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Apostila sobre vasos de pressão, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Material muito bom, com os tipos de vasos, descrição, caracteristicas, etc. Creditos ao autor

Tipologia: Notas de estudo

2010
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Compartilhado em 22/04/2010

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guilherme-augusto-de-oliveira-4 🇧🇷

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Baixe Apostila sobre vasos de pressão e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! 10 “ 12 13 14 15 VASOS DE PRESSÃO ÍNDICE INTRODUCÃO DEFINIÇÃO ..... APLICAÇÕES....... CLASSIFICAÇÃO DOS VASOS DE PRESSÃO... DESCRIÇÃO..... NOÇÕES SOBRE PROJETOS DE VASOS DE PRESSÃO .... SELEÇÃO DE MATERIAIS DE CONFECÇÕES DOS VASOS DE PRESSÃO .... RAZÕES PARA INSPEÇÃO CAUSAS DE DETERIORAÇÃO E AVARIAS... «14 PREPARATIVOS PARA INSPEÇÃO .... RESPONSABILIDADE PELA INSPEÇÃO...... TÉCNICAS DE INSPEÇÃO.... REPAROS E CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO .... FREQUÊNCIA E PROGRAMAÇÃO DE INSPEÇÃO..... REGISTROS DE INSPEÇÃO.. Eduardo Ferrer Santiago 1 INTRODUCÃO Os produtos químicos e petroquímicos a partir dos quais o homem obtém energia, matéria-prima para a elaboração de compostos, etc. não são encontrados na natureza na forma como precisam ser consumidos ou utilizados. Para chegar às suas características de consumo, o produto que o homem explorou e extraiu da natureza precisa sofrer na indústria uma série de processamentos, transformações e estocagem até a sua utilização. Na indústria, o processamento e estocagem de muitos produtos são feitos a pressões maiores ou menores que a atmosférica. Dessa maneira, são empregados recipientes fechados e com resistência para suportar pressões no seu corpo, assim como temperaturas que extrapolam o ambiente. Esses equipamentos, denominados “vasos de pressão”, por operarem normalmente sujeitos a pressão e/ou temperaturas elevadas, são considerados equipamentos de alto risco, por conterem grande quantidade de energia acumulada no seu interior. A faixa de variação de pressões e de temperatura de trabalho dos vasos de pressão é muito extensa. Existem vasos de pressão trabalhando desde o vácuo absoluto até cerca de 4.000Kg/cm? (- 400Mpa), e desde próximo zero absoluto até temperaturas da ordem de 1500ºC. Os vasos de pressão podem .ter grandes dimensões e pesos, havendo alguns com mais de 60m de comprimento de outros com mais de 200t de peso. 2 DEFINIÇÃO O nome vaso de pressão designa genericamente todos os recipientes estanques, de qualquer tipo, dimensões, formato ou finalidade, capazes de conter um fluido pressurizado. Dentro de uma definição tão abrangente inclui-se uma enorme variedade de equipamentos, desde uma simples panela de pressão de cozinha até os mais sofisticados reatores nucleares. 3 APLICAÇÕES Os vasos de pressão são todos os reservatórios destinados ao armazenamento e processamento (transformações físicas ou químicas) de líquidos e gases sob pressão ou sujeitos a vácuo total ou parcial. Podemos também definir os vasos de pressão como sendo todos os reservatórios, de qualquer tipo, dimensões ou finalidade, não sujeitos a chama, que contenham qualquer fluido em pressão manométrica igual ou superior a 1,02 kgf/cm? ou submetidos á pressão externa. Os vasos de pressão são empregados em três condições distintas: ” Armazenamento de gases sob pressão: os gases são armazenados sob pressão para que se possa ter um grande peso em um volume relativamente pequeno. ” Acumulação intermediária de líquidos e gases: isto ocorre em sistemas onde é necessária armazenagem de líquidos ou gases entre etapas de um mesmo processo ou entre processos diversos. Y” Processamento de gases e líquidos: Inúmeros processos de transformação em líquidos e gases precisam ser efetuados sob pressão. A construção de um vaso de pressão envolve uma série de cuidados especiais relacionados a seu projeto, fabricação, montagem e testes. Isto porque um vaso de pressão representa: * Grande risco: Normalmente opera com grandes pressões e temperaturas elevadas. Y Alto investimento: E um equipamento de custo unitário elevado. ” Continuidade Operacional: Deve-se operar por um máximo período possível em condições de segurança, sem a necessidade de parar o equipamento para manutenção, reduzindo os custos operacionais. a) Componentes estruturais * Casco O casco dos vasos de pressão tem sempre o formato de uma superfície de revolução. Quase todos os vasos, com raras exceções, tem o casco com uma das três formas básicas: cilíndricas, cônicas e esféricas, ou combinações dessas formas ( Figuras tipo de vasos de pressão). e Tampos São peças de fechamento dos cascos cilíndricos dos vasos de pressão. Os tampos podem ter vários formatos, dos quais os mais usuais são os seguintes: semi-elípticos, toro-esféricos, cônicos, hemisférico e planos. A escolha do tipo de tampo é função de determinados fatores, como por exemplo: e Exigência de Serviço. * Diâmetro. e Pressão de Operação. Abaixo, as figuras ilustram os tipos mais comuns de tampos: A) Semi-elíptico B) Toro-esférico C) Hemisférico D) Cônico [o o Sa qts A TS PRAN Na DR VR O a: o 421 NS L Ê a] al É li E ALGUNS TIPOS DE TAMPOS PLANOS FLANGEGEGO — te a de | [rum nosmemo 4 - : ” VEZ af ES I JUNTA? T 77 4 | cume : | b) Abertura e Reforços Todos os vasos de pressão têm sempre várias aberturas com diversas finalidades. * Bocais * Sãoas aberturas feitas nos vasos para: * Ligação com tubulações de entrada e saída de produto. * Instalação de válvulas de segurança. e Instalação de instrumentos, drenos e respiros. Abaixo, seguem exemplos de instalação de bocais: (7) (2): ABERTURAS RADIAIS EMCASCO CILÍNDRIGO (7) ABERTURA INCLINADA EM CASCO CILÍNDRICO (1) ABERTURA EM CASCO CÔNICO (5) ABERTURA EM TAMPO 8 ELEVAÇÕESDE PEFERÊNCIADAS ABERTURAS Bocas de Visita e São as portas de acesso ao interior dos vasos. Na maioria dos casos as bocas de visita são construídas de modo similar a um bocal flangeado, sendo a tampa um flange cego. e Reforços e São componentes colocados nas aberturas de diâmetro maior, de forma a compensar a perda de massa resistente dessas aberturas. Podem ainda existir aberturas para permitir a ligação entre o corpo do vaso e outras panes do mesmo vaso; por exemplo, ligação a potes de drenagem. Abaixo, seguem exemplos de reforços nas aberturas: AMEL DECHARA, + aRFEDONDanO A) Com anel de reforço enaPADEMMOR ESPESSURA CHAPEDO CASCO j caro | AnnEDOND 90 B) Com chapa de maior espessura C) Com peça forjada integral c) Acessórios externos dos vasos de pressão Os vasos de pressão podem ter diversos tipos de acessórios externos, dentre os quais podemos citar como exemplo: Reforço de vácuo. Anéis de suporte de isolamento térmico externo. Chapas de ligação, orelhas ou cantoneiras para supoites de tubulação, plataformas, escadas ou outras estruturas. Suportes para turcos de elevação de carga. Turcos para as tampas de bocas de visita e outros flanges cegos. Vas as Abaixo, alguns exemplos de acessórios externos: esumonEIR A casco Pera composto I5DLAMENTO TEME DOU REVESTIMENTO A) Reforços para vácuo B) Suportes para isolamento térmico TaupoDO FuiDo PORGAS SOLDADAS |.” TU ALMENTE ESPEGÇAD PS C) Supoites para isolamento D) Orelhas para fixar no fimdo escadas om nlataformas d) Suportes Existem vários tipos de estruturas de suporte, tanto para vasos verticais como para horizontais. A maioria dos vasos horizontais são suportados em dois berços (selas), sendo que para permitir a dilatação do vaso, em um dos berços os furos para os chumbadores são ovalados. campânula que é colocada a parte cilíndrica; e de um sistema de fixação deste conjunto à bandeja, que pode ser composto de cruzeta e porca. As bordas das campânulas são recortadas ou providas de frestas. Ao redor dos borbulhadores circula a paite líquida dos produtos. Este líquido é mantido em determinado nível por um veitedor na descarga do prato. Este nível não deve ser tão alto que impossibilite a passagem de vapor, nem tão baixo que deixe passagem livre para os vapores sem borbulhar através do líquido, pois, como o nome indica, esta é a função dos borbulhadores. O contato das fases liquido e vapor pelo borbulhamento produz a ação de fracionamento. O liquido que sai do prato flui através de um conduto para o prato inferior, conduto este que pode ser um tubo, tubos ou simplesmente uma lâmina metálica vertical, próxima à parede da torre. ” Pratos perfurados Neste tipo de pratos os borbulhadores são substituídos por orifícios, os quais estão dimensionados de maneira a permitir a passagem dos vapores no sentido ascendente, sem deixar o líquido passar para baixo, isto calculado nas condições de projeto. Desta maneira o seu funcionamento fica amarrado às vazões de liquido e vapor próximas das de projeto. Este equipamento apesar de oferecer bom fracionamento possui as seguintes desvantagens: YA queda de pressão por prato é mais variável nas oscilações das cargas de vapor que nas de borbulhamento e isto, é claro, reduz a flexibilidade operacional. ” Se, por algum motivo a carga de vapor parar momentaneamente, o nível liquido dos pratos desaparecerá, pois escorre pelos furos, fato que torna mais demorado o seu retomo à operação normal. Abaixo, segue ilustração do esquema de funcionamento de pratos perfurados: --sesessané Monii — Orifícios Eni tt — | seasenanaans trt > Vapor ” Pratos de grade Neste caso a passagem do vapor se dá através de frestas existentes no prato, que toma então, o aspecto de uma grade. Y Pratos de válvulas É um aperfeiçoamento do tipo pratos perfurados. Contém furos nos quais são colocadas válvulas, que variam sua abertura com o fluxo de vapor, não permitindo vazamentos de liquido. Abaixo, a figura ilustra o funcionamento de pratos de válvulas: — SE Válvula fechada Válvula abeita 10 ” Chicanas Este tipo de torre não é empregado nos casos em que se deseja uma boa separação. São normalmente usadas em vasos, como tetificadoras ou evaporadores, e em sistema que possuem altas cargas de vapor e liquido. Em cestos casos pode-se instalar 3 a 5 chicanas em torres de borbulhamento onde a carga de vapor é extremamente alta. Abaixo, segue ilustração de uma torre com chicanas: 5.1.2 Torres com Recheio São semelhantes, externamente, às torres de prato, sendo que no interior, em lugar de pratos são colocados um ou mais tipos de recheios, cuja finalidade é prover uma grande área que, em operação, funciona como superfície de contato entre liquido e vapor. Da mesma forma que nas torres de prato os vapores são ascendentes e o liquido entra pela parte superior e é distribuído homogeneamente sobre o leito de recheio. Assim temos uma carga liquida descendente que contém algum ingrediente capaz de absorver as impurezas da carga de vapor que entra lateralmente na parte inferior da torre. O contato do liquido com o vapor é obtido através do refluxo que escoa pelas superfícies do material do enchimento, dos quais os mais usados são selas cerâmicas, pedra britada. Atualmente tem aparecido outros tipos de elementos de contato tais como anéis “Pall”, e grade “Glitsch” que proporcionam aumento significativo na área de contato e na eficiência. As desvantagens dessas torres em relação as de borbulhadores são: Y É de difícil limpeza, sendo necessário retirar os materiais de enchimento. Y Pode segregar as cargas, isto é, o líquido descer por um lado e o vapor subir pelo outro. Neste caso, desde que não haja bom contato entre líquido-vapor, a separação será deficiente. 5.1.2.1 Partes principais das torres recheadas Y Distribuidor de liquido - é importante que seja uniforme o fluxo de liquido através do recheio da torre. O líquido é introduzido no topo por borrifadores, pratos de borrifamento ou tubos perfurados. *” Recheio - os recheios mais comumente usados são: anéis de Rasching, anéis divididos internamente, selas de Berl, telas em varias camadas e lã de aço, etc. ” Suporte de recheio - o suporte do recheio deve ser robusto, a fim de resistir ao peso do mesmo e os esforços resultantes da circulação dos produtos durante a operação. Entretanto, deve ser também uma grande área livre a fim de permitir facilmente a circulação do líquido de modo a não causar inundação da torre. Os tipos mais usados são: > grades de aço > placas perfuradas de cerâmica q > placas de aço perfuradas > varias camadas de tela de aberturas grandes ou anéis de recheio grandes. Abaixo, segue ilustração de um equipamento com recheio: Saída de Vapor Demister ou Eliminador de névoa Distribuidor. (entrada de líquido) Grade limitadora de recheio Recheio a Grade suporte de recheio Região com vapor A] — Entrada de vapor Região com líquido Saída de líquido 6 NOÇÕES SOBRE PROJETOS DE VASOS DE PRESSÃO a) Pressão de operação É a pressão no topo de um vaso em posição de operação normal. A pressão de operação não deverá exceder à Pressão Máxima Admissível de Trabalho ( PMTA ) e será mantida a um nível relativamente inferior ao valor de abertura do dispositivo de alívio de pressão ( Válvula de segurança ou de alivio ). b) Temperatura de operação Para um determinado componente de um vaso de pressão e para uma certa condição de operação, a temperatura de operação será a temperatura da sua superfície metálica. c) Pressão de projeto É a pressão utilizada na determinação da espessura mínima permissível ou das características fisicas das diferentes partes de um vaso de pressão. A pressão de projeto deverá ser estabelecida considerando-se a condição mais severa de pressão e temperatura simultânea. Deve-se considerar a máxima diferença de pressão entre o interior e o exterior. d) Temperatura de projeto É a temperatura correspondente à pressão de projeto. A temperatura de projeto de um vaso de pressão está baseada na temperatura real da parede do vaso, levando-se em consideração o efeito de isolamento térmico interno, resfriamento pela atmosfera, etc. 12 Podemos listar alguns mecanismos de danos por corrosão, com perda de espessura, mais comuns: Corrosão a quente Corrosão atmosférica Corrosão biológica Corrosão em ponto de injeção Corrosão galvânica Corrosão de orgânicos com enxofre Corrosão pelo ácido fluorídrico Corrosão pelo ácido fosfórico Corrosão pelo ácido naftênico Corrosão pelo ácido sulfúrico Corrosão pelo solo Corrosão por “flue gas” Corrosão por ácido clorídrico VANVISISISISIAIVIAIVISSS Corrosão por água de resfriamento Corrosão pelo fenol / “NMP” Corrosão por águas ácidas (NH4HS) Corrosão por amônia Corrosão por cáustico Corrosão por cloreto / hipoclorito de sódio Corrosão por cloretos inorgânicos Corrosão por cloretos orgânicos Corrosão por CO, Corrosão por ponto de orvalho de “flue gas” Corrosão sob contato / sob depósito Oxidação por alta temperatura Perda de elementos de liga Sulfetação pelo H, / H;S VIVIA ISAVIAIVISSS Corrosão por água de caldeira / condensado 4 Corrosão sob isolamento / proteção contra fogo Outros mecanismos de danos por corrosão sob tensão, mais comuns são: Corrosão sob tensão por aminas Corrosão sob tensão por amônia Corrosão sob tensão por cloreto Corrosão sob tensão por carbonato VASS Y. Corrosão sob tensão por ácido poliotiônico Y. Corrosão sob tensão por ácido fluorídrico ” Corrosão sob tensão por caustico ”. Corrosão por fadiga 9.1 Tipos gerais de mecanismos de danos A tabela a seguir, mostra alguns dos tipos de danos mais comuns na indústria: Tipo de dano Descrição Perda de espessura ou de material Remoção de material de uma ou mais superfícies; pode ser geral ou localizada. Trincas superficiais conectadas Trinca conectada a uma ou mais trincas superficiais. Trincas subsuperficiais Trinca sob a superfície do metal. Formação de microfissuras / microvazios Fissuras ou vazios sob a superfície do metal. Alterações metalúrgicas Alterações na microestrutura do metal. Alterações dimensionais Alterações nas dimensões fisicas ou na orientação do metal. Empolamento por hidrogênio Formação de bolhas induzidas pelo hidrogênio em inclusões no metal. 9.2 Mecanismos de danos mecânicos A tabela a seguir, mostra alguns dos tipos de danos mecânicos mais comuns na indústria: Mecanismos de danos Tipos de danos Erosão por sólidos Perda de espessura Erosão por gotas Perda de espessura Cavitação Perda de espessura Desgaste por atrito Perda de espessura Fadiga Trincas superficiais conectadas, trincas subsuperficiais Fadiga térmica Trincas superficiais conectadas 15 Corrosão fadiga Trincas superficiais conectadas Ruptura por fluência e tensão Formação de microfissuras/ microvazios, trincas subsuperficiais, trincas conectadas, alterações metalúrgicas, alterações dimensionais. Trincas por fluência Formação de microfissuras/ microvazios, trincas subsuperficiais, trincas superficiais conectadas. Sobrecarga (colapso Alterações dimensionais, perda de espessura. plástico) Fratura frágil Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. 9.3 Mecanismos de danos metalúrgicos e pelo Ambiente Interno A tabela a seguir, mostra alguns dos tipos de danos mecânicos mais comuns na indústria: Mecanismos de danos Tipos de danos Fusão incipiente Formação de microfissuras / microvazios, trincas subsuperficiais, trincas superficiais conectadas, alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Esferoidização e Formação de microfissuras / microvazios, trincas subsuperficiais, trincas grafitização superficiais conectadas, alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Endurecimento Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Fragilização por fase Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. sigma Fragilização ao revenido Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Trincas de reaquecimento Trincas superficiais, alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Fragilização por Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. precipitação de carbonetos Carbonetação Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Descarbonetação Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. 9.3 Falhas de fabricação Os materiais usados na fabricação dos vasos de pressão podem conter descontinuidades no seu interior decorrentes da fabricação de lingotes, como por exemplo, dupla laminação, vazios, ou inclusões não- metálicas, as quais podem ter passado despercebidas por ocasião da inspeção de fabricação. Outras causas usuais de falhas de fabricação ocorrem na união dos componentes do vaso de pressão por soldagem, gerando descontinuidades tais como falta de fusão, falta de penetração, mordedura, trincas de fusão, inclusão de escória, porosidade, etc. 94 Causas desconhecidas de deterioração Como a corrosão e as diversas ciências que abrangem o estudo de análises de falhas têm suas bases científicas bem definidas, deve-se inicialmente a qualquer diagnóstico de mecanismo de deterioração esclarecer os mecanismos básicos do dano em questão. É comum que o inspetor se depare com mecanismos de deterioração não detectados ainda por ele, seja porque a sua unidade de processo modificou os parâmetros operacionais, ou mesmo porque tenha ocorrido eventos inesperados na operação da unidade. Nesses casos, aconselha-se que o inspetor não diagnostique precipitadamente uma falha como tendo uma causa desconhecida de deterioração, pois há uma grande chance de que se esteja diante de um mecanismo já documentado, mesmo que seja raro. E necessário que o inspetor se aplique na pesquisa 16 bibliográfica e recolha a opinião técnica de outros inspetores para determinar de forma fundamentada a real causa de deterioração do equipamento em questão. Não se afirma aqui que não existam mais fenômenos físicos, químicos, metalúrgicos ou mecânicos de degradação de materiais e equipamentos a serem descobertos, uma vez que se entende a ciência como desbravadora de novos campos sempre que se encontra algo inusitado. Apenas notamos que o avanço da mesma ocorre de forma gradual e que não se depara com novas descobertas diariamente em termos de inspeção de equipamentos. A preocupação vai no sentido de embasar o inspetor de equipamentos para que este se sinta seguro quando executar um estudo de falhas e não caia em descrédito ao afirmar constantemente que encontrou algo novo simplesmente porque ignorava o fenômeno deparado. A seguir apresentamos um roteiro que julgamos bastante abrangente e que, se não for completo, pelo menos apresenta um procedimento para estudo de análise de falhas que julgamos útil para o inspetor: 1º passo: determinar o material em análise quanto à: Y”. composição química; Y presença de impurezas; Y processo de fabricação; e Y tratamentos térmicos e mecânicos. 2º passo: discriminar o meio quanto à: *”. composição química de fluidos; ” temperatura; Y pressão parcial das fases presentes; ” pH;e Y existência de sólidos em suspensão. 3º passo: levantar as condições operacionais: Y histórico de variações de pressão; Y histórico de variações de temperatura; ” condições de imersão no meio; e Y movimento relativo entre material e meio. 4º passo: análise das evidências da falha: Y medição de propriedades mecânicas do material degradado, tais como dureza, tenacidade ao impacto, resistência à tração, etc.; análise química de resíduos de corrosão; análise metalográfica da região de falha; Voss existência de trincas; e Y medição de tensões residuais no material. 5º passo: análise das informações Y levantar bibliografia e efetuar pesquisa de falhas com características semelhantes; Y levantar possíveis mecanismos de deterioração; Y efetuar testes e exames adicionais para excluir as hipóteses do item anterior e encontrar o mecanismo que conduziu à falha; e 17 monitoramento não deve ser efetuado apenas próximo à entrada do equipamento, pois não medirá a concentração efetiva de gases no interior do equipamento. ”. Dispositivos Auxiliares A adequação da iluminação e os acessos aos locais de interesse da inspeção devem ser observados de modo a verificar necessidade de montagem de andaimes e/ou instalação de luminárias. Recomenda-se iluminação com uma tensão abaixo de 50V para evitar acidentes provenientes de choques elétricos. ” Sinalização A delimitação da área de trabalho e a colocação de avisos de prevenção devem ser identificadas e determinadas pelo responsável pela segurança industrial. 10.7 Segurança e proteção Individual do Inspetor ”. Documento de autorização de trabalho Recomenda-se que a entrada em local confinado para limpeza, inspeção ou manutenção seja efetuada após emissão de documento de autorização de trabalho por funcionário autorizado, mesmo que tenham sido observadas todas as etapas previstas para descontaminação. O inspetor deve informar-se com o emitente do documento de autorização de trabalho quanto aos riscos envolvidos, às características e precauções referentes aos produtos eventualmente presentes, aos riscos de alterações das condições da atmosfera do local confinado quando da remoção de crostas, borras, bem como quanto aos equipamentos de proteção individuais (EPI) requeridos. ” Equipamentos e medidas de segurança adicionais Apesar de observado todo o procedimento necessário para a descontaminação do local confinado, substâncias tóxicas, inflamáveis ou explosivas podem ser liberadas lentamente de resíduos sólidos aderidos às paredes. Assim, se o equipamento opera normalmente com fluidos de processos que não peumitam garantir a ausência de substâncias tóxicas no seu interior, para a entrada no local confinado, recomenda-se que o inspetor utilize: proteção respiratória; roupa especial de proteção: permanência de sentinela equipada para socorro; cinto de segurança tipo “pára-quedista” para resgate, com corda de salvamento de comprimento suficiente para permitir sua saída do local confinado. VNSS Após a interrupção de trabalhos, por qualquer motivo, antes do seu reinício, todos os procedimentos de monitoração devem ser repetidos. ” Sentinela de Emergência Aconselha-se não efetuar inspeção interna de um vaso de pressão sem a presença de uma sentinela. Independente do risco existente, para toda entrada em local confinado, é importante a presença de uma sentinela. A sentinela deve ser treinada sobre os procedimentos a tomar em situações de emergência. Ao sinal de qualquer anormalidade, a sentinela deve orientar o inspetor que estiver no local confinado, para que saia imediatamente. A sentinela deve posicionar-se de tal forma que, a qualquer momento possa prestar assistência ao inspetor que estiver no interior do local confinado. 20 Em casos de emergência com o inspetor no local confinado, a sentinela deve acionar um alarme e aguardar a chegada de socorro. Em nenhuma circunstância, a sentinela deve entrar no local confinado sem o auxílio de outros colaboradores e desprovido dos equipamentos de proteção. A sentinela não pode ausentar-se do local, caso o inspetor ainda se encontre no interior do local confinado. *” Equipamentos Rotativos e/ou Energizados Quando o serviço for executado em equipamento com partes móveis no seu interior (agitador, mexedor, etc), é necessária a desenergização, a colocação de dispositivo que impeça o acionamento acidental do equipamento e, sempre que possível, a desconexão dos cabos do motor. Antes de qualquer trabalho com máquinas elétricas portáteis ou iluminação elétrica portátil em local confinado, o inspetor deve verificar visualmente as condições das máquinas, luminárias, cabos e extensões. Recomenda-se não utilizar, dentro do equipamento, cabos elétricos com emendas, ou condutores expostos. 11 RESPONSABILIDADE PELA INSPEÇÃO A NR-13 — Norma Regulamentadora para Caldeiras e Vasos de Pressão, define no subitem 13.10.6 que a inspeção de segurança de vasos de pressão deve ser conduzida por um Profissional Habilitado, podendo contar com a participação de técnicos de inspeção ou inspetores de equipamentos. É de responsabilidade do Profissional Habilitado, orientar a preparação das inspeções de segurança, paiticipar das inspeções, revisar e assinar os relatórios de inspeção e o registro de segurança. Aos técnicos de inspeção e inspetores de equipamentos cabe a responsabilidade de preparar as inspeções de segurança de acordo com as orientações do PH, executar as inspeções, elaborar e assinar os relatórios de inspeção. Mesmo para os vasos de pressão não enquadrados na NR-13, devem ser observadas as determinações dos CREAs quanto às responsabilidades sobre as inspeções. 12 TÉCNICAS DE INSPEÇÃO 12.1 Inspeção Visual Extema Consiste de uma verificação visual detalhada da superficie externa do vaso de pressão e sistemas que o compõem, complementada sempre que necessário pela utilização de ferramentas auxiliares e aplicação de ensaios não-destrutivos. A periodicidade das inspeções extemas deve ser estabelecida em função das condições do processo e ambientais do local da instalação, e deve estar definida no programa de inspeção do vaso de pressão, com o devido cuidado para que não sejam ultrapassados os limites definidos na legislação vigente. Para os vasos de pressão novos sujeitos a exigências legais de inspeção, deve ser feita inspeção inicial no local definitivo de instalação, atendendo ao disposto na legislação vigente. A inspeção externa pode ser realizada com o vaso de pressão em condições normais de operação, ou por ocasião das paradas do equipamento. 2 Para que a inspeção possa ser conduzida de forma objetiva, cabe ao inspetor seguir o planejado na fase de preparação e cumprir completamente cada etapa da inspeção antes de passar para a seguinte. ” Etapas da Inspeção Visual Externa ” Condições de Operação Como primeira ação da inspeção extema, deve ser verificado se o equipamento está operando em condições de pressão e temperatura compatíveis com o projeto. Trabalho acima dos limites de projeto compromete a segurança das pessoas, instalações e do meio ambiente. Y Identificação e Instalação No texto da Norma Regulamentadora NR-13 estão descritas condições de identificação e instalação para os vasos de pressão nela enquadrados, e que devem verificadas durante as inspeções externas. Para os demais vasos, não existem regras definidas. Y Isolamento Térmico Inspecionar visualmente todo o isolamento térmico, buscando identificar locais de possíveis infiltrações de umidade, de águas de chuvas ou de sistemas de dilúvio. Juntas sobrepostas das chapas que compõem o capeamento metálico abertas ou mal feitas e trincas no recobrimento asfáltico das partes sem capeamento são áreas preferenciais para infiltrações. Partes frouxas ou soltas e regiões com bolsões (grandes empolamentos), também devem ser verificadas. Por questões de segurança essas regiões devem ser abordadas com cuidado em vasos operando, nos quais o histórico mostre ocorrência de corrosão interna intensa, principalmente naqueles que operam em temperaturas altas. Em vasos fora de operação, todo o trecho deve ser removido para análise da causa. As regiões sob as plataformas do topo, quando existentes, e junto às conexões e olhais de suportes são as mais sujeitas a conterem falhas no isolamento térmico. Para os vasos verticais, observar com cuidado a região da junção do isolamento térmico com a proteção contra fogo da saia. Deve-se remover trechos do isolamento térmico para avaliar as condições das chapas do costado, principalmente nos vasos de pressão que operam em baixas temperaturas (isolados a frio). Para esses vasos, é necessária uma amostragem mais abrangente ou mesmo a remoção total do isolamento, pois a experiência mostra que pode haver condensação ou de umidade entre a parede do vaso e o isolante térmico, com instalação de processo corrosivo em áreas localizadas, estando o restante da superfície completamente sã. Essas áreas estão localizadas principalmente nas partes inferiores dos vasos. Muitos vasos de pressão possuem pintura anticorrosiva sob o isolamento térmico e, nesse caso, essa pintura deve ser inspecionada quanto à existência de falhas localizadas (rompimento da película). Para os vasos de pressão isolados a frio, essas falhas propiciam o aparecimento de áreas anódicas em relação ao restante da superfície. O capeamento metálico do isolamento deve ser verificado quanto ao estado físico e, se necessário, ser recomendada a substituição total ou parcial. * Pintura de Proteção Os defeitos mais comuns encontrados em pinturas de proteção de equipamentos industriais são os seguintes: ” Empolamentos Principais causas de empolamentos em pinturas: Y. presença de umidade, óleos, graxas ou de sujeiras durante a aplicação. Aparece em curto prazo após a aplicação; 22 ” Suportes e Bases dos Vasos de Pressão A inspeção visual desse componente deve estar sempre contemplada no planejamento da inspeção externa. Alguns pontos devem ser verificados com mais cuidado, como a saia dos vasos verticais na junção com o corpo, região sujeita a processos corrosivos localizados sob a proteção contra fogo. Deve ser verificada também a área exposta dos chumbadores e, com auxílio de um martelo de inspeção, avaliada a integridade das porcas de fixação do equipamento. A verificação desses pontos é muito importante nos vasos de pressão veiticais, principalmente nas torres. O concreto da proteção contra fogo e das bases deve ser verificado quanto à existência de trincas ou esboroamento devido a corrosão das ferragens internas. As trincas dos suportes podem ser consequência de recalques. Y Aterramento Elétrico Nos vasos de aço carbono, é comum a instalação de processo corrosivo intenso no clip de fixação do cabo de cobre ao vaso. O martelo de inspeção deve ser usado para verificar a integridade da ligação. Y Escadas e Plataformas. O problema mais comuns encontrado nas escadas e plataformas é a corrosão devida a deterioração da pintura de proteção. Devem ser verificados com atenção os degraus e guarda-corpos das escadas, pois da sua integridade depende a segurança do pessoal que acessa o equipamento. Para as plataformas, deve ser verificada a existência de regiões com sinais de acúmulo de águas de chuvas. Nessas regiões, é recomendável fazer um furo na chapa para a drenagem das águas, evitando o empoçamento. ”. Dispositivos de Segurança Devem ser verificados o estado físico aparente e sinais de vazamentos. Para dispositivos do tipo válvula de segurança ou alívio, se a pressão de abeitura é menor ou igual à pressão máxima de trabalho, se existem válvulas de bloqueio à montante ou à jusante e se, em caso positivo, estão instalados dispositivos contra o bloqueio inadveitido. O programa de inspeção deve ser consultado para verificar se existe coincidência da inspeção extema do vaso com a manutenção e calibração do dispositivo. ” Medição de Espessuras e Cálculo da Vida Residual É comum as medições de espessuras coincidirem com as inspeções externas. O procedimento de inspeção deve ser consultado quanto às épocas previstas e as exigências de capacitação do pessoal executante e de calibração dos instrumentos de medição. 12.2 Inspeção Intema Para a monitoração da integridade física, recomenda-se que o vaso de pressão seja inspecionado internamente, segundo uma frequência adequada às suas condições de projeto, condições operacionais e de acordo com as legislações aplicáveis. A inspeção interna, de uma forma geral, é realizada simultaneamente ou precedida pela inspeção externa. As primeiras providências para a realização da inspeção estão descritas no item 10 acima Preparativos para Inspeção, onde ressaltamos as medidas de segurança e proteção individual do inspetor. 25 A inspeção visual interna é de grande importância para a identificação de mecanismos de danos internos, cujas características sejam de ataques não uniformes e que seja difícil a sua localização por meio de Ensaios Não Destrutivos externos. Em uma inspeção visual interna de um vaso de pressão, o inspetor dirige sua atenção para: *” no momento da abertura do vaso, verificar a existência de depósitos, resíduos, incrustações, observando o tipo, quantidade e localização. Recolher amostras para análise, se necessário; . inspecionar o costado, as calotas, cordões de solda e conexões quanto a deformações, trincas, corrosão e erosão, danos devido a limpeza ou manutenção; em algumas situações, pode haver a necessidade de remoção de componentes internos do vaso. . Verificar a ocorrência de danos por hidrogênio; . avaliar o estado interno das conexões quanto à corrosão e obstrução; . Verificar a integridade do revestimento intemo (“clad”, “lining”, pintura, refratários e outros ) quanto à corrosão, estufamentos, trincas nas soldas, erosão; . examinar o posicionamento, a fixação e a integridade de componentes intemos, quando houver, tais como: distribuidores, tubulações, serpentinas, defletores, demister, ciclones, grades, antivórtice, parafusos e porcas; e identificar os locais a serem preparados para inspeção por Ensaios Não Destrutivos. A medição de espessura é o ensaio de realização mais frequente e tomado como base para os cálculos das taxas de corrosão. as So “ss Abaixo segue uma tabela resumo com as principais técnicas de inspeção usadas na detecção de danos nos vasos de pressão. Classificação Técnica Informação coletada Vantagens Limitações Exames EXAME VISUAL: Marcas de abrasão, trincas de | Pode ser executada no campo, | Baixa resolução / Físicos exame da região a ser | maior porte, amassamentos, | sem necessidade de | Detectabilidade. inspecionada com visão | ete equipamentos especiais. Pode direta ou com auxílio de ser fotografado. pequena ampliação. MICROSCOPIA (ótica ou | Microestrutura do | Indicações do comportamento | Custo, dificuldade de se eletrônica): ensaio de campo | componente, porosidades, | metalúrgico do material, | realizar no campo, limitação ou através de réplica | microtrincas (se incidentes na | indicações de danos ainda em | da área estudada. metalográfica região estudada), pequena escala. MAGNETISMO aplicação por contato ou proximidade de elemento Identifica se o material é ou não ferro magnético. Identificação rápida e confiável para uma classificação geral do material (ligas ferríticas, de Variações de ligas e proporções (p.ex. soldas que contenham estruturas magnético. níquel ou cobalto) austeníticas), RESISTÊNCIA Trincas abertas à superfície. | Técnica simples c Interpretação | Detecção de trinca só pode ser ELÉTRICA: aplicação de | Taxa de Corrosão ou desgaste | relativamente fácil. precisa se a trinca for normal à corrente contínua u | (técnica de monitoração superficie e sua largura 3 alternada ao material continua ou intermitente). vezes maior do que sua medição de Integridade do revestimento. profundidade. Calibração resultante ou modificação precisa. Pode exigir correção do potencial. de temperatura. LÍQUIDOS Indicações gerais de| Técnica simples e rápida | Somente detecta trincas PENETRANTES: incidência de trincas abertas à | Resolução até O,Smm de|abertas à superfícic O aplicação e superfície. extensão. Pode ser realizado | PENETRANTE PODE revelação de registro fotográfico. Existem | CONTAMINAR os penetrantes. padrões intemacionais. PRODUTOS DE CORROSÃO, EVENTUALMENTE TORNANDO SUA IDENTIFICAÇÃO QUÍMICA POSTERIOR IMPOSSÍVEL. Resolução depende fortemente da condição de limpeza da superfície e da habilidade do operador. 26 INSPEÇÃO POR Indicações gerais —de[Técnica simples c rápida [Somente detecta trincas PARTÍCULAS incidência de trincas abertas à | Melhor resolução e sensibilidade | próximas à superfície O MAGNÉTICAS: superfície ou não, desde que | do que o líquido penetrante. | material a inspecionar deve ser próximas à superfície. Existem padrões internacionais. | magnético. O VEÍCULO PODE CONTAMINAR OS PRODUTOS DE CORROSÃO, EVENTUALMENTE TORNANDO SUA IDENTIFICAÇÃO QUÍMICA POSTERIOR IMPOSSÍVEL. RADIOGRAFIA Indicação volumétrica da | Espessura do material Usualmente a radiação penetra incidência / extensão /| limitado apenas pelo poder da | na transversal, dificultando a localização / orientação de | fonte. Fácil de detecção de trincas radiais. trincas e defeitos. interpretar. Bom para geometrias | Demanda cuidados especiais complexas. quanto à radiação. Requer Grandes áreas podem equipamentos especiais e ser — inspecionadas juntas. | manuseio próprio. Existem padrões internacionais | Temperatura limite aprox. de soc EMISSÃO ACÚSTICA: | Incidência elocalização de — | Pode ser aplicado em grandes | Interpretação de moderada a detecção por transdutores de | trincas em evolução equipamentos, dificil, demandando sinais acústicos refletidos | (particularmente em vasos de | Continuamente ou intermitente. | experiência. Técnica de pelos defeitos, pressão pressurizados), Requer poucos equipamentos. | emprego passivo. MEDIÇÃO DE Medição da temperatura da | Técnica rápida, simples e | Somente indica a temperatura TEMPERATURA: — lápis | superfície, dentro da faixa | confiável. Não requer | da superficie. Baixa resolução térmico, giz, outros. especificada. equipamento especial Fácil | (tipicamente de 500). interpretação. MEDIÇÃO DE Medição da temperatura da | Técnica rápida, e relativamente | Técnicas com infravermelho TEMPERATURA: superfície, em ampla faixa (- | simples. Detecção de radiação | sujeitas a emo se houver pirômetros de radiação, 20PC a 2000C ou mais) infravermelha pode indicar | presença de vapor d'água e infravermelho, termografia temperaturas sob isolamento, | CO2, que absorve a radiação. etc. Boa resolução (até 0,1ºC). | Requer equipamento especial Para temografia é possível registro em — vídeo. Fácil interpretação. MEDIÇÃO DE Pressão do fluido, contínua ou | Relativamente simples medição | Pode exigir tomada de acesso PRESSÃO variação. e interpretação. Equipamento | especial. simples e com boa resolução. Exames TESTEPOR PONTOS: |Presença ou ausência de|Relativamente simples c|Requer experiência do Químicos aplicação de reagentes para | elementos químicos na | confiável. Fácil interpretação. | operador. Não indica à indicar a presença de | composição do material. Material simples. composição completa do componentes. material. Limitado a uma certa gama de materiais. Exames TESTE DE DUREZA: Dureza do material no local | Técnica simples e rápida Pode alterar a superfície e a mecânicos aplicação de um micro | testado. Interpretação fácil e imediata. estrutura do material, ensaio de dureza em área determinada do material. demandando cuidado e atenção na escolha do local à ser ensaiado. Mede apenas a dureza da micro região ensaiada. 12.3 Efetividade das Técnicas de Inspeção Nenhuma técnica de inspeção é considerada altamente efetiva para todos os tipos de danos. Para a maioria dos tipos, podem ser utilizadas mais de uma técnica, cada uma complementando a outra. A tabela a seguir mostra um resumo da aplicação das Técnicas de Inspeção e sua efetividade: o Mecanismos de Danos Técnica de a Perda de Trincas Trincas Formação de | Transformações | Alterações | Empolamentos Inspeção Espessura | Superficiais | Subsuperficiais | microfissuras | metalúrgicas | Dimensionais Inspeção . 1-3 2-3 4 4 4 1-3 1-3 Visual US feixe 1-3 3-4 3-4 2-3 4 1-2 normal US feixe 4 1-2 1-2 2-3 4 4 angular 27 vaso, somente deverão ter acesso ao vaso e suas imediações as pessoas estritamente necessárias à execução do teste e inspeção do vaso de pressão. 13 REPAROS E CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO Vasos de pressão em uso podem apresentar a necessidade de reparos ou alterações. Para manter as características originais de performance e de segurança, recomenda-se que estas intervenções sejam realizadas de acordo com critérios e procedimentos, estabelecidos com base em Normas e Códigos reconhecidos e aceitos pela comunidade. 13.1 Códigos e padrões de construção Quando o vaso de pressão for construído de acordo com um Código ou Norma, os reparos ou alterações serão realizados conforme a seção e edição aplicável. Quando o vaso não for construído de acordo com um Código ou Norma definido, os reparos e alterações serão realizados, os mais próximos possíveis, de critérios estabelecidos por Código ou Norma aceitável. 13.2 Materiais Os materiais utilizados em reparos ou alterações, serão conforme os requisitos do Código original. 13.3 Partes de reposição As partes de reposição que estarão sujeitas à pressão interna ou externa, consistindo de materiais novos fabricados por fundição, forjamento, extrusão e outros processos que não utilizem solda, serão considerados como material. Estas partes receberão identificação do fabricante, de forma que seja possível rastrear as características originais. Citamos como exemplos tubos com ou sem costura, bocais forjados, calotas, espelhos. As partes de reposição que estarão sujeitas à pressão interna ou extema, e que sejam pré-montadas por ligações soldadas, terão as soldas executadas de acordo com o Código original de construção. O Fomecedor ou fabricante certificará que o material e a fabricação estão de acordo com o Código original de construção. As partes de reposição que estarão sujeitas a pressão interna ou extema, e que sejam pré-montadas ou fabricadas por ligações soldadas que requeiram inspeção de fabricação, serão inspecionadas e identificadas. 134 Soldagem As soldagens serão executadas de acordo com os requisitos do Código original de construção utilizado para o item. 13.42 Especificação do Procedimento de Soldagem As soldas serão realizadas de acordo com Especificação do Procedimento de Soldagem qualificada de acordo com o Código original de construção ou, se isto não for possível, por Código reconhecido e aceito pela comunidade. 1343 Qualificação e identificação do Soldador 30 Soldadores ou operadores de soldagens serão identificados e qualificados para o procedimento de soldagem utilizado. Os soldadores marcarão as soldas por meio de sinetes ou serão identificados no relatório de registro de soldagem. 13.5 Ensaios não-destrutivos Os reparos e alterações serão inspecionados, testados e ensaiados, utilizando os métodos recomendados de acordo com as necessidades e especificações de projeto. Ensaios cujos resultados sejam utilizados para os cálculos de avaliação da integridade do equipamento, serão executados por inspetores qualificados e certificados pelo SNQC. 13.6 Teste hidrostático O teste hidrostático, conforme citado no item 12.4.2, tem sido indicado, pelos códigos de projeto, com a finalidade de verificação da resistência e integridade estrutural do equipamento, no momento da fabricação. A aplicação sistemática deste teste, durante a fase operacional e após intervenções normais de manutenção, pode, em alguns casos, introduzir ou agravar danos existentes, conhecidos ou não. Ao ser realizado um reparo, recomenda-se que a execução deste ensaio seja avaliada por um profissional habilitado, considerando as características dos danos apresentados e dos reparos em questão. 13.7 Métodos avançados de análise e adequação ao uso — critérios de aceitação Os equipamentos podem apresentar danos tais como trincas, perdas de espessura localizadas, deformações ou outros, durante o período operacional. Existem técnicas ou métodos de cálculo avançados, com a finalidade de definir sobre a necessidade de reparos ou alterações, bem como frequências e métodos de inspeções para monitoração dos danos. Nestes casos, os critérios de aceitação diferem daqueles utilizados pelos Códigos de fabricação, podendo ser mais flexíveis e admitir a existência de danos sob condições de controle. 14 FREQUÊNCIA E PROGRAMAÇÃO DE INSPEÇÃO De uma forma geral, os vasos de pressão têm vida útil prevista, estabelecida durante a fase de projeto. Este período de tempo é determinado pelas condições de operação e pela taxa de corrosão ou deterioração, estimada para aquelas condições. Quando o vaso de pressão está em sua fase operacional, as condições de operação admissíveis, e o tempo durante o qual ele irá operar antes da próxima inspeção, são baseadas nas condições físicas do vaso, conforme determinado pelo inspetor de equipamentos. Existem diversos fatores que afetam a vida útil dos equipamentos e que podem ser encontrados no Item 9 desta apostila. 14.1 Intervalos de inspeção Para o estabelecimento de intervalos entre inspeções, o responsável pela inspeção deve considerar, dentre outros aspectos, as taxas de deterioração apresentadas pelo equipamento. Devem ser respeitados os limites estabelecidos pela legislação vigente. 31 Observa-se que, quando o equipamento opera em condições cujas taxas de deterioração sejam maiores, a critério do inspetor, os prazos das inspeções podem ser menores do que os limites estabelecidos pela legislação. Para equipamentos não sujeitos a legislação, citamos um critério que pode ser seguido, como orientação genérica: “O período máximo entre inspeções internas ou uma avaliação completa do vaso de pressão, não seria maior do que a metade da vida útil remanescente estimada para o vaso, ou dez anos, o que for menor”. 14.1.1 Cálculo da Vida Remanescente Onde a taxa de corrosão controlar a vida do vaso, a vida remanescente será calculada pela fórmula: (Emed — Ereq) Vida Rem. (anos)= T, corr onde: Emp = espessura medida no momento da inspeção, na seção utilizada para a determinação de Erro Erzo = espessura mínima admissível na seção ou zona em análise no vaso de pressão. Tcorr = Taxa de corrosão mm/ano ou milésimos de polegada/ano de metal removido como resultado da corrosão. A espessura requerida pode ser a maior das seguintes: A espessura calculada, requerida para a pressão de ajuste de abertura do dispositivo de alívio de pressão excluindo a sobre espessura de corrosão, A espessura mínima permitida pelo código de construção original do equipamento. Para vasos novos ou para os que trocarem de condições de operação, um dos seguintes métodos podem ser utilizados para a determinação da taxa de corrosão estimada: A taxa de corrosão é estabelecida através de dados coletados pelo proprietário, ou por usuários de vasos de pressão nas mesmas condições de operação ou similares, disponíveis em literatura especializada. Se os dados para as mesmas condições de operação ou similares não estiverem disponíveis, a taxa de corrosão pode ser estimada através da experiência e conhecimento do inspetor. Se a taxa provável de corrosão não puder ser estabelecida pelos métodos anteriores, podem ser coletados valores de medições de espessuras após aproximadamente 1000 horas de operação. Outras medições subsequentes serão realizadas, a intervalos similares, até que seja possível estabelecer a taxa de corrosão. 14.2 Ferramentas auxiliares Existem métodos ou sistemas de cálculo que podem ser utilizados como orientação para o estabelecimento de frequências e programação de inspeções: 14.2.1 Cálculos Avançados para “ Adequação ao Uso”. “Adequação ao Uso” é um conjunto de avaliações de engenharia, realizadas para demonstrar a integridade estrutural de um componente de vaso de pressão em serviço, que contenha uma falha ou dano. Este procedimento de cálculo abrange a integridade do componente perante um estado atual de dano e a vida remanescente projetada. Se o resultado da avaliação indica que o equipamento está adequado para as atuais condições de operação, este equipamento pode continuar a operar nestas condições, acompanhado de um programa adequado de monitoração e inspeção. 32
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