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Eduardo Teixeira Neto- Curso de Operadores de Processo – RPR 2017
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A figura mostra as etapas simplificadas de uma destilação atmosférica . O forno está destacado na figura .
Faz parte do aquecimento final. Está antes do pre aquecimento e da dessalgação. A finalidade principal
de um forno é aquecer e vaporizar parcialmente o produto que passa através dele.
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PRINCIPAIS PARTES DE UM FORNO
RADIAÇÃO:
A radiação é a zona do forno onde ocorre a queima de
combustível, ou seja, existe fogo, o qual provoca o contato
direto do calor radiante das chamas com a parede dos tubos.
Nesta seção os tubos ficam expostos a maior temperatura do
forno. Representa 60 a 80% da absorção de calor do forno.
CONVECÇÃO:
A convecção é a parte do forno que não fica exposta diretamente as
chamas, fica numa zona do forno fora do alcance do calor radiante das chamas.
Os gases de combustão que saem da seção de radiação possuem temperatura
elevada, sendo, portanto, capazes de ceder calor aos tubos desta seção do forno
por convecção e condução.
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PRINCIPAIS PARTES DE UM FORNO
CHAMINÉ:
Situa-se logo após a zona de convecção. Os gases
provenientes da queima do combustível na seção de radiação,
passam pela seção de convecção e posteriormente dirigem-se
para a caixa da chaminé, de onde são expelidos para a
atmosfera.
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gases(tiragem) . Com cargas baixas no forno pode ser
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PRINCIPAIS PARTES DE UM FORNO
MAÇARICO( Queimadores):
É a parte do queimador onde ocorre a queima do
combustível gasoso ou líquido.
É constituído por um bico, que é uma peça de
diâmetro reduzido, a qual possui um bocal perfurado com
orifícios de pequeno diâmetro, e que serve para orientar e
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para atomização.
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PRINCIPAIS PARTES DE UM FORNO
MAÇARICO (QUEIMADOR) à ÓLEO COMBUSTÍVEL:
É aquele que se destina a queimar exclusivamente óleo
combustível.
MAÇARICO (QUEIMADOR) a GÁS COMBUSTÍVEL: É
aquele que se destina a queimar exclusivamente gás
combustível
MAÇARICO (QUEIMADOR) COMBINADO: É aquele que
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  • 1. FORNOS eteX Eduardo Teixeira Neto- Curso de Operadores de Processo – RPR 2017 eteX 1
  • 2. Etapas de Uma Operação de Destilação Simplificado Produtos Finais Bombeamento Pre Aquecimento Dessalgação Aquecimento Final Destilação FINALIDADE DO FORNO NA REFINARIA A figura mostra as etapas simplificadas de uma destilação atmosférica . O forno está destacado na figura . Faz parte do aquecimento final. Está antes do pre aquecimento e da dessalgação. A finalidade principal de um forno é aquecer e vaporizar parcialmente o produto que passa através dele. eteX 2
  • 3. eteX 3 PRINCIPAIS PARTES DE UM FORNO RADIAÇÃO: A radiação é a zona do forno onde ocorre a queima de combustível, ou seja, existe fogo, o qual provoca o contato direto do calor radiante das chamas com a parede dos tubos. Nesta seção os tubos ficam expostos a maior temperatura do forno. Representa 60 a 80% da absorção de calor do forno. CONVECÇÃO: A convecção é a parte do forno que não fica exposta diretamente as chamas, fica numa zona do forno fora do alcance do calor radiante das chamas. Os gases de combustão que saem da seção de radiação possuem temperatura elevada, sendo, portanto, capazes de ceder calor aos tubos desta seção do forno por convecção e condução.
  • 4. eteX 4 PRINCIPAIS PARTES DE UM FORNO CHAMINÉ: Situa-se logo após a zona de convecção. Os gases provenientes da queima do combustível na seção de radiação, passam pela seção de convecção e posteriormente dirigem-se para a caixa da chaminé, de onde são expelidos para a atmosfera. DAMPER: equipamento colocado na chaminé para controle de saída de gases(tiragem) . Com cargas baixas no forno pode ser manuseado para diminuir a saída de gases mantendo o calor dentro do forno.
  • 5. eteX 5 PRINCIPAIS PARTES DE UM FORNO MAÇARICO( Queimadores): É a parte do queimador onde ocorre a queima do combustível gasoso ou líquido. É constituído por um bico, que é uma peça de diâmetro reduzido, a qual possui um bocal perfurado com orifícios de pequeno diâmetro, e que serve para orientar e melhor distribuir o formato da chama. Já o maçarico propriamente dito é constituído por duas tubulações concêntricas, sendo que pela tubulação interna escoa o óleo combustível e pela externa o vapor para atomização.
  • 6. eteX 6 PRINCIPAIS PARTES DE UM FORNO MAÇARICO (QUEIMADOR) à ÓLEO COMBUSTÍVEL: É aquele que se destina a queimar exclusivamente óleo combustível. MAÇARICO (QUEIMADOR) a GÁS COMBUSTÍVEL: É aquele que se destina a queimar exclusivamente gás combustível MAÇARICO (QUEIMADOR) COMBINADO: É aquele que se destina a queimar óleo e gás combustível. Consiste também de uma tubulação perfurada na extremidade na forma de círculo, o que permite uma distribuição adequada do gás, tangencialmente ao bloco refratário.
  • 7. eteX 7 PRINCIPAIS PARTES DE UM FORNO SOPRADOR DE FULIGEM: É um tubo perfurado de diâmetro e comprimento variados, cuja finalidade é a remoção da película isolante de fuligem que se deposita na parede dos tubos, principalmente na zona de convecção, onde a velocidade dos gases é menor. RETRATIL FIXO
  • 8. eteX 8 PRINCIPAIS PARTES DE UM FORNO BLOCO REFRATÁRIO: É um conjunto de tijolos refratários, através do qual a chama se projeta para o interior da câmara de combustão. O refratário protege a chapa externa no forno do calor das áreas de radiação e convecção e permite uma proteção para perdas térmicas para a atmosfera externa ao forno. Atualmente existem materiais que refletem o calor para dentro do forno aumentando a eficiência de transferência de calor para os produtos aquecidos. Atualmente estão sendo usados os refratários de Fibra Ceramica (Al2O3 e SiO2).
  • 9. eteX 9 PRINCIPAIS PARTES DE UM FORNO VAPOR PARA ABAFAMENTO: Todos os fornos para produtos combustíveis são dotados de tubulações que direcionam o vapor para vários pontos do forno, principalmente para a câmara de combustão e a caixa de cabeçotes. Esta tubulação normalmente tem válvulas independentes e são comandadas manualmente e a distância do forno. Fornos com cabeçotes para conexão entre tubos podem ter vazamento nestas junções , devido a isto pode haver combustão nestas áreas externas ao forno. O uso de vapor de abafamento minimiza a possibilidade de um incêndio nestes cabeçotes.
  • 10. eteX 10 TIRAGEM TIRAGEM: É a diferença entre a pressão atmosférica e a pressão do gás residual (GÁS DE COMBUSTÃO) em um determinado ponto da caixa coletora da chaminé. Conceitualmente podemos dizer que TIRAGEM é o fluxo de ar e gases de combustão que escoam através do forno em direção a atmosfera. Existe uma perda de pressão através de cada secção do forno, a qual deve ser vencida pela tiragem. Esta perda de pressão é acompanhada pela perda de temperatura dos gases de combustão e consequente troca de calor para o fluido que se quer aquecer. Devido a necessidade de aquecermos o fluido ao máximo dentro do forno, resfriaremos demasiadamente os gases residuais, dificultando assim a sua saída para a atmosfera. Por isto somos obrigados a forçar esta saída.
  • 11. eteX 11 TIPOS DE TIRAGEM Tiragem Natural – Fornos RPR Tiragem Forçada Tiragem induzida Tiragem balanceada
  • 12. eteX 12 TIPOS DE FORNOS Quanto ao numero de passes Forno com um passe: Entrada pela convecção e saída pela radiação. Fornos da Us-100/4000/5000/10000 na RPR Forno com dois ou mais passes . Duas ou mais entradas pela convecção e duas ou mais saídas pela radiação. Forno da U-200
  • 13. eteX 13 TIPOS DE FORNOS Quanto a forma Existem varias configurações e formas para fornos , sendo as mais comuns a cilíndrica e a tipo caixa com um ou mais passes.
  • 14. eteX 14 PRINCIPAIS VARIAVEIS OPERACIONAIS Feed In Feed Out 450 °F 600 °F Radiant SectionConvection Section 1,650 °FFlue gas 500 °FFlue gas 3,200 °FFlue gas 1,650 °FFlue gas 500 °F As variáveis operacionais de um forno focam basicamente as áreas de convecção e radiação como controle e informação de desempenho 260°C 232°C 900°C 900°C 1760°C 316°C 260°C
  • 15. eteX 15 PRINCIPAIS VARIAVEIS OPERACIONAIS Excesso de Ar Controle temperatura de saída Pressão da fornalha Temperatura dos gases
  • 16. eteX 16 PRINCIPAIS VARIAVEIS OPERACIONAIS Fluxo de Materia Prima Controle da razão de fluxo por corrente Fluxo de combustivel Fluxo de combustível controlado remotamente com informação da saída de temperatura
  • 17. eteX 17 FORNOS DA RPR FORNO DA U-100 DESTILAÇÃO ATMOSFERICA FORNO DA U-200 DESTILAÇÃO ATMOSFERICA
  • 18. eteX 18 CHAMA DOS QUEIMADORES Queimador à oleo - Tipo de Chama Limpa, amarela, sem fumaça IDEAL Longa com fumaça ar de combustão , insuficiente ou vapor insuficiente Avermelhada escura com fumaça Ar de combustão insuficiente para completar a combustão Brilhante , curta Excesso de oxigenio ou muito vapor de atomização Fina , agitada Muito vapor de atomização, insuficiente combustivel ou baixa vazão de oleo. Queimador à gas- Tipo de Chama Azul , compacta IDEAL Longa Muito ar secundario e insuficiente ar primario Curta Muito ar primario e ou insuficiente ar secundario Retorno da chama baixa pressão de gas ou gas muito leve Chama sai do queimador Alta pressão de gas
  • 19. eteX 19 CUIDADOS NA PARTIDA DOS FORNOS • Inspeção • Verificar limpeza e danos • Assegure que todos os queimadores e pilotos estão fechados • Purga • Remova todos os inflamáveis do interior do forno. • Acendimento do queimador com tocha • Tente acender com a tocha , se não acender em alguns segundos feche o queimador e comece novamente • Operação Normal • Ir aumentando a temperatura e o fluxo do fluido do processo conforme procedimento • Verifique o balanço nos passes e as temperaturas e pressões do forno.
  • 20. QUEIMADOR A GÁS - Firme - Brilhante - Fixa - Sem fuligem - Cor : Azul, com flashes amarela- dos - Inferno - Chama grande amarela - Chama batendo nos tubos - Combustão incompleta - Excesso de óleo - Pouco ar - Orifícios do queimador gastos. - Chama Ofuscante - Muito ar secundário -Chama fuliginosa -Pouco ar para combustão OPERAÇÃO
  • 21. 6.8 – PRINCIPAIS PROBLEMAS COM QUEIMADORES A ÓLEO : 6.8.1 – ESCORRIMENTO OU GOTEJAMENTO DO ÓLEO – Quando o óleo estiver escorrendo na ponta do queimador, não está ocorrendo uma atomização boa, provavelmente devido à temperatura baixa do óleo, entupimento do bico ou câmara de atomização, ou ainda, mistura imprópria entre vapor e óleo. A SOLUÇÃO de tal problema, seria primeiramente aumentar a temperatura do óleo até o máximo permitido. Se o gotejamento ainda persistir, tentar ajustar melhor a mistura vapor-óleo e, se por acaso não adiantar, apague o queimador e abra-o para verificar entupimentos. 6.8.2 – DIFICULDADE DE ACENDIMENTO DA CHAMA – A dificuldade de acendimento da chama do queimador poderá ser devido ao excesso de vapor de atomização ou ao excesso de ar primário. No primeiro caso, a SOLUÇÃO seria ir reduzindo o vapor até que ocorra a ignição. Já no segundo caso, é conveniente cortar totalmente o ar primário, porque a admissão de muito ar primário implica no resfriamento do bloco refratário a um ponto tal que não permite o acendimento da chama. OPERAÇÃO
  • 22. 6.8.3 – DEPÓSITOS DE COQUE NO BICO DO QUEIMADOR – Isto poderá ocorrer devido a má atomização, o que permite a formação de uma película de líquido (óleo) na superfície do bico, que devido ao calor irradiado pelo bloco refratário, transforma-se em coque. A SOLUÇÃO para este tipo de problema é a eliminação da causa, ou seja, melhorando a atomização, a formação de película cessa e, em consequência, a formação de coque também. 6.8.4 – FORMAÇÃO DE FUMAÇA NA CHAMINÉ – Ocorre devido a muitos fatores, sendo que os mais relevantes são : 6.8.4.1 – FALTA DE VAPOR DE ATOMIZAÇÃO E/OU AR PARA COMBUSTÃO – A SOLUÇÃO para este caso seria aumentar o vapor de atomização e/ou ar para combustão. 6.8.4.2 – VAPOR ÚMIDO (CONDENSADO NO VAPOR) – Ocorre devido a problemas de purgas ineficientes. A SOLUÇÃO para este caso seria purgar o vapor adequadamente ou aumentar sua temperatura. OPERAÇÃO
  • 23. - Firme - Clara - Sem fumaça - Fixa - Cor : Amarela brilhante a laranja - Inferno - Chama batendo contra os tubos - Combustão incompleta - Muito óleo - Pouco ar - Pouco vapor para atomização - Orifício do queimador gasto -Chama Oblíqua - Chama batendo contra os tubos em um dos lados - Lança do queimador está oblíqua ou está baixa - Problemas na atomização - Gotejamento de óleo - Temperatura baixa do óleo - Baixa pressão do vapor de atomização - Faíscas - Água no óleo - Sujeira no óleo - Óleo frio - Pouco vapor para atomização OPERAÇÃO
  • 24. - Chama com fumaça - Pouco ar de combustão - Bocal do queimador danificado - Óleo frio - Queimador montado muito baixo - Chama ofuscante - Muito ar secundário - Muito vapor para atomização - Chama pequena sem forma - Baixo ar primário - Chama espalhada pelo piso da fornalha - Retono de chama - Chama pulsante - Pouco ar primário - Baixa pressão de gás OPERAÇÃO
  • 25. É impossível operar um forno com a quantidade ideal de ar, entretanto conseguimos otimizar a vazão de ar para os fornos, controlando a composição dos gases de combustão através de análises periódicas como Orsat ou Fyrite, as quais determinam com bastante exatidão os percentuais de CO, CO2 e O2 nos gases de combustão. Na prática, considera-se um teor de CO2 na faixa de 13% a 14% como ótimo. Deve-se sempre evitar a QUEIMA EXCESSIVA , que pode ocorrer devido a passes acima do nominal, com excesso de ar no forno. Por isto, deve-se monitorar a temperatura da parte superior da seção de radiação e também a superfície dos tubos, se existir ali termopares instalados. OPERAÇÃO
  • 26. A COMBUSTÃO RETARDADA OU SECUNDÁRIA também deve ser evitada, porque poderá danificar a seção de saída dos gases de combustão. Este tipo de combustão ocorre devido à queima incompleta de combustível em virtude de excesso de combustível ou falta de ar para combustão. Ao invés da reação de combustão se completar até CO2, ela para na formação de CO devido à falta de O2. Com isto, os gases de combustão ficam com excessivo teor de CO, o qual devido à alta temperatura irá queimar a CO2, assim que encontrar O2 suficiente, o que ocorrerá na chaminé. As vigias de observação de chama devem permanecer fechadas para evitar a entrada de ar frio, o que baixa a eficiência do forno. A FORMAÇÃO DE COQUE poderá ser verificada pelo incremento da pressão de entrada no forno. Sempre que esta pressão subir sem que existam outras variações tais como, característica da carga,temperatura de saída do forno, vazão através do forno, distribuição dos queimadores. OPERAÇÃO
  • 27. 7.2 – PARADA DE EMERGÊNCIA : 7.2.1 – PARADA POR FURO OU VAZAMENTO INTERNO NO FORNO : Apagar os queimadores, mantendo apenas um aceso; Injetar vapor por dentro dos tubos; Injetar vapor para abafamento; Apagar o último queimador aceso; Isolar o forno, se for possível; Mantenha a circulação de vapor durante no mínimo 3 horas. 7.2.2 – PARADA POR FALTA DE VAPOR PARA ATOMIZAÇÃO : Apagar todos os queimadores e fechar as válvulas de vapor para atomização e óleo combustível. Abrir meia volta o retorno de óleo combustível e não dar contravapor. OPERAÇÃO
  • 28. 7.3 – TESTES : Sempre que um forno for aberto para manutenção e limpeza, deverá ser feito um teste de pressão antes da partida. Este teste poderá ser feito com qualquer produto, entretanto, aconselha-se água, por não ser inflamável. Para executar o teste devemos : A – Raquetear a entrada e a saída do forno; B – Encher os tubos do forno com água, ventando todo o ar através da saída superior do forno para a atmosfera ou pileta; C – Após o enchimento deveremos pressurizar até uma pressão 1,5 vezes a pressão de operação. Se esta pressão se mantiver por uma hora, o forno estará apto para operar. OPERAÇÃO
  • 29. 8 – PARTIDA DE UM FORNO : Para acender um forno, devemos estar certos de que através dele existe um fluxo de no mínimo 50% do fluxo nominal. Devemos revisar todos os termopares, os quais deverão estar marcando a temperatura ambiente ou no batente se sua escala começar acima da ambiente. OBS.: Nenhum termopar poderá estar indicando temperaturas negativas, se isto ocorrer, mande revisar. O controle de óleo combustível para os queimadores deverá ser manual e comandado pelo operador de campo, o qual estará acendendo os queimadores, o que não significa que o controlista não deva observar a temperatura e, se necessário, alertar o operador de campo. Assim que todos os queimadores estiverem acesos com a chama mínima, deve-se monitorar todas as temperaturas ao longo do forno para termos certeza que temos circulação ao longo de todo o forno. Se algum ponto de temperatura permanecer inalterado, devemos apagar o forno imediatamente. OPERAÇÃO
  • 30. O aquecimento do fluido deverá ser lento, em uma razão máxima de 90ºC/h. No caso do revestimento refratário do forno ser novo, devemos aquecê- lo de acordo com a curva fornecida pelo fabricante. Quando a temperatura da saída do produto do forno e a vazão circulante por ele estiverem próximas da estabilidade, poderemos passar o controle de temperatura do forno para automático. OPERAÇÃO
  • 31. A Calor transferido diretamente através da chama rad. 14% B Calor transferido diretamente através do gás rad. 28% C Calor transferido diretamente através do gás convec. 6% D Calor transf. Indir. Através da refexão refratário 12% Total da Transferência na Seção de Radiação 60% E Calor diret. Transf. através convecção tubos 25% Total de Calor Útil 85% F Perdas através dos gases da chaminé 13% G Perdas por radiação 2% Total 100% OPERAÇÃO