Apostila de caldeira]

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Apostila de caldeira]

  1. 1. PROF. IVAN GASPAR PASTA 142 EQUIPAMENTOS SUJEITOS A PRESSÃO INTERNA CALDEIRAS 1- Definição É todo equipamento destinado a produzir vapor com pressão superior `a atmosfera , utilizando-se qualquer fonte externa de energia . 2- Principais utilizações ⇒ Nos hospitais - esterilização de materiais , aquecimento de água ⇒ Nas indústrias - Acionamento de máquinas ( compressores ; bombas ) - Aquecimento de linhas ( tubulações ). 2- Tipos de caldeiras 2.1- Caldeiras flamotubulares ( tubos de fogo ) São aquelas em que os gases quentes da combustão passam por dentro de tubos circundados pela água. São feitas para operar em pressões limitadas, uma vez que o vaso submetido a pressão é relativamente grande, o que inviabiliza o emprego de chapas de maiores espessuras. 2.2 -Caldeiras aquotubulares São aquelas em que os gases quentes envolvem os tubos que possuem água em seu interior. Esse tipo de caldeira é de utilização mais ampla, uma vez que possui vasos pressurizados ( tubulões )de menores dimensões relativas, o que viabiliza, econômica e tecnicamente, o emprego de maiores espessuras e, portanto, a operação com pressões mais elevadas. 2.3 Caldeiras mistas São aquelas que possuem partes aquatubulares e partes flamatubulares Combustíveis usados nas caldeiras 3.1- Combustíveis sólidos ⇒ carvão , lenha , bagaços , etc 3.2 - Combustíveis líquidos ⇒ óleo diesel , óleo combustível , óleo vegetal 3.3 - Combustíveis gasosos ⇒ gás natural , gás liquefeito , de petróleo ( GLP ) 3- Principais riscos 3.1-Explosões O risco de explosão do lado água esta presente em todas as caldeiras, uma vez que a pressão nesse lado é sempre superior à atmosférica. Qualquer quantidade de um fluído compressível não importa qual, quando comprimido, por exemplo, a uma pressão dez atmosferas, estará ocupando um espaço dez vezes menor do que ocuparia se estivesse submetida à pressão atmosférica. Essa massa “DESEJA”, portanto , OCUPAR UM ESPAÇO DEZ VEZES MAIOR, ”PROCURANDO-O ” através das fendas e rupturas, e “CONSEGUINDO-O”COM A EXPLOSÃO, quando, por um motivo ou outro, a resistência do vaso é superada. Daí a necessidade do emprego de espessuras calculadas em função da resistência do material e das características de operação. As explosões nas caldeiras ocasionam quase sempre acidentes graves e são devidas frequentemente a uma sobrepressão acidental ou a ruptura de um elemento qualquer da mesma. As explosões gasosas são mais raras e se produzem pela inflamação acidental de uma mistura detonante, no caso em particular pelo emprego de óleo combustível. 1
  2. 2. No caso de caldeiras, outro fator importante a ser considerado para avaliarem-se as consequências de uma explosão é a grande quantidade de calor encerrada no processo de vaporização de água.. Deve-se no entanto, destacar a importância do risco de explosões por quatro motivos principais: ⇒ Por se encontrar presente durante todo o tempo de operação, sendo necessário o seu controle contínuo, sem interrupção; ⇒ Em razão da violência com que as explosões acontecem, na maioria dos casos suas consequências são catastróficas, em face da grande quantidade de energia liberada instantâneamente. ⇒ Por envolver não só o pessoal de operação ,como também os que trabalham nas proximidades podendo atingir até mesmo a comunidade ( vizinhos e vias públicas ) e a clientela, quando se trata de empresas de serviços ( hospitais e hotéis, principalmente ). ⇒ Porque sua prevenção deve ser considerada em todas as fases: Projeto, fabricação, operação, manutenção, inspeção e outras. 3..1.1 - Causas ⇒ Diminuição de resistência, que pode ser decorrente do superaquecimento ou da modificação da estrutura do material . Ex : incrustações ⇒ Diminuição da espessura, que pode advir da corrosão ou da erosão. ⇒ Aumento da pressão que pode ser decorrente de falhas diversas, operacionais ou não. Ex :Falta de água INCRUSTAÇÕES Um problema clássico da segurança das caldeiras é o da incrustações. Consiste na deposição e agregação de sólidos juntos ao aço de que se constitui a caldeira, no lado da água, em razão da presença de impurezas tais como o sulfatos , carbonatos ( de cálcio/magnésio ), silicatos complexos ,contendo, ferro, alumínio ,cálcio e sódio, sólidos em suspensão e ,ainda em virtude da presença dos precipitados resultantes de tratamentos inadequados da água da caldeira ( borras de fosfato de cálcio ou magnésio ) e de óxidos de ferro não protetores. A incrustação se comporta como isolante térmico ( a condutividade térmica dos depósitos minerais é muito baixa :aproximadamente 45 vezes inferior à do aço ), ELA NÃO PERMITE QUE A ÁGUA ,"REFRIGERE " O AÇO “ou seja, o aço absorve calor sensível, isto é sua temperatura se eleva proporcionalmente à quantidade de calor recebida. Em caso de incrustações generalizadas, essa situação agrava-se ainda mais, com o aumento operacional do fornecimento de calor no lado dos gases, para manter-se a água na temperatura de ebulição. 2
  3. 3. Com esse aumento de temperatura, além das perdas de energia, do ponto de vista da segurança, podem ocorrer as seguintes consequências indesejáveis: ⇒ O aço previsto para trabalhar em temperatura da ordem de 300 0 C fica exposto a temperaturas da ordem de 5000 C ,fora dos limites de resistência e, portanto, em condições de risco de explosão acentuada. ⇒ Sendo quebradiça, uma parte da camada incrustante pode soltar-se, fazendo a água entrar em contato direto com as paredes do tubo em alta temperatura, o que provoca a expansão repentina da água e, consequentemente, a explosão. ⇒ Formam-se áreas propícias a corrosão, dadas a porosidade da incrustação e a possibilidade da migração de agentes corrosivos para a sua interface com o aço. CORROSÃO A CORROSÃO CONSTITUI UM DOS MAIS IMPORTANTES FATORES DE DETERIORAÇÃO DE CALDEIRAS. Como causa de explosões ela atua como principal fator de diminuição da espessura das partes sujeitas a pressão. Essa atuação É “SILENCIOSA”E NÃO DETECTÁVEL pelos instrumentos de operação da caldeira. Os pressostatos e as válvulas de segurança não impedem essas explosões uma vez que elas não são necessariamente acompanhadas de elevação de pressão de operação; podem até mesmo ocorrer em pressões inferiores à MPTA ( máxima pressão de trabalho admissível ). A DETECÇÃO DESSA CAUSA DE EXPLOSÕES SÓ PODE SER OBTIDA DA ÚNICA FORMA: POR MEIO DAS INSPEÇÕES INTERNAS, DAÍ A IMPORTÂNCIA DESSA MEDIDA, OBRIGATÓRIA NÃO SÓ POR LEI, MAS TAMBÉM COMO PRÁTICA RECOMENDADA PELA BOA TÉCNICA, NAS CALDEIRAS 3.2- Queimaduras As queimaduras podem ser provocadas : ⇒ Contato com cinzas , partes quentes , etc . ⇒ Contato com os gases quentes ⇒ Projeção de fluidos quentes , vapor ou água quente . A projeção de vapor ou de água fervendo é a causa mais comum de acidentes , pois ela pode resultar de múltiplas causas : junta deteriorada, registros em mal estado, ruptura do nível de água etc. 3.3- Asfixia Pela inalação de monóxido de carbono devido a uma falta de ventilação. 3.4 - Incêndio São inerentes à própria instalação das caldeiras e aos depósitos de combustíveis ,para os quais os dispositivos especiais( muitos dos quais são obrigatórios ) devem ser aplicados. 3.5 - Acidentes elétricos 3
  4. 4. São resultantes do emprego da eletricidade para a alimentação de motores de órgãos mecânicos . Atenção toda particular deve ser dada ao emprego de lâmpadas de segurança ,para a visita ao interior das caldeiras , pois o pessoal encarregado da manutenção se encontra em contato com importantes massas metálicas , geralmente em transpiração, estando sujeito `a temperatura e à falta frequente de aeração , condições estas favoráveis a um perigo de eletrocução. 3- Inspeção de caldeira As caldeiras serão , obrigatoriamente, submetida a inspeção de segurança interna e externamente , por profissionais habilitados , nas seguintes situações : ⇒ Antes de entrar em funcionamento , quando novas, no local de operação . ⇒ Após reforma , modificação ou ter sofrido qualquer acidente. ⇒Periodicamente , pelo menos uma vez por ano. ⇒ Ao ser colocada em funcionamento após intervalo de inatividade igual ou superior a seis meses consecutivos. ⇒ Quando houver mudança de local de instalação. 4- Localização das caldeiras As caldeiras de qualquer estabelecimento devem ser instaladas em CASA DE CALDEIRAS , ou em local específico para tal fim , denominado de ÁREA DE CALDEIRA . 5- Documentos das caldeiras Toda caldeira deve possuir no estabelecimento onde estiver instalada a seguinte documentação , devidamente atualizada . ⇒PRONTUÁRIO DA CALDEIRA . ⇒REGISTRO DE SEGURANÇA . ⇒ PROJETO DE INSTALAÇÃO. ⇒PROJETO DE ALTERAÇÃO OU REPARO. ⇒RELATÓRIOS DE INSPEÇÃO. 6- Segurança na operação de caldeiras Toda caldeira deve possuir "MANUAL DE OPERAÇÃO " atualizado , em língua portuguesa , em local de fácil acesso aos operadores contendo no mínimo : ⇒ PROCEDIMENTOS DE PARTIDAS E PARADAS ⇒PROCEDIMENTOS E PARÂMETROS OPERACIONAIS DE ROTINA ⇒PROCEDIMENTOS PARA SITUAÇÕES DE EMERGÊNCIA ⇒PROCEDIMENTOS GERAIS DE SEGURANÇA , SAÚDE E DE PRESERVAÇÃO DO MEIO AMBIENTE . 4
  5. 5. 7-Instrumentos e controles de caldeiras Devem ser mantidos em boas condições operacionais . ⇒ INDICADOR DE NÍVEL DE ÁGUA ⇒ MANÔMETROS - destinado a marcar a pressão . ⇒ VÁLVULAS DE SEGURANÇA - impedir que a pressão ultrapasse um valor superior. ⇒ VÁLVUALS DE RETENÇÃO - para isolar e ou impedir a inversão do sentido de escoamento. ⇒ REGISTRO DE DESCARGA - para fazer as purgas OBS : "MÁXIMA PRESSÃODE TRABALHO ADMISSÍVEL - MPTA " ou " "PRESSÃO MÁXIMA DE TRABALHO PERMITIDA - PMTP "É o maior valor de pressão compatível com o código de projeto , a resistência dos materiais utilizados , as dimensões do equipamento e seus parâmetros operacionais . " VASOS DE PRESSÃO 1- Definição "São equipamentos que contêm fluidos sob pressão interna ou externa ." Os vasos de pressão estão sempre submetidos simultaneamente à pressão interna e à pressão externa . Mesmo vasos que operam com vácuo estão submetidos a essa pressões , pois não existe vácuo absoluto . O que usualmente denomina-se vácuo é qualquer pressão inferior à atmosfera . 2- Principais utilizações São utilizados para armazenar líquidos , gases ( acetileno, oxigênio , nitrogênio , dióxido de carbono , hidrogênio , ar comprimido , GLP , etc.) São instalados em unidades industriais e outros estabelecimentos públicos ou privados , tais como : hotéis , hospitais etc . 3- Construção Os vasos de pressão podem ser construídos de materiais e formatos geométricos variados em função do tipo de utilização a que se destinam . DESTA FORMA EXISTEM VASOS DE PRESSÃO ESFÉRICOS, CILÍNDRICOS , CÔNICOS ETC , construídos em AÇO CARBONO , ALUMÍNIO, AÇO INOXIDÁVEL , FIBRA DE VIDRO E OUTROS MATERIAIS. 4- Localização Deverão ser instalados em locais que ofereçam boas condições ambientais de trabalho do operador . 5- Dispositivos de Segurança Devem ser instalados para evitar que seja ultrapassada a PRESSÃO MÁXIMA DE TRABALHO . ⇒ MANÔMETRO - destinado para medir a pressão . ⇒ PRESSOSTATO - destinado a manter a pressão constante . ⇒ TERMÔMETRO - destinado a marcar a temperatura. 5
  6. 6. ⇒ TERMOSTATO - destinado a manter a temperatura constante . ⇒ VÁLVULAS DE SEGURANÇA ⇒ DISCO DE RUPTURA LEVAR PARA PROVA E CONSULTAR 6-CLASSIFICAÇÃO DE VASOS DE PRESSÃO, SEGUNDO NR - 13 ⇒ 1º Passo ( ver se enquadra na NR13) O produto PV tem que ser maior que 8 (anexo III) P – Pressão em Quilo Pascal (Kpa) V – Volume em metro cúbico ( m 3 ) ⇒ 2º Passo ( classificar segundo anexo IV) • Fluido ; Grupo Potencial de Risco ; Categoria Entra com o produto PV na tabela P deverá estar em Mega Pascal (M Pa) e o volume em metros cúbicos (m3 ) 1 Mega Pascal = 1000 000 Pascal( 10 6 ) 1 Quilo Pascal = 1000 Pascal ( 10 3 ) Muitos vasos a pressão está em Kgf/cm2 e para atender a NR13 é necessário fazer a transformação Exemplo : transformar 20,4 Kgf/cm2 em :Pascal , Quilo Pascal e Mega Pascal 1000 000 Pascal - 10,197 Kg / fcm2 x Pascal - 20,4 Kgf / cm2 x = 20, 4 x 1000 000 = 2000588, 4 Pascal 10, 197 2000588,4 Pascal corresponde à : Se dividir por 1000 - tenho 2000,588 Kpa Se dividir por 1000 000 - tenho 2,000588 Mpa EX: 1- Classificar o vaso de pressão abaixo Fluido : líquido inflamável Volume geométrico : 78 m3 Pressão de Operação : 200 K Pa SOLUÇÃO a )Para verificar se o vaso se enquadra na Nr -13 : Máxima pressão de operação = 200 K Pa PV =78 x 200 ; PV = 15 600 portanto PV >> 8, se enquadra na NR - 13 b) Para determinar a categoria do vaso fluído inflamável = fluído classe A ( ver tabela ) 15 600 K Pa divido por 1000 = 15,6 M Pa P.V= 15 ,6 X 78 m3 = 1216,8 ( portanto, P.V maior que 100 ) 6
  7. 7. Com P.V maior que 100 e fluído classe A , vamos à tabela do Anexo IV e constatamos que o vaso é. do grupo potencial de risco 1 com categoria I EX: 2 -Equipamento : fracionadora de Etileno Temperatura de Operação : - 30 0 C Volume geométrico : 7850 00 litros Pressão de Operação : 20,4 Kgf/cm2 Produto : Etileno SOLUÇÃO a )Para verificar se o vaso se enquadra na Nr -13 : Máxima pressão de operação = 20,4 Kgf/ cm2 Para transformar para Kpa  20,4 ÷ 0,010197 = 2000,58 Kpa Para transforma de litros para metros cúbicos = 1 m3 = 1000 litros 785000 litro = 785000 ÷1000 = 785 m3 P.V = 2000,58 X 785 = 1.570.461,90, portanto PV >> 8, se enquadra na NR - 13 . b) Para determinar a categoria do vaso Produto Etileno = fluído inflamável = fluído classe A ( ver tabela ) P.V= 2,00058 ( Mpa ) X 785 m3 = 1570,45 ( portanto, P.V ≥ 100 ) Com P.V maior que 100 e fluído classe A , vamos à tabela do Anexo IV e constatamos que o vaso é. do grupo potencial de risco 1 com categoria I OBSERVAÇÃO •A classificação dos fluídos em inflamáveis e combustíveis deve atender às prescrições da NR-20. •Sempre deverá ser considerada a condição mais crítica . Por exemplo, se um gás for asfixiante simples ( fluído classe C ) e inflamável ( fluído classe A ) deverá ser considerado como inflamável . •A temperatura a ser utilizada para classificação é a da operação do vaso de pressão . •A toxidade dos fluídos deve atender ao previsto nas NR’s . Caso os Limites de Tolerância para o fluído ou mistura não estejam contemplados, deverão ser utilizados valores aceitos internacionalmente . •Quando um vaso de pressão contiver uma mistura de fluído, deverá ser considerado para fins de classificação o fluído que apresentar maior risco aos trabalhadores, instalações e meio ambiente, desde que sua concentração na mistura seja significativa, a critério do estabelecimento . •Para efeito de classificação, os valores de pressão máxima de operação poderão ser obtidos a partir dos dados de engenharia de processo, das recomendações do fabricante do vaso de pressão, ou das características funcionais do equipamento . •Todo vaso de pressão cujo produto “ PV “seja maior que 8, é enquadrado na NR - 13 . Os vasos cujo produto “ PV “seja superior a 8, porém cujo fluído não se enquadre nas classes definidas pelo Anexo IV, deverão ter sua categoria atribuída em função do histórico operacional e do risco oferecido aos trabalhadores e instalações, considerando-se : Toxidade, inflamabilidade e concentração . Os valores de pressão máxima de operação a serem utilizados para cálculo do produto “PV “na tabela do Anexo IV deverão estar em Mega pascal ( Mpa ) 7
  8. 8. CHECK-LIST DE CALDEIRAS E VASOS DE PRESSÃO ( NR-13) 1) O equipamento esta trabalhando abaixo da pressão máxima ( PMTP )? ( ) Sim ( ) Não Constitui risco grave e iminente a falta de qualquer um dos seguintes ítens: a) A válvula de Segurança esta em boas condições ? ( ) Sim ( ) Não b) A válvula de Segurança está com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior a PMTP? ( ) Sim ( ) Não c) O manômetro está em bom estado e funcionando? ( ) Sim ( ) Não d) Existe sistema de drenagem rápida e funcionando bem? ( ) Sim ( ) Não e) Sistema de indicação para controle do nível de água que evite o superaquecimento por alimentação deficiente funcionando bem? ( ) Sim ( ) Não 2-Corpo da caldeira a) A placa de identificação da caldeira está em local visível de fácil acesso ? ( ) Sim ( ) Não b) Existe na placa de identificação da caldeira as informações abaixo? Nome do fabricante ( ) Sim ( ) Não Número de Ordem dado pelo fabricante ( ) Sim ( ) Não Ano de fabricação ( ) Sim ( ) Não Pressão máxima de trabalho permitida ( ) Sim ( ) Não Pressão de teste hidrostático ( ) Sim ( ) Não Capacidade de produção de vapor ( ) Sim ( ) Não Área da superfície de aquecimento ( ) Sim ( ) Não Código de projeto e ano de ediçã ( ) Sim ( ) Não Categoria da caldeira ( 13. 1. 9 ) ( ) Sim ( ) Não 3- Documentação da caldeira ( PRONTUÁRIO ) Existe prontuário da caldeira ( ) Sim ( ) Não No prontuário da caldeira existe as informações abaixo: - Código do projeto e ano de edição ( ) Sim ( ) Não - Especificações dos materiais ( ) Sim ( ) Não - Procedimentos utilizados na fabricação , montagem , inspeção final e determinação da PMTA? ( ) Sim ( ) Não . - Conjunto de desenhos e demais dados necessários para monitoramento da vida útil da caldeira ( ) Sim ( ) Não . - Caracteristicas funcionais ( ) Sim ( ) Não - Dados dos dispositivos de Segurança ( ) Sim ( ) Não - Ano de fabricação ( ) Sim ( ) Não 8
  9. 9. - Categoria de caldeira ( ) Sim ( ) Não 4- Registros de Segurança - Existe livro próprio com páginas numeradas ( ) Sim ( ) Não - Estão registradas as ocorrências de inspeção de Segurança períodicas e extraordinárias constam o nome legível e assinadas pelo profissional habilitado? ( ) Sim ( ) Não - O reservatório de combustível é inferior a 2000 litros? ( ) Sim ( ) Não - Existem duas saídas de emergência ( mínimo duas ) , amplas e em direções destinadas ( ) Sim ( ) Não - A ventilação é permanente com entradas de ar que não possam ser bloqueadas ? Sim ( ) ( ) Não - Existe acesso fácil e seguro , necessário á operação e manutenção de caldeira? Sim ( ) ( ) Não - Existe guarda - corpos vazados , com os vãos dimensionados contra quedas de pessoas? ( ) Sim ( ) Não - Existe sistema de captação e lançamento dos gases e material particulado, provenientes da combustão, para fora de área de operação? ( ) Sim ( ) Não - Existe iluminação conforme as normas vigentes e iluminação de emergência ? ( ) Sim ( ) Não - Existe manual de operação da caldeira? ( ) Sim ( ) Não - Caso positivo , informe se contém o seguinte: - Procedimentos de partidas e paradas ( ) Sim ( ) Não - Procedimentos e parâmetros operacionais de rotina ( ) Sim ( ) Não - Procedimentos para situações de emergência ( ) Sim ( ) Não - Procedimentos gerais de segurança , Saúde e de preservação do meio ambiente ( ) Sim ( ) Não - Existe tratamento de água de caldeira ( ) Sim ( ) Não - O operador esta continuamente no seu posto de trabalho ( ) Sim ( ) Não - Os operadores de caldeira possuem certificado de treinamento de segurança na operação de caldeiras ( ) Sim ( ) Não - Estágio prático ( ) Sim ( ) Não - Existe relatório de inspeção , emitido pelo profissional habilitado? ( ) Sim ( ) Não - Ë emitido cópia do relatório de segurança da caldeira e enviado ao sindicato? 13.5.12 ( ) Sim ( ) Não - Existe sinalização de segurança , conforme NR-26? ( ) Sim ( ) Não - Existe proteção contra incêndio, comforme NR-23?( ) Sim ( ) Não - Existe atendimento a NR- 20, líquidos combustíveis e inflamáveis ?( ) Sim( )Não Observações que se fizerem necessárias:_____________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ __________________________________________________ Soilcitamos , que as irregularidades acima apontadas sejam sanadas no menor espaço de tempo , pois representam condições de insegurança , que podem gerar acidentes graves. 9
  10. 10. 10

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