos são, geralmente, colocados próximo às paredes laterais e ao teto da câmara de combustão, onde o calor é principalmente transferido por radiação são também colocadas em outra região chamada de “câmara ou zona de convecção”, onde o calor é principalmente transferido por convecção. O ar necessário à combustão pode ser admitido no forno pela depressão (pressão negativa) reinante na câmara de combustão, devido à tiragem feita pela chaminé, ou através e ventiladores de tiragem forçada, quando o forno é dotado de pré-aquecimento de ar. A capacidade ou tamanho de um forno é traduzida pela carga térmica total que deve ser absorvida pelo (s) fluido (s). A grande maioria dos fornos situam-se na faixa de 10 a 350 milhões de Btu/h (2,5 a 90 x 106 kcal/h). 7.3 Classificação geral dos fornos 7.3.1 Quanto à utilização Fornos de Aquecimento Pré-aquecedores de carga de torres fracionadas Os fornos deste tipo são bastante comuns em unidades de processos. Típicos são os fornos das torres de destilação atmosférica e a vácuo. A carga usualmente líquida é pré-aquecida em trocadores de calor, a fim de se obter o melhor rendimento térmico da unidade, saindo do forno parcialmente vaporizada. Refervedores de torres fracionadas O fluido sai do fundo da torre de destilação, circula pelo forno e retorna, à torre, parcialmente vaporizado e ligeiramente aquecido. 7.2 Características gerais dos fornos O forno tubular é um equipamento projetado para transferir um fluxo de calor, de tal forma que se forem mantidas constantes a va38 zão e a temperatura de entrada, também será constante a temperatura de saída. É necessário gerar no forno, uma quantidade de calor que supra o processo e compense também as perdas. Este calor é gerado pela Equipamentos Estáticos Refervedores são encontrados em refinarias de petróleo, por exemplo, nas torres de pré-flash. Aquecedores de carga de reatores Os fornos deste tipo têm como objetivo elevar a temperatura da carga ao nível necessário para ocorrer a reação química em um reator a jusante do forno. Neste caso, enquadram-se, por exemplo, os fornos existentes em unidades de reforma catalítica, hidrocraqueamento e planta de produção de estireno. As condições de entrada e saída do forno variam muito, dependendo da aplicação. (Alguns projetistas possuem projetos “standards” para fornos radiantes de carga térmica até 10 x 103 Btu/h). Devido a isto, há muitas variações no “layout”, no projeto e no aspecto construtivo dos fornos. A principal classificação dos fornos tubulares é baseada na posição dos tubos na seção de radiação ou na forma da carcaça metálica externa, dando origem a fornos verticais ou horizontais. Os fornos verticais exigem menor área para construção e, em geral, levam a um menor investimento. 7.4.4 Cilindro vertical sem seção de convecção (Figura 7.1) Neste tipo de forno, os tubos são posicionados verticalmente ao longo da câmara de combustão de formato cilíndrico. Os queimadores são posicionados no piso do forno. São fornos de baixa eficiência, baixo custo, com cargas térmicas típicas na faixa de até a 20 x 106 Btu/h (5,0 x 106 kcal/h). Atualmente, estes fornos têm pequena aplicação devido a sua baixa eficiência contrapondo-se aos altos preços do petróleo. No entanto, podem ser utilizados em serviços de operação esporádica, como fornos de partida. O termo “all radiant”, também empregado para este tipo de forno, não é adequado, pois, embora o forno só possua zona de radiação, parte do calor total absorvido deve-se ao mecanismo de convecção, uma vez que o escoamento dos gases de combustão provoca as correntes de convecção, principalmente na região entre os tubos e a parede de refratários. 7.4 Fornos Reatores Nesta categoria de fornos, estão aqueles em cujas serpentinas ocorrem reações químicas. Geralmente, estes fornos são especialmente projetados em função de cada aplicação e seus projetistas procuram patenteá-los. Constituem-se em equipamentos de alto custo e tecnologia sofisticada. 7.4.1 Reformadores para unidades de hidrogênio e amônia A carga, geralmente, gás natural ou nafta, reage com vapor d’água, nos tubos do reformador, produzindo hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono. Geralmente, são fornos tipo caixa com tubos verticais cheios de catalisador. Um projetista usa, para estes reformadores, pressões na ordem de 500 psig (36 kgf/cm2) e temperatura de saída de 1.500 °F (815°C). 7.4.2 Fornos de pirólise A carga consiste em hidrocarbonetos saturados principalmente, que são aquecidos a altas temperaturas e baixas pressões produzindo hidrocarbonetos insaturados como etileno, propileno, butadieno, etc. As reações ocorrem em presença de vapor d’água. Estes fornos são geralmente do tipo caixa. As temperaturas de saída são da ordem de1.600°F (870°C), enquanto a pressão corresponde a cerca de 50 psig (4.5 kgf/cm2 abs.) 7.4.3 Quanto ao aspecto construtivo A padronização dos projetos de fornos é muito difícil devido à diversidade de aplicação requerida, o que acarreta a necessidade de se projetar cada forno para cada aplicação 39 Figura 7.1 Equipamentos Estáticos 7.4.5 Cilíndrico vertical com seção de convecção horizontal (Figura 7.2) Estes fornos possuem as seções de radiação e convecção. Na seção de radiação, os tubos são dispostos verticalmente ao longo da câmara de combustão, e, na seção de convecção, os tubos são arranjados horizontalmente e posicionados acima da câmara de combustão. Esta configuração permite um projeto econômico e altamente eficiente, com um mínimo de área de construção. As cargas térmicas típicas são de 10 a 200 x 106 Btu/h (2,5 a 50 x 106 kcal/h). Figura 7.3 7.4.7 Tipo Caixa com câmara de Combustão Independente (Figura 7.4) Os tubos da zona de radiação são arranjados horizontalmente ao longo da paredes laterais e dos tetos das duas câmaras de combustão. A zona de convecção fica situada na parte superior, com os tubos também na posição horizontal. A parede divisória permite um controle de combustão, independente das câmaras. Os queimadores são posicionados no piso do forno. É também um projeto econômico e com alta eficiência, que envolve cargas térmicas típicas de 100 a 250 x 106 Btu/h (25 a 65 x 106 kcal/h). Figura 7.2 7.4.6 Tipo de cabine com tubos horizontais (Figura 7.3) Nesta classe, enquadram-se a grande quantidade de fornos de aquecimento da atualidade. Os tubos são arranjados horizontalmente tanto na câmara de combustão, quanto no teto inclinado e na zona de convecção. Os queimadores podem ser colocados no piso ou nas paredes verticais não cobertas pelos tubos. Este é um projeto econômico, com alta 40 eficiência e bastante comum em unidades de processos, principalmente na destilação de petróleo. As cargas térmicas típicas variam de 10 a 200 x 106 Btu/h (2,5 50 x 106 kcal/h). Figura 7.4. Equipamentos Estáticos 7.4.8 Tipo Caixa com Queimadores nas Paredes (Figura 7.5) Os tubos de zona de radiação são arranjados horizontalmente ao longo das paredes laterais do teto da câmara de combustão. Os tubos da zona de convecção são também horizontais e posicionados acima da câmara de combustão. Os queimadores são montados nas paredes laterais não cobertas pelos tubos. As cargas térmicas típicas estão entre 5 e 50 x 106 Btu/h (de 1,25 a 12,5 x 106 kcal/h). Figura 7.6 7.5 Estrutura e carcaça metálica Obviamente, a finalidade da estrutura metálica de um forno é a de sustentar o peso do forno e, ainda, os esforços devido aos ventos. Os suportes dos tubos apoiam-se diretamente nas vigas. Observa-se que a estrutura não está sujeita às altas temperaturas dos gases de combustão, pois está colocada externamente aos refratários. As chapas que formam a carcaça metálica apóiam-se na estrutura e servem para sustentar os refratários (quando forem de fibra cerâmica ou concreto refratário) e garantir a estanqueidade do forno, não permitido a entrada do ar. Geralmente, são chapas de aço carbono 3/16"ou 1/4". Figura 7.5 7.6 Refratários 7.4.9 Tipo Cabine com Altar (Figura 7.6) Fornos iguais ao item n.º 7.4.6, porém possuem uma parede divisória de refratários (altar), que separa a câmara de combustão em duas células independentes, e permite, assim, melhorar a distribuição de calor ao longo da altura da câmara de combustão, bem como controlar individualmente cada célula. Os queimadores podem ser colocados nas paredes ou no piso, sempre inclinados para o altar. As cargas térmicas típicas variam de 20 a 100 x 106 Btu/h (5 a 25 x 106 kcal/h). Têm as seguintes finalidades: a) Isolar a câmara de combustão dos elementos estruturais; b) Irradiar o calor não absorvido pelos tubos para dentro da câmara; c) Evitar perdas de calor para o exterior; d) Evitar que os gases de combustão, que contêm compostos de enxofre, atinjam as chapas da carcaça metálica onde se condensariam formando ácidos corrosivos. Como facilmente pode-se deduzir, os ma- 41 teriais refratários empregados em um forno devem ter: a) Capacidade de resistir a altas temperaturas; Equipamentos Estáticos b) Resistência mecânica elevada; c) Resistência a erosão; d) Resistência a ataques químicos de ácidos, bases, metais, etc., que podem ser encontrados nos gases de combustão de óleos combustíveis. Os principais tipos de materiais refratários e isolantes são: – tijolos refratários; – concretos refratários; – fibras cerâmicas. 7.7 Tubos 7.7.1 Tubos de radiação Os tubos da seção de radiação são sempre lisos, pois a utilização de tubos aletados em uma seção em que as taxas de calor são muito elevadas provocaria a formação de pontos quentes nos tubos e acarretaria a falha prematura do material. O diâmetro varia de 2" a 8", entretanto 4" corresponde ao diâmetro nominal que, geralmente, leva à configuração mais econômica. O comprimento usual é de 10 a 20 m para os fornos com tubos horizontais. mecânica interna aos tubos dos fornos com fluidos sujeitos ao craqueamento. A limpeza através de vapor d’água e ar, permite usar curvas de retorno, de custo bem mais baixo que o cabeçote. Estas curvas de retorno são colocadas às extremidades dos tubos. A utilização de cabeçotes de retorno requer que estes sejam instalados externamente à câmara de combustão, para evitar altos fluxos de calor. A caixa que contém os cabeçotes é denominada caixa de cabeçotes. Quando se utiliza curva de retorno, estas podem localizar-se dentro da câmara. Na seção de convecção, utilizando cabeçotes ou curvas de retorno, recomenda-se usálos externos à câmara, em caixas de cabeçotes. Quando colocados inteiramente, favorecem a formação de caminhos preferenciais para os gases de combustão. Os raios das curvas de retorno são geralmente escolhidos de tal forma, que a distância centro a centro dos tubos seja de dois diâmetros nominais. 7.9 Suportes dos tubos São projetados para suportar: os pesos dos tubos e fluido, os esforços de atrito devido à dilatação térmica e do ∆T (gradiente de temperatura) ao longo de sua altura. Usualmente, são colocados espaçados em, no máximo, 35 diâmetros nominais ou 6 m. Fabricados a partir de materiais nobres, tais como ligas contendo 25% de Cr, e 20% Ni, ou ainda, ligas com 50% de Cr e 50% de Ni. Observa-se que os suportes não recebem qualquer resfriamento, como ocorre nos tubos que são “resfriados” pelo fluido em escoamento. As serpentinas verticais são simplesmente suportadas pelo topo e guiadas por pinos soldados às curvas de retorno ao fundo. 7.7.2 Tubos de Convecção Geralmente são aletados ou pinados, com a finalidade de se aumentar o coeficiente de troca de calor externo aos tubos. No Brasil, devido à utilização de óleos combustíveis pesados, a escolha recai nos tubos pinados, que apresentam menor tendência a reter cinzas em relação aos aletados. As duas primeiras filas de tubos de convecção são sempre lisas, por estarem sujeitas, também, à troca de calor por radiação. Os tubos que formam estas duas primeiras filas são denominados de “tubos de proteção” ou tubos escudos. Os diâmetros dos tubos de convecção são, geralmente, menores que os de radiação. Quanto ao arranjo, deve-se observar que, enquanto na radiação, procura-se espaçar os tubos para obter uma boa distribuição do calor; na convecção, procura-se aproximar os tubos, de maneira a obter uma alta velocidade 42 dos gases e, portanto, uma boa troca de calor. 7.10 Queimadores As funções dos queimadores são: liberar combustíveis e ar para a câmara de combustão; promover a mistura do combustível com o ar; dar condições para a contínua queima da mistura combustível-ar e, no caso de combustíveis líquidos, atomizar e vaporizar o combustível. 7.8 Curvas e cabeçote de retorno A utilização de cabeçotes de retorno mandrilados, tem como finalidade a aplicação de limpeza Equipamentos Estáticos 7.11 Chaminé e abafadores A Chaminé tem como finalidades: – Lançar os gases de combustão a uma altura tal, que provoque a dispersão dos mesmos, minimizando a poluição. – Fornecer a tiragem necessária, isto é, permitir que, por diferença de densidades, os gases, ao subirem, succionem o ar para a combustão. – Manter todo o forno em pressões levemente negativas, a fim de evitar fugas de gases pelas paredes, o que poderia aquecer a estrutura do forno. A função do abafador da chaminé é ajustar o perfil de tiragem do forno, controlando a tiragem na região diretamente abaixo da seção de convecção do forno. Os abafadores podem ser de folha única ou de folhas múltiplas, quando a chaminé tiver grandes diâmetros. São operados manualmente do solo, através de cabos. Em caso de grandes abafadores, é possível manuseá-los com operadores pneumáticos. 7.12 Sopradores de fuligem / ramonadores Os gases de combustão de óleo combustível, ao passarem pela região de convecção, geralmente formada por tubos pinados, tendem a formar depósitos que prejudicam notavelmente a transferência de calor. Os principais constituintes destes depósitos são: enxofre, vanádio, sódio e cinzas, Destes constituintes, as cinzas são os principais responsáveis pela alta taxa de deposição. O método mais usual de se remover, em operação, estes depósitos é o emprego de jatos de vapor d’água sobre a superfície dos tubos, através do uso de sopradores de fuligem. Anotações 43 Equipamentos Estáticos Caldeiras 8.1 Considerações gerais Na acepção ampla, caldeira é um trocador de calor que tem por finalidade a produção de vapor a partir de um fluido vaporizante e energia térmica. A energia térmica pode ser obtida através da queima de um combustível sólido, líquido ou gasoso ou por intermédio de resistências elétricas. As usinas termonucleares utilizam a fissão do urânio 235. No presente material, serão abordados apenas os geradores de vapor de água, doravante derivados de caldeiras. Em termos práticos, a geração de vapor é obtida através dos geradores de vapor propriamente ditos (caldeiras) e pelo aproveitamento de calor residual desenvolvido em alguns tipos de processos, como é o caso das refinarias de petróleo. 8 Chaminé Damper (controle de tiragem) Vapor saturado Nível Tubos de fogo Fornalha Saída de vapor Chaminé Existem vários tipos de caldeiras Flamotubulares, dentre as quais são destacadas a vertical (Figura 8.2) e a horizontal (Figura 8.3). Alim. de água Figura 8.2 – Caldeira Flamotubular Vertical. 8.2 Classificação das caldeiras As caldeiras podem ser classificadas conforme qualquer das características seguintes: uso, pressão de serviço, fonte de aquecimento, conteúdo nos tubos, tipo de fornalha, princípio de funcionamento, etc. Existem duas classes de geradores de vapor bem definidas: – Flamotubulares (tubos de fogo) e – Aquatubulares (tubos de água). Nível Fornalha Tubos de fogo Figura 8.3 – Caldeira Flamotubular Horizontal. 8.2.1 Caldeiras Flamotubulares São aquelas em que os gases quentes provenientes da combustão passam no interior dos tubos, ficando externamente aos tubos a água, como mostra a Figura 8.1. Gases quentes 44 Água vaporizada Tubo Figura 8.1. As caldeiras flamotubulares apresentam vantagens tais como: – construção fácil, com relativamente poucos custos; – são bastante robustas; – não exigem tratamento de água muito cuidadoso; – exigem pouca alvenaria. Como desvantagens das caldeiras flamotubulares, podem ser levantados os seguintes aspectos: – pressão limitada: máximo até 15 atm, devido à espessura da chapa dos corpos cilíndricos crescer com o diâmetro; – partida lenta, em função do grande volume de água; – pequena taxa de vaporização (produção de vapor por unidade de superfície de aquecimento); Equipamentos Estáticos – circulação deficiente de água; – oferecem dificuldades para instalação de superaquecedores economizadores e pré-aquecedores de ar; – pequena capacidade. O uso das caldeiras flamotubulares é bastante restrito (em pequenas indústrias, hospitais, hotéis, para aquecimento interno, etc.). 8.2.4 Classificação quanto à circulação – Circulação natural: a circulação de água através dos elementos tubulares é conseguida pela diferença de densidades existente entre os tubos geradores de vapor (“Risers”) “A” e os tubos economizadores (não vaporizantes ou “DOWN COMERS”) “B”, conforme ilustrado nas Figuras 8.5. e 8.7. Tambor de vapor Nível de água Vapor 8.2.2 Caldeiras Aquotubulares São aquelas em que as chamas e os gases de combustão envolvem os tubos, circulando água internamente nos tubos, conforme ilustra o esquema da Figura 8.4. Saída de vapor Gases de combustão Vapor + água Calor A Só água Maçaricos Água + vapor B Só água Tambor de água; ou de lama Descarga Água Figura 8.5 – Circulação natural. Figura 8.4. As caldeiras aquotubulares são usadas nos modernos projetos industriais, pois podem produzir grandes quantidades de vapor a elevadas temperaturas. A produção de vapor neste tipo de caldeira atinge até 750 ton/h, a pressões da ordem de 200 t. – Circulação forçada: A circulação de água é conseguida pela instalação de uma bomba no circuito. São normalmente caldeiras de alta pressão, devido a pequenas diferenças entre a densidade do vapor saturado e do líquido saturado, dificultando a circulação natural. Entrada Economizador 8.2.3 Classificação quanto à tiragem – Tiragem natural: O fluxo de gases (tiragem) é conseguido unicamente pela ação da chaminé devido à diferença de densidades ao longo da mesma, provocada pela diferença de temperatura dos gases de combustão. – Tiragem mecânica forçada: O fluxo dos gases é obtido através da instalação de um ventilador na linha de ar de combustão, forçando-o a entrar na câmara de combustão. A pressão na câmara de combustão deste tipo de equipamento normalmente é positiva. – Tiragem mecânica induzida: O fluxo dos gases é obtido através da instalação de um ventilador na saída dos gases, induzindo, assim, os gases a percorrer o gerador de vapor. – Tiragem mecânica balanceada: Instalam-se dois ventiladores, o de tiragem forçada vence as perdas de carga até a entrada da câmara de combustão, e o de tiragem induzida vence o restante das perdas de cargas. Saída Convecção Radiação Bomba Figura 8.6 – Circulação forçada. 8.3 Elementos principais de uma caldeira Uma caldeira, é, normalmente, constituída dos seguintes elementos principais: Figuras 8.5; 8.6; 8.7; 8.8. 8.3.1 Tubulão de vapor Tambor localizado na parte superior da caldeira, onde água e vapor saturado estão em equilíbrio, na temperatura de saturação correspondente à pressão do mesmo. 45 Equipamentos Estáticos 8.3.2 Tubulão de água Localizado na parte inferior da caldeira cheio d´água, normalmente, em dimensões menores do que o anterior. 8.3.3 Feixe convectivo É um feixe de tubos interligando os tambores de vapor e de água. A troca de calor com os gases quentes dá-se por convecção. 8.4 Paredes de água São paredes formadas por tubos, interligando os tambores de água e de vapor. As paredes de água (laterais, frontais, teto e fundo) geram um espaço vazio denominado “Câmara de Combustão”. Os itens de 3.1 até 3.4 constituem a caldeira propriamente dita, que é a parte responsável pela produção de vapor saturado. Saída Tambor de vapor Parede de água Água Mistura vapor + água Vapor saturado Vapor superaquecido Tambor de água As vantagens do uso do vapor superaquecido são basicamente duas: a primeira, é meramente contar com maior disponibilidade de energia, e a segunda, a mais importante, é o aumento de rendimento das turbinas, devido, principalmente ao maior salto entálpico disponível. O total de ganhos de calor ou energia, com vapor superaquecido é de aproximadamente 3% para cada 60°C de superaquecimento. O superaquecedor consiste em dois coletores, um de entrada e um de saída, ligados por um feixe tubular reto ou curvo, localizado perto ou logo acima dos espaços ocupados pelos elementos geradores de calor. Apesar dos vários tipos existentes, todos utilizam, como fonte de calor, os gases de combustão. O superaquecedor é um aparelho a que se deve dispensar cuidados especiais, a fim de que não se danifique. Por isso, deve ser protegido do calor excessivo da fornalha. Uma das proteções oferecidas ao superaquecedor é a “cortina d’água”, que é constituída por parte do feixe tubular da caldeira, que fica situado entre a fornalha e o superaquecedor. Mas apenas a “cortina d’água” não é proteção suficiente para o superaquecedor no acendimento das caldeiras. Na partida durante o acendimento de caldeiras com superaquecedores, a queima inicial deve ser baixa até que haja vaporização e conseqüentemente a circulação do vapor através do superaquecedor. A partir desse momento, pode-se elevar o grau de combustão gradativamente, obedecendo a uma curva de aquecimento, fornecida pelo fabricante, até atingir a pressão de trabalho. 8.5.2 Tipos a) Quanto à ligação ao gerador de vapor, os superaquecedores podem ser integrais, quando integrantes de caldeira, ou independentes, quando a fonte de calor é proveniente de uma fornalha independente. b) Quanto à transferência de calor, podem ser classificados em de radiação ou de convecção. Nos de radiação, a superfície do superaquecimento fica exposta diretamente às chamas, enquanto que os de convecção são protegidos pela cortina d’água, e a transferência de calor ocorre quando só gases passam pela superfície de superaquecimento. Figura 8.7 – Diagrama de circulação. 8.5 Superaquecedores 8.5.1 Generalidades Os equipamentos de acionamento a vapor são projetados para operar com vapor supera46 quecido. Para se conseguir vapores com estas características, são usados os superaquecedores, aparelhos destinados a elevar a temperatura do vapor saturado sem aumentar, no entanto, sua pressão. Equipamentos Estáticos 8.5.3 Fatores de influência operacional Além dos fatores construtivos, como localização e tipo de superaquecedor, uma série de fatores operacionais influenciam no grau de superaquecimento do vapor: – excesso de ar; – temperatura da água de alimentação; – taxa de vaporização; – título do vapor; – número de equipamentos auxiliares consumidores de vapor saturado. Quanto maior for o excesso de ar, mais elevado será o grau de superaquecimento, pois o excesso de ar reduz o calor e aumenta a velocidade dos gases na fornalha. Diminuindo a vaporização, aumenta o calor disponível por unidade de massa de vapor no superaquecedor de convecção. Um aumento na temperatura de alimentação, para o mesmo consumo do combustível, irá diminuir o superaquecimento, pois aumentará a taxa de vaporização, aumentando o volume de vapor no superaquecedor, para a mesma quantidade de calor disponível. Qualquer umidade que acompanhe o vapor saturado ao superaquecedor provoca oscilação no grau de superaquecimento; se por uma circunstância qualquer, houver um arraste para o superaquecedor, diminuirá o título do vapor, com conseqüente redução de superaquecimento. O pré-aquecedor que aquece o ar para temperaturas acima de 150°C proporciona uma economia de 5 a 10% de combustível. O pré-aquecedor de ar acelera a combustão em todas as cargas, melhora a combustão em baixas cargas e aumenta a eficiência. 8.6.2 Classificação Os pré-aquecedores podem ser classificados, de acordo com o princípio de sua operação, em: a) recuperativos e b) regenerativos. Nos pré-aquecedores recuperativos, o calor proveniente do gás de combustão é transferido para o ar através de uma superfície metálica. Nos pré-aquecedores do tipo regenerativo, o calor é transferido do tipo Ljungstron é um dos mais representativos. É constituído de um envólucro metálico isolado, no interior do qual gira um rotor inteiramente metálico, dividido em compartimentos (Figura 8.8). 8.6 Pré-aquecedores 8.6.1 Generalidades Pré-aquecedores são aparelhos destinados a aproveitar o calor dos gases de combustão para aquecer o ar necessário para combustão. A instalação ou não de um pré-aquecedor e o seu dimensionamento dependem de fatores econômicos e de engenharia. Os fatores econômicos mais importantes são: – custo original do equipamento; – custos de operação e – custos de manutenção. Os fatores de engenharia envolvidos são: – espaço; – características do combustível e – temperaturas desejadas para a entrada de ar e a saída do gás. Com os combustíveis comuns, em iguais condições de fornalha, a eficiência de uma caldeira como um todo aumenta de cerca de 2,5% para cada 50°C de queda na temperatura de saída do gás. Figura 8.8 – Pré-aquecedor do tipo regenerativo. 8.6.3 Corrosão O pré-aquecedor é o elemento que utiliza o calor do gás, após a sua passagem pela fornalha, superaquecedor e economizador, onde, portanto, a temperatura já é mais baixa. Como conseqüência, problemas como corrosão dos tubos, depósito de fuligem e cinzas nas superfícies de troca podem ocorrer. Furos de tubos, nos pré-aquecedores de recuperação, podem exigir um consumo extra de energia pelos ventiladores. 8.7 Economizadores O economizador é o aparelho que tem a finalidade de absorver o calor sensível dos gases de combustão, para aquecer a água de 47 alimentação de caldeiras. Assim, os gases, já com temperaturas mais baixas que na fornalha, cedem mais calor, resultando maior economia para o sistema. Equipamentos Estáticos Internamente, os economizadores (no caso de não ter havido eliminação dos gases) estão sujeitos à corrosão, devido ao oxigênio dissolvido e ao baixo valor de pH. Como a corrosão é muito menor na faixa de pH alcalino, é conveniente, muitas vezes, corrigir o pH da água de alimentação para 8 ou 9. Externamente, devido à baixa temperatura da água de alimentação, os tubos do economizador podem provocar a condensação da umidade dos gases de combustão, acelerando a corrosão. Quando isto acontece na presença de produtos de combustão de enxofre, a taxa de corrosão aumenta, à medida que a temperatura for reduzida. À medida que o teor de enxofre aumenta, o ponto de orvalho do gás também aumenta, agravando assim as condições de corrosão. Experiências mostram que a taxa de corrosão ácida pode ser reduzida a limites seguros mantendo a temperatura da água de alimentação acima de certos valores mínimos. 3 5 1 Maçaricos 2 Vapor saturado Ar 6 7 Dentre estes, destacam-se os queimadores de óleo combustível. 8.8.2 Distribuidor de ar O maçarico é o elemento que se destina a receber o óleo e atomizá-lo para o interior da fornalha. Consta da peça de ligação, onde penetram o óleo e o vapor; do corpo; que conduz o óleo e o agente pulverizador; e do bico ou pulverizador, colocado no corpo, na extremidade oposta à peça de ligação. A pulverização é conseguia com o auxílio de um agente pulverizador, que pode gerar comprimido, vapor d’água ou mecanismos de pulverização mecânica. Em suma, as finalidades do queimador são: – pulverizar o combustível; – misturar intimamente o óleo, já em névoa, com o ar; – manter as proporções entre o ar e o óleo. 8.8.3 Queimador de óleo combustível É provido de “DAMPER” ou “Registro” que regulam a entrada do ar fornecido do combustível através do Soparador de ar. 1 8 8.9 Ramonador (ou soprador de fuligem) Durante a operação normal da caldeira, verificam-se depósitos de fuligem nos tubos, resultantes da queima do combustível. Esta fuligem tem de ser retirada, pois atua como um isolante. Em vista disso, são instalados nas caldeiras, entre as fileiras de tubos, aparelhos destinados a limpar, periodicamente, o lado de fogo das caldeiras, removendo os depósitos de fuligem. Esta limpeza deve ser efetuada duas vezes por dia, no mínimo antes de qualquer parada da caldeira e sempre com a caldeira em operação, com cargas elevadas (para evitar explosões no percurso dos gases). O romonador é constituído, basicamente, de um tubo perfurado, ligado a uma rede de vapor (Figura 8.10). Alimentação de água (1) Tambor de vapor (2) Tambor de lama (3) Feixe tubular (4) Fornalha (5) Superaquecedor (6) Economizador (7) Pré-aquecedor de ar (8) Chaminé Figura 8.9 – Componentes principais de gerador de vapor. 8.8 Queimador É o conjunto de elementos com função de suprir o calor excessivo à geração de vapor, através da queima de combustíveis. Pode ser dividido em “queimador” propriamente dito e “distribuidor de ar”. 48 8.8.1 Queimador É o equipamento que prepara o combustível a ser queimado na caldeira. Existem queimadores de óleo combustível, queimadores de gás combustível e queimadores de CO (monóxido de carbono); Figura 8.10 – Soprador de fuligem. 8.10 Internos do Tubulão 8.10.1 Separadores de vapor São legítimos filtros de vapor, constituídos de chapas corrugadas, dispostas ao longo da tubulação, por onde o vapor saturado deve passar, antes de atingir as canalizações que o levarão ao coletor de entrada do superaquecedor. Têm a finalidade de reter as partículas líquidas ou sólidas arrastadas pelo vapor. Equipamentos Estáticos Vapor saturado Vapor + água Figura 8.11.b – Acessórios internos do tambor de vapor. 8.10.2 Ciclones São dispositivos destinados a produzir um retardamento temporário ao escoamento de um fluido, fazendo-o mudar de direção; em combinação com defletores de vapor do tipo “placa”, orientam os fluxos de vapor e da água. Observar os internos das figuras 8.11.a e 8.11.b. Vapor saturado 8.11 Válvulas 8.11.1 Válvulas de Bloqueio São válvulas colocadas em linha de água, combustível, ar e vapor, com a finalidade exclusiva de isolamento do sistema. 8.11.2 Válvula de Retenção Colocadas nas diversas linhas, com a finalidade de evitar o retorno do fluxo. 8.11.3 Válvulas de Controle Vapor + água Colocadas nas várias linhas com a finalidade de controlar o fluxo, quer automática, quer manualmente. 8.11.4 Válvulas de Segurança Água Vapor saturado Vapor + água São dispositivos que se destinam a descarregar, automaticamente, para a atmosfera, parte do vapor, quando a pressão na caldeira atingir certo limite, prevenido, assim, a criação de qualquer situação de insegurança. Das válvulas de segurança, exigem-se certos requisitos, tais como: – abrir e fechar a pressões determinadas; Figura 8.11.a – Acessórios internos do tambor de vapor. – abrir e fechar rapidamente sem trepidação e – vedar perfeitamente, quando fechada. Vapor saturado As válvulas de segurança estão colocadas no superaquecedor e tubulão superior, devendo abrir numa seqüência pré-determinada. 8.11.5 Válvulas de purga de superfície Vapor + água Instaladas numa tubulação, próxima ao nível de água no tubulão superior, destinamse a retirar, constantemente, uma quantidade 49 de água “concentrada”, a fim de manter a concentração de sais solúveis e de materiais em suspensão. Equipamentos Estáticos 8.11.6 Válvulas de purga de fundo Instaladas em tubos ligados aos tubulões inferiores e aos coletores, destinadas a reduzir as quantidades de sólidos e sais, que se depositam em forma de lama, no fundo das caldeiras. Somente devem ser dadas descargas de fundo com as caldeiras fora de operação ou em baixa carga. “Make-up”: é a porção de água introduzida no sistema da caldeira para compensar o condensado não retornado e as purgas efetuadas. “Blow-down”: é a descarga da água sob pressão para reduzir a concentração de sais na água da caldeira. Ramonagem: é a limpeza das superfícies externas dos tubos com sopro de vapor. Tiragem: é o fluxo de ar que supre a fornalha do oxigênio necessário à combustão e retira os gases resultantes. Tiragem forçada: é o fluxo de ar que supre a fornalha. Tiragem induzida: é o fluxo de gases retirados da caldeira. 8.11.7 Válvulas de “vent” Instaladas na parte superior do tubulão de vapor e dos superaquecedores bem como em outros pontos altos, para escape de ar, quando se enche a caldeira ou quando se dá partida. 8.12 Termos usuais em trabalhos de caldeiras Os termos usados nos serviços de caldeiras são muitos. Alguns dos mais importantes estão relacionados a seguir: Rendimento Específico: é a relação entre a massa do vapor produzido pela massa de combustível gasto. Rendimento térmico: é a relação entre o calor absorvido pelo vapor gerado e o calor desprendido pelo combustível queimado. Superfície de aquecimento: é o conjunto de superfícies metálicas, através das quais ocorre a transferência de calor entre o gás de combustão e a água ou o vapor. Capacidade d’água: é a quantidade de água que uma caldeira contém, com o nível normal de operação. Taxa de vaporização: é a produção de vapor por unidade de superfície de aquecimento. Capacidade: é a quantidade de vapor produzido por unidade de tempo. Tempo de vaporização: é o intervalo de tempo entre o acendimento e o momento em que a caldeira começa a produzir vapor, nas condições especificadas. Consumo: é a quantidade de combustível gasta por unidade de tempo. Pressão de regime: é a pressão normal de funcionamento de uma caldeira. Anotações 50 Pressão máxima: é a pressão máxima com a qual a caldeira pode funcionar. Temperatura de superaquecimento: é a temperatura do vapor na saída do superaquecedor. Equipamentos Estáticos No UnicenP, a preocupação com a construção e reconstrução do conhecimento está em todas as ações que são desenvolvidas pelos próreitores, diretores de Núcleos, coordenadores de Cursos e professores. Uma equipe coesa e unida, em busca de um só objetivo: a formação do cidadão e do profissional, que é capaz de atuar e modificar a sociedade por meio de suas atitudes. Preparar este cidadão e este profissional é uma responsabilidade que esta equipe assume em suas atividades no Centro Universitário Positivo, que envolvem, principalmente, as atividades em sala de aula e laboratórios, bem como a utilização contínua dos recursos disponibilizados pela Instituição em seu câmpus universitário. Esta equipe trabalha em três núcleos básicos da área de graduação Núcleo de Ciências Humanas e Sociais Aplicadas, Núcleo de Ciências Biológicas e da Saúde, Núcleo de Ciências Exatas e Tecnológicas além das áreas de pósgraduação e de extensão. O UnicenP oferece em seus blocos pedagógicos 111 laboratórios, clínicas de fisioterapia, nutrição, odontologia e psicologia, farmácia-escola, biotério, central de estagio, centro esportivo e salas de aula, nos quais é encontrada uma infra-estrutura tecnológica moderna que propicia a integração com as mais avançadas técnicas utilizadas em cada área do conhecimento. 51 Equipamentos Estáticos Principios Éticos da Petrobras A honestidade, a dignidade, o respeito, a lealdade, o decoro, o zelo, a eficácia e a consciência dos princípios éticos são os valores maiores que orientam a relação da Petrobras com seus empregados, clientes, concorrentes, parceiros, fornecedores, acionistas, Governo e demais segmentos da sociedade. A atuação da Companhia busca atingir níveis crescentes de competitividade e lucratividade, sem descuidar da busca do bem comum, que é traduzido pela valorização de seus empregados enquanto seres humanos, pelo respeito ao meio ambiente, pela observância às normas de segurança e por sua contribuição ao desenvolvimento nacional. As informações veiculadas interna ou externamente pela Companhia devem ser verdadeiras, visando a uma relação de respeito e transparência com seus empregados e a sociedade. A Petrobras considera que a vida particular dos empregados é um assunto pessoal, desde que as atividades deles não prejudiquem a imagem ou os interesses da Companhia. Na Petrobras, as decisões são pautadas no resultado do julgamento, considerando a justiça, legalidade, competência e honestidade. 52