Controles de segurança para processos industriais

1
23 de agosto de 2018
Gerenciamento de Riscos - Tipos de
controles de Segurança para Processos
Industriais
Alexandre de Aguiar Brantis
Eng. Mecânico
Departamento de Engenharia Mecânica

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Desde 1990, atuando nas áreas de Engenharia de
Projetos, Obras e Manutenção (7 anos Rhodia e 13 na Shell).
A partir de 2010, estive Gerente de Vendas e Aplicações na
John Zink, na Vopak ocupei posição Diretor de Projetos.
Atualmente sócio Diretor da Brantis Soluções, desde Abril
2015.
Currículo resumido de Alexandre Brantis
Formações:
MBA em Gestão de Projetos pela FGV/Prominp,
Gestão Empresarial pela FGV
Especialização em Qualidade Industrial na UNICAMP
Graduado em Engenharia Mecânica pela UNESP - Ilha
Solteira.
Brantis Soluções LTDA www.brantisolucoes.com.br email: brantis@uol.com.br tel 55(19) 99512 7878 Direitos reservados

Índice
1. Conceitos (alívio e segurança)
2. Possíveis Causas para o aumento de pressão nos sistemas
3. Tanque ou Vaso de Pressão
4. Aplicação de Alívios e Segurança na transferência e armazenagem de líquidos
inflamáveis e combustíveis
5. Alívio em tanques de armazenagem
6. Válvulas de alívio e de vácuo em tanques
7. Respiro de emergência, há alternativa técnica ?
8. Válvula de Alívio e Segurança em Caldeiras, Vasos, Bombas e Compressores
9. Especificação de válvulas de segurança e alívo
10. Alívio instantâneo de sobrepressões ou depressões – o Disco de Ruptura
11. Explosão – prevenção da escalada ou proteção (supressão)
12. Supressão em ação.
13. Em tubulações e condutos – uso de corta chamas
14. E como prevenir as explosões ou incêndios ?
15. A importância da classificação de áreas
3Brantis Soluções LTDA www.brantisolucoes.com.br email: brantis@uol.com.br tel 55(19) 99512 7878 Direitos reservados

Conceitos
Nível de Alívio
O equipamento utiliza este dispositivo para aliviar a pressão, mas não
compromete sua integridade (1ª barreira de segurança).
Nível de Segurança
Última proteção (barreira de segurança) do equipamento, antes de causar
danos à integridade do mesmo.
PMTA – (PRESSÃO MÁXIMA DE TRABALHO ADMISSÍVEL)
Esta é a máxima pressão baseado em cálculos para cada elemento do
equipamento, utilizando-se espessuras vigentes, se equipamento não for mais
novo.
O valor da PMTA é a base para se determinar a pressão de ajuste da (s)
válvula (s) de segurança e/ou alívio.
Normas de referência: NBR7821, API 650

PRESSÃO DE AJUSTE
Esta é a pressão na qual a válvula abre em bancada de teste em temperatura
ambiente e sem contrapressão.
PRESSÃO DE OPERAÇÃO
Esta é a pressão na qual um vaso de pressão ou caldeira opera normalmente sem
nenhuma variação considerável.
ACUMULAÇÃO
Esta é a pressão máxima alcançada pela válvula nas condições de alívio num
valor acima da PMTA do equipamento.
SOBREPRESSÃO
Esta é a pressão máxima alcançada pela válvula nas condições de alívio e de
acordo com a taxa de fluxo requerida pelo processo. Ela é o mesmo que
acumulação quando a válvula de segurança está ajustada num valor igual ou
abaixo da PMTA do vaso de pressão ou caldeira. O valor da sobre pressão
Conceitos – cont.

POSSÍVEIS CAUSAS PARA O AUMENTO DE PRESSÃO
 Falhas em equipamentos elétricos ou mecânicos
 Falha no sistema de utilidades
 Falha de válvula de controle automática (redutora)
 Abertura de válvula de admissão de alta pressão para um processo de baixa
pressão (falha operacional)
 Falha no fechamento de válvula de retenção
 Fechamento de válvula de bloqueio na saída de um vaso de pressão (falha
operacional)
 Reações químicas entre fluídos
 Manutenção ou pintura indevida das válvulas de alívio
 Alteração da válvula de posto de trabalho ou desorganização em paradas de
manutenção

Tanque ou Vaso de Pressão ?
Imagens cedidas pela Protego
Pela NR13 temos no item ´´4.2.2.3 Projeto para vasos de pressão
4.2.2.3.1 Os tanques com pressão de armazenamento acima de 100
kPa devem ser projetados e construídos de acordo com ASME Code
ou outras normas internacionalmente aceitas.´´
http://trabalho.gov.br/seguranca-e-saude-no-
trabalho/normatizacao/normas-regulamentadoras/norma-
regulamentadora-n-13-caldeiras-vasos-de-pressao-e-tubulacoes

4 – carregamento e descarga de caminhões, vagões, balsas e navios
5 - em unidades de recuperação de vapores de gasolina
6 - como componentes integrados em equipamentos, máquinas e vasos
Aplicação de Alívios e Segurança
Imagens cedidas pela Protego
1 - em pargues de
tancagem com
tanques de
armazenamento
(usinas, terminais,
refinarias e
químicos)
2 - em plantas de
processamento
para indústrias
químicas e
farmacêuticas
3 - em sistemas de
combustão de
vapores e
queimadores

Válvulas de Venteo para
presión y vacío
Ventilas de Emergencia
Para tanques de almacenamiento atmosféricos y de baja presión (hasta 15 psig), basados en
API 2000.
Alívio em tanques de armazenagem

Un tanque de almacenamiento esta sometido a diversas
situaciones, donde requiere de una respiración controlada,
tales como:
Alimentación al tanque (Carga).
Succión al tanque (Descarga).
Evaporación, por exposición al Sol.
Condensación, por disminución de temperatura.
Alívio em tanques de armazenagem
Problemática:

ECONOMICO: Evita constantes perdidas de
producto, por evaporación.
SEGURIDAD: Anula la existencia permanente
de una nube de vapores, altamente inflamable.
MEDIO AMBIENTE: Detiene la emisión
continua de vapores dañinos a la atmósfera.
Beneficios da Válvula de Alívio de Pressão e Vácuo

Como opera la válvula, en desfogue (alívio) ?
Aumento de pressão, generado por:
Vaporización de producto por temperatura del Sol
Salida de vapores, por carga de producto

Como opera la válvula, en vácuo?
Relevo en vacío, generado por:
Condensación de producto, por baja de temperatura
Entrada de aire, por des-carga de producto

Dimensionamiento, requerimientos para venteo
normal
Pela Norma API 2000, La operación del lado de
presión requiere considerar:
Venteo térmico (evaporación),
Movimiento de producto (carga), y
Presion de operación (en caso de tener un sistema
de Inhertización.
La operación del lado de vacío requiere considerar:
Venteo térmico (condensación),
Movimiento de producto (des-carga).

Combinación ideal:
Válvula de venteo sobre Arrestador de flama.

Requerimientos para venteo de emergencia
Janela de Emergencia - como opera?
Ante la exposición a fuego, se instala la
ventila, capaz de desfogar los vapores
generados por radiación de fuego.

Janela de Emergencia - em caso de incendio
Ajuste en presión: (2.0 oz. - 2.0 psig, 0,0033)

SEGURIDAD: Anula la posibilidad de explosión,
máximo riesgo en una incendio.
RELEVO: opera como relevo al desfogue de
presión, en caso de falla de válvula de venteo.
ACCESO: En la serie de baja presión, funciona
como pasa-hombres.
Beneficios da Janela de Emergencia :

Há alternativa técnica para a Janela de Emergência ?
Sim, o Projeto de
fragilização da solda
de união do teto e o
costado do tanque.
(norma API 650)

As válvulas de segurança e/ou alívio são dispositivos
automáticos de alívio de pressão sendo obrigatórios
em vasos de pressão ou caldeiras, cuja pressão
interna seja superior à pressão atmosférica, evitando
as consequências da exposição às condições
perigosas de sobre pressão.
Obrigatória em pressões acima de 15 psig e ajustada
na PMTA do vaso ou abaixo desta e cuja capacidade
de vazão seja igual ou superior ao volume do fluido
fornecido a este.
Aplicação de Alívios e Segurança
(bombas, compressores, sopradores, etc)
Imagens cedidas pela FLowex do Brasil
Aplicação de válvulas de alívio para líquidos (incompressíveis )

Válvula de Segurança, tipos para seleção
Imagens cedidas pela Leser

As válvulas de segurança
Válvula de Segurança – Caldeiras e Vasos

ESPECIFICAÇÃO DE VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO
Cliente deve adquirir de um Fabricante ou REP
credenciado
Especificada por profissional
capacitado
Qual o processo ?
Vaso ou Caldeira
ou outros ?
Tipo de Fluído ?
E FISPQ ?
pH ? Pressão ? PMTA e Projeto
Temperatura ? Vazão máxima
requerida ?
Quantidade de
Válvulas, degrau
na abertura ?
Descarga à ATM ou qual a contra
pressão ?
Qual Norma a
atender , ASME
Seção VIII, e a
NR13 ?
Extremidades Entrada (Saída):
flangeadas, rosqueadas - tipos BSP
(paralelas) ou NPT (cônicas)
Classe de vazamentocessórios ?
Manom, diversor ?
O Fabricante deve devolver
Folha de Dados
de Processo que
atendam às
condições
Dados dos materiais
construtivos e
classe de pressão
(#, Rating)
Dados das
dimensões e
orifício
Memória de Cálculo e citar qual
Norma utilizada no dimensionamento.
Desvios ou
exclusões do
solicitado
Prazo de Garantia e
suas condições
Valor de Sobrepressão e de calibração.
Modelo de Plaqueta de identificação.

É um dispositivo composto de uma película de metal,
tendo precisamente dimensionada a sua espessura,
instalado entre flanges, para romper.
Alívio instantâneo de sobrepressões ou
depressões: o Disco de Ruptura
24
Sobrepressão > Resistência Mecânica
RUPTURA
Imagens cedidas pela BS & B Brasil

APLICAÇÕES - Disco de Ruptura
Química,
Petroquímica,
Alimentícia
Farmaceutica
Válvulas de Segurança,
Tanques,
Reatores,
Silos… Qualquer outro
equipamento que
trabalhe com pressão
5
Nas Industrias: Proteções de:
Proteger as pessoas e a integridade
dos equipamentos

VANTAGENS - Disco de Ruptura
Baixo custo relativo;
Resposta instantânea e sem falhas;
Abertura completa;
Fugacidade praticamente nula.
6

2
7
Vincado após a conformação
Orifícios Distantes
Alta Pressão de ruptura
Orificios Próximos
Baixa Pressão de ruptura

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Plaqueta de Identificação
 Fabricante
 Tipo
 Lot number
 Material
 Dimensões
 Pressão de ruptura
 Temperatura de ruptura
 Valor Mínimo de Fluxo Real
 KR Resistência de Fluxo
Certificada
 UD Symbol (Hand Stamped)
– NB recognition

Dados para Seleção do Disco de Ruptura
2
9
Posicionamento
e
Dimensão
Líquido
ou
Gas
Pressão
e
Temperatura
Diâmetro Nominal de 3
mm até 1.829 mm
Pressão de Ruptura 0,069
bar até 9.300 barg
Temperatura - 215 ºC até
+538 ºC (Celsius)

3
0
TERMINOLOGIA MOP
Maximum Operating Pressure (MOP)
Burst Tolerance
Maximum Allowable Working Pressure (MAWP)
Marked Burst Pressure

INSTALAÇÃO
INCORRETA
3
1
Evitar o fenômeno“COCKING”!
INSTALAÇÃO
CORRETA
Alojamento

Em Válvulas de Segurança -Vantagens
2
Proteção contra
Corrosão
Estanqueidade
Facilidade
de Inspeção
Redução de custos:
Manutenção
Fabricação

3
3
1.Os discos de ruptura podem ser frageis. Podendo haver alguma alteração
de resultado devido a um mal alinhamento ou de alguma avaría.
2.Armazenamento de discos de ruptura por qualquer período antes da
instalação.
Manter em embalagem original
Manter em áreas limpas e secas
3.Não é possivel instalar o disco de manera incorreta graças a característica
incorporada a verificação da plaqueta do disco e do alojamento.
AVISOS

Toda tecnologia de prevenção e proteção & está
focada em interromper um ou mais dos 5 parâmetros
do Pentágono da explosão...
Explosão – prevenção da escalada ou
proteção (supressão)
34Imagens cedidas pela BS & B Brasil
Oxygen
(usually air)
Suspension
Dust
Confinement
Ignition

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Prevention & Protection
Prevention Options:
• Housekeeping
• Inertion (e.g. Nitrogen Blanket)
• Reduced Oxygen Level
• Grounding & Bonding
• Spark Detection

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Prevention & Protection
Protection Options:
• Venting
• Ducted Venting
• Flameless Venting
• Suppression
• Isolation: Chemical / Mechanical
• Containment (survival of Pmax)
• Spark Detection & Extinguishing

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Prevenção e proteção: Há sempre opções...
Flameless Venting
Venting
Chemical Isolation
and Suppression
Mechanical Isolation

3
8
Suppression In Action
Detector
FireballN2 Agent
Fireball initially ~10m/s
Pressure Wave < 300m/s
The pressure wave moves ahead of the flameball providing
time to react to the early stages of a deflagration.
Suppression interrupts the
combustion process as
soon as it commences

3
9
Explosion Venting
Explosion Venting
Allows the Full
Development of a Dust
Explosion
• Discharge of Flame,
Pressure and Material
to Atmosphere
• Extensive clean up

Em tubulações e condutos – uso de corta chamas
Princípio de funcionamento
Corta-chamas trabalha no princípio da absorção de calor e
dissipação para reduzir a temperatura da parte dianteira de
chama abaixo da temperatura de auto-ignição do gás.
Conforme a Norma ISO 16852:2010
4
0

Construção
41
2,0
Height of flame
arrester
Crimped
ribbon
Flat
ribbon
Gap size of flame
arrester

Deflagration to
Detonation
Transition (DDT)
In-line Deflagration, Unstable Detonation &
Stable Detonation
Unstable Detonation
Stable Detonation
Deflagration

In-line Deflagration, Unstable Detonation &
Stable Detonation

Gas Classification
Gases are classified in two main systems:
1. IEC (International Electrotechnical Commission)
2. NEC (National Electric Code)
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Explosão de Tanque com teto fixo e selo flutuante
4
5

Explosão do Propano, Grupo IIA (D)
4
6

4
7
Explosão do Etileno (etanol é similar), Grupo IIB3 (C)

4
8
Explosão do Hidrogenio, Grupo IIC (B)

E como prevenir as explosões ou incêndios ?
A Importância do aterramento em dia anualmente e do
sistema de proteção contra descargas atmosféricas
(SPDA).
A revisão da NR 20: 2012, introduziu o conceito de gestão
de segurança e saúde no trabalho contra fatores de
riscos de acidentes provenientes das atividades com
inflamáveis e líquidos combustíveis.
A elaboração de um prontuário com evidências (NR10)
4
9

Como prevenir ?
A importância da classificação de áreas (Exemplo)
5
0

Referência Bibliográfica
1.Curso: Inspetor de Equipamentos, Disciplina: Módulo 41-VÁLVULAS DE
SEGURANÇA E ALÍVIO, Inspetor Mário Sérgio de Oliveira Mello,
Estudante - Usuário: 201411005 - CETEPIS
2.Protego, https://www.protego.com/pt/produtos/exemplos-praticos.html
3.Leser, http://www.leser.com/
4.BS&B do Brasil http://www.bsbflamearrester.ie/index.html
5.GASCAT Protectotank http://www.gascat.com.br/produtos/1067/valvulas-
para-tanques
6. Normas ASME, ABNT, API, ISO
7. http://trabalho.gov.br/seguranca-e-saude-no-
trabalho/normatizacao/normas-regulamentadoras

Dúvidas
Para soluções em Engenharia:
Projetos em Engenharia Mecânica e Elétrica
(NR 10, Pára Raios (SPDA) e NR 12 realizando projetos,
laudos, os relatórios e a execução. Laudos AVCB.
Inspeções em Caldeiras e Vasos (NR13 e ASME),
Tanques (API 653) e tubulações, elaboração de projetos
de alteração e reparo (PAR) e a sua execução.
 Gestão de Projetos, Obras e Segurança em Obras.
Alexandre Brantis, email: brantis@uol.com.br
Tel: (19) 99512-7878 ou 3326-1316
www.brantisolucoes.com.br

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