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Apostila de Fornos de Processo

S
Sampa2013

Apostila de Fornos de Processo - Curso de Inspeção de Equipamentos.

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CURSO DE FORMAÇÃO - INSPETOR DE EQUIPAMENTOS
FORNOS
Apostila de Fornos de Processo
Elaboração: Raimundo Sampaio
- 2/59 -
Sumário
1 INTRODUÇÃO4
2 CLASSIFICAÇÃO DOS FORNOS 5
2.1 CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO SERVIÇO 5
2.1.1 Fornos Refervedores (pré-flash) 5
2.1.2 Fomos Atmosféricos 6
2.1.3 Fornos de Vácuo 6
2.1.4 Fomos de Reforma Catalítica 6
2.1.5 Reformadores / Pirolise 6
2.2 QUANTO AO ASPECTO CONSTRUTIVO 6
2.2.1 Horizontais 6
2.2.2 Verticais 7
3 PARTES CONSTITUINTES 8
3.1 SERPENTINA DE AQUECIMENTO 10
3.1.1 Seção de Radiação 10
3.1.2 Seção da convecção 13
3.2 FORNALHA 14
3.2.1 Estrutura 14
3.2.2 Refratários 15
3.2.3 Equipamentos auxiliares 16
4 RAZÕES PARA INSPEÇÃO 22
5 CAUSAS DE DETERIORAÇÃO 22
5.1 RELEMBRANDO 22
5.2 SERPENTINA 24
5.2.1 Tipos de processo 24
5.2.2 Características da carga: 25
5.2.3 Velocidade de fluxo no interior da serpentina 25
5.2.4 Pressão 25
5.2.5 Temperatura 25
5.2.6 Produtos de combustão 27
5.2.7 Deterioração mecânica 27
5.3 FORNALHA 27
5.4 CHAMINÉS E DUTOS 28
6 FREQUENCIA DE INSPEÇÃO E EPOCA PARA A INSPEÇÃO 29
6.1 GENERALIDADES 29
6.2 SEGURANÇA 29
7 ROTINA DE INSPEÇÃO EM FORNOS DE PROCESSO 30
7.1 OBJETIVO 30
7.2 DEFINIÇÕES 30
7.3 CONDIÇÕES GERAIS 31
7.3.1 Planejamento da Inspeção 31
7.3.2 Inspeção em Operação 32
7.3.3 Itens a Serem Inspecionados 32
7.3.4 Inspeção Interna em Parada 38
7.3.5 Ensaios 46
7.4 CONDIÇÕES ESPECÍFICAS 48
7.4.1 Serpentinas de Convecção48
7.4.2 PAF 48
7.4.3 Dutos Primário e Secundário 49
7.4.4 Chaminés 49
7.5 CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO 49
7.5.1 Serpentina 49
7.5.2 Suportes50
7.5.3 Queimadores 50
Apostila de Fornos de Processo
Elaboração: Raimundo Sampaio
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7.5.4 Ramonadores 50
7.5.5 Termopares de Parede 50
7.5.6 Abafadores 50
7.5.7 Tubos de Vapor de Abafamento 50
8 ANEXOS 52
8.1 ANEXO – A – FIG IBP 52
8.2 ANEXO-B – DESCRIÇÃO IBP 53
8.3 ANEXO C- CRITÉRIO DE DEFORMAÇÃO 54
8.4 ANEXO-D – SUPORTES DE MOLA 55
8.5 ANEXO – E SLIDES API RP 581 56
9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 59
Apostila de Fornos de Processo
Elaboração: Raimundo Sampaio
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1 INTRODUÇÃO
Na grande maioria das unidades de refinação e petroquímica os fornos ocupam uma
posição de destaque. Os fornos representam aproximadamente 20% do investimento
total e 80% do consumo de energia das unidades. Os fornos são equipamentos que
requerem atenção especial da operação, acompanhamento, manutenção e inspeção,
pois, são neles que geralmente estão os limites operacionais das unidades, além de
serem críticos quando ao intervalo entre paradas e quanto à própria duração da
mesma. Os fornos também são responsáveis pelo maior número de ocorrências
graves em refinarias.
As principais normas utilizadas para fornos são:
API Std 560 – Aquecedores a fogo para serviços gerais em refinarias
Este padrão cobre os mínimos requisitos para desenho, materiais, fabricação,
inspeção, testes, preparação para carga e montagem de fornos, pré-aqeucedores de
ar, ventiladores e queimadores, para serviços gerais em refinarias.
API RP 573 – Inspeção em Caldeiras e Fornos
Esta prática recomendada cobre as inspeções praticadas para caldeiras e fornos de
processos utilizados nas refinarias de petróleo e plantas petroquímicas.
API Std 530 – Cálculo de espessura para tubos de fornos em refinarias de petróleo
O forno é um equipamento projetado para transferir ao fluido um fluxo de calor, de tal
forma que se forem mantidas constantes a vazão e a temperatura de entrada, também
será constante a temperatura de saída. É necessário gerar no forno uma quantidade
de calor que supra o processo e compense também as perdas. Esse calor é gerado
pela queima de uma quantidade suficiente de combustível através de maçaricos
instalados, normalmente, na base ou nas paredes laterais da câmara de combustão do
forno.
Os tubos são, geralmente, colocados próximos às paredes laterais e ao teto da
câmara de combustão, onde o calor é principalmente transferido por radiação, e
dispostos também em outra câmara chamada de “câmara ou zona de convecção”,
onde o calor é principalmente transferido por convecção.
O ar necessário à combustão pode ser admitido no forno pela depressão (pressão
negativa) reinante na câmara de combustão devido à remoção (tiragem) natural feita
pela chaminé, ou auxiliada por de ventiladores de tiragem forçada ou induzida.
As fornalhas consistem de uma serpentina (ou mais) de tubos que é colocada dentro
de uma caixa ou câmara onde há combustão, a fim de aquecer o produto, que passa
internamente nos tubos. A serpentina poderá ser um tubo contínuo, ou constituída de
uma série de tubos interligados entre si na sua extremidade por meio de cabeçotes,
curva de retorno ou coletores.
Os tubos poderão estar dispostos internamente na fornalha em forma helicoidal,
vertical ou horizontal. Em qualquer caso deverão estar convenientemente suportados,
em função da sua disposição, comprimento, diâmetro e condições operacionais.
A caixa onde há combustão, ou simplesmente fornalha, deverá ser adequada para
altas temperaturas, pois nelas haverá o desenvolvimento de calor proporcionado pela
queima do combustível. Assim sendo, as paredes das fornalha deverão ter alta
resistência ao calor, e normalmente são construídos em tijolos refratários contidos por
uma estrutura metálica.
Apostila de Fornos de Processo
Elaboração: Raimundo Sampaio
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O calor desenvolvido na câmara de combustão é proveniente de maçaricos ou
queimadores, que poderão ser alimentado por óleo ou gás combustível e ou outro
combustível. A quantidade de calor fornecido pelos maçaricos e a vazão do produto
internamente nos tubos, são rigidamente controlados através de instrumentos tendo
em vistas as condições operacionais de pressão e temperatura. A câmara de
combustão está normalmente conectada à chaminé, por onde se faz a exaustão dos
gases. Essa conexão poderá ser feita através do próprio corpo do forno ou por meio
de dutos aéreos ou enterrados. Dependendo da finalidade as fornalhas são
constituídas das seções de convecção, radiação e chaminé. O critério de escolha é
função da temperatura na entrada da carga e de fatores econômicos. A seção de
radiação é a parte da fornalha onde se efetua a queima e na qual as superfícies dos
tubos estão expostas ao calor das chamas.
Nesta seção a maior parte do calor cedido aos tubos e a carga são por radiação.
A seção de convecção situa-se em região afastada dos maçaricos não recebendo o
calor de radiação das chamas. Os gases de combustão que passam da seção de
radiação para a de convecção, possuem temperatura elevada, sendo, portanto
capazes de ceder calor aos tubos desta seção, por convecção ou condução. Para
facilitar a transmissão de calor, os tubos da seção de convecção às vezes possuem
grande quantidade de pinos ou aletas soldados as superfície externas para aumentar
à superfície de troca de calor.
2 CLASSIFICAÇÃO DOS FORNOS
2.1 Classificação quanto ao serviço
Os fornos também são classificados de acordo com o serviço que executam. Cada tipo
de serviço exige do forno características próprias que influenciam no projeto do
mesmo.
2.1.1 Fornos Refervedores (pré-flash)
São fornos que operam com temperaturas de saída baixas (280ºC a 340ºC). É devido,
a baixa tendências de formação de coque.
Apostila de Fornos de Processo
Elaboração: Raimundo Sampaio
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2.1.2 Fomos Atmosféricos
São fornos de grandes porte, que operam com temperaturas de saída baixas (350ºC a
370 0C). É devido à baixa tendência de formação de coque.
2.1.3 Fornos de Vácuo
São fornos que operam com temperaturas de saída elevadas (390ºC a 420ºC) e com
produtos de alta viscosidade. Devido a esta alta tendência ao coqueamento, possuem
injeção de vapores nos tubos.
2.1.4 Fomos de Reforma Catalítica
São fornos que operam com temperatura elevada de saída (500ºC a 530 0C) e critico
com relação à perda de carga. Tem problema de temperatura de parede elevada dos
tubos.
2.1.5 Reformadores / Pirólise
São fomos que operam com temperaturas de metal extremamente elevadas (800ºC a
900 0C) e que leva a projetos de fornos muito complexos, tanto do ponto de vista
térmico como mecânico.
2.2 Quanto ao aspecto construtivo
Há três tipos principais de fornalhas, classificadas segundo a posição dos tubos da
serpentina de aquecimento.
2.2.1 Horizontais
No tipo horizontal são considerados as fornalhas em que os tubos da serpentina para
o aquecimento da carga tanto da seção de radiação como da seção de convecção são
distribuídos horizontalmente com os queimadores instalados no piso. Possuem
convecção extensas na qual é absorvida grande parte da carga térmica. Requerem
grandes áreas de instalação, pois além da área efetivamente ocupada necessitam de
espaço para retirada dos tubos. São os tipos mais indicados para as grandes
capacidades e para produtos que necessitam limpeza interna do tubos. Devido a
grandes seções de convecção São capazes de altas eficiências mesmo sem sistema
de pré-aquecimento de ar. Para redução do investimento pode-se optar por soluções
nas quais se aquecem produtos diferentes numa mesma carcaça através da utilização
de paredes divisórias ou varias fornalhas compartilhando a mesma convecção e
chaminé. Há numerosos modelos de projetos de fornos desse tipo.

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Apostila de Fornos de Processo

  • 1. CURSO DE FORMAÇÃO - INSPETOR DE EQUIPAMENTOS FORNOS
  • 2. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 2/59 - Sumário 1 INTRODUÇÃO4 2 CLASSIFICAÇÃO DOS FORNOS 5 2.1 CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO SERVIÇO 5 2.1.1 Fornos Refervedores (pré-flash) 5 2.1.2 Fomos Atmosféricos 6 2.1.3 Fornos de Vácuo 6 2.1.4 Fomos de Reforma Catalítica 6 2.1.5 Reformadores / Pirolise 6 2.2 QUANTO AO ASPECTO CONSTRUTIVO 6 2.2.1 Horizontais 6 2.2.2 Verticais 7 3 PARTES CONSTITUINTES 8 3.1 SERPENTINA DE AQUECIMENTO 10 3.1.1 Seção de Radiação 10 3.1.2 Seção da convecção 13 3.2 FORNALHA 14 3.2.1 Estrutura 14 3.2.2 Refratários 15 3.2.3 Equipamentos auxiliares 16 4 RAZÕES PARA INSPEÇÃO 22 5 CAUSAS DE DETERIORAÇÃO 22 5.1 RELEMBRANDO 22 5.2 SERPENTINA 24 5.2.1 Tipos de processo 24 5.2.2 Características da carga: 25 5.2.3 Velocidade de fluxo no interior da serpentina 25 5.2.4 Pressão 25 5.2.5 Temperatura 25 5.2.6 Produtos de combustão 27 5.2.7 Deterioração mecânica 27 5.3 FORNALHA 27 5.4 CHAMINÉS E DUTOS 28 6 FREQUENCIA DE INSPEÇÃO E EPOCA PARA A INSPEÇÃO 29 6.1 GENERALIDADES 29 6.2 SEGURANÇA 29 7 ROTINA DE INSPEÇÃO EM FORNOS DE PROCESSO 30 7.1 OBJETIVO 30 7.2 DEFINIÇÕES 30 7.3 CONDIÇÕES GERAIS 31 7.3.1 Planejamento da Inspeção 31 7.3.2 Inspeção em Operação 32 7.3.3 Itens a Serem Inspecionados 32 7.3.4 Inspeção Interna em Parada 38 7.3.5 Ensaios 46 7.4 CONDIÇÕES ESPECÍFICAS 48 7.4.1 Serpentinas de Convecção48 7.4.2 PAF 48 7.4.3 Dutos Primário e Secundário 49 7.4.4 Chaminés 49 7.5 CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO 49 7.5.1 Serpentina 49 7.5.2 Suportes50 7.5.3 Queimadores 50
  • 3. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 3/59 - 7.5.4 Ramonadores 50 7.5.5 Termopares de Parede 50 7.5.6 Abafadores 50 7.5.7 Tubos de Vapor de Abafamento 50 8 ANEXOS 52 8.1 ANEXO – A – FIG IBP 52 8.2 ANEXO-B – DESCRIÇÃO IBP 53 8.3 ANEXO C- CRITÉRIO DE DEFORMAÇÃO 54 8.4 ANEXO-D – SUPORTES DE MOLA 55 8.5 ANEXO – E SLIDES API RP 581 56 9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 59
  • 4. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 4/59 - 1 INTRODUÇÃO Na grande maioria das unidades de refinação e petroquímica os fornos ocupam uma posição de destaque. Os fornos representam aproximadamente 20% do investimento total e 80% do consumo de energia das unidades. Os fornos são equipamentos que requerem atenção especial da operação, acompanhamento, manutenção e inspeção, pois, são neles que geralmente estão os limites operacionais das unidades, além de serem críticos quando ao intervalo entre paradas e quanto à própria duração da mesma. Os fornos também são responsáveis pelo maior número de ocorrências graves em refinarias. As principais normas utilizadas para fornos são: API Std 560 – Aquecedores a fogo para serviços gerais em refinarias Este padrão cobre os mínimos requisitos para desenho, materiais, fabricação, inspeção, testes, preparação para carga e montagem de fornos, pré-aqeucedores de ar, ventiladores e queimadores, para serviços gerais em refinarias. API RP 573 – Inspeção em Caldeiras e Fornos Esta prática recomendada cobre as inspeções praticadas para caldeiras e fornos de processos utilizados nas refinarias de petróleo e plantas petroquímicas. API Std 530 – Cálculo de espessura para tubos de fornos em refinarias de petróleo O forno é um equipamento projetado para transferir ao fluido um fluxo de calor, de tal forma que se forem mantidas constantes a vazão e a temperatura de entrada, também será constante a temperatura de saída. É necessário gerar no forno uma quantidade de calor que supra o processo e compense também as perdas. Esse calor é gerado pela queima de uma quantidade suficiente de combustível através de maçaricos instalados, normalmente, na base ou nas paredes laterais da câmara de combustão do forno. Os tubos são, geralmente, colocados próximos às paredes laterais e ao teto da câmara de combustão, onde o calor é principalmente transferido por radiação, e dispostos também em outra câmara chamada de “câmara ou zona de convecção”, onde o calor é principalmente transferido por convecção. O ar necessário à combustão pode ser admitido no forno pela depressão (pressão negativa) reinante na câmara de combustão devido à remoção (tiragem) natural feita pela chaminé, ou auxiliada por de ventiladores de tiragem forçada ou induzida. As fornalhas consistem de uma serpentina (ou mais) de tubos que é colocada dentro de uma caixa ou câmara onde há combustão, a fim de aquecer o produto, que passa internamente nos tubos. A serpentina poderá ser um tubo contínuo, ou constituída de uma série de tubos interligados entre si na sua extremidade por meio de cabeçotes, curva de retorno ou coletores. Os tubos poderão estar dispostos internamente na fornalha em forma helicoidal, vertical ou horizontal. Em qualquer caso deverão estar convenientemente suportados, em função da sua disposição, comprimento, diâmetro e condições operacionais. A caixa onde há combustão, ou simplesmente fornalha, deverá ser adequada para altas temperaturas, pois nelas haverá o desenvolvimento de calor proporcionado pela queima do combustível. Assim sendo, as paredes das fornalha deverão ter alta resistência ao calor, e normalmente são construídos em tijolos refratários contidos por uma estrutura metálica.
  • 5. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 5/59 - O calor desenvolvido na câmara de combustão é proveniente de maçaricos ou queimadores, que poderão ser alimentado por óleo ou gás combustível e ou outro combustível. A quantidade de calor fornecido pelos maçaricos e a vazão do produto internamente nos tubos, são rigidamente controlados através de instrumentos tendo em vistas as condições operacionais de pressão e temperatura. A câmara de combustão está normalmente conectada à chaminé, por onde se faz a exaustão dos gases. Essa conexão poderá ser feita através do próprio corpo do forno ou por meio de dutos aéreos ou enterrados. Dependendo da finalidade as fornalhas são constituídas das seções de convecção, radiação e chaminé. O critério de escolha é função da temperatura na entrada da carga e de fatores econômicos. A seção de radiação é a parte da fornalha onde se efetua a queima e na qual as superfícies dos tubos estão expostas ao calor das chamas. Nesta seção a maior parte do calor cedido aos tubos e a carga são por radiação. A seção de convecção situa-se em região afastada dos maçaricos não recebendo o calor de radiação das chamas. Os gases de combustão que passam da seção de radiação para a de convecção, possuem temperatura elevada, sendo, portanto capazes de ceder calor aos tubos desta seção, por convecção ou condução. Para facilitar a transmissão de calor, os tubos da seção de convecção às vezes possuem grande quantidade de pinos ou aletas soldados as superfície externas para aumentar à superfície de troca de calor. 2 CLASSIFICAÇÃO DOS FORNOS 2.1 Classificação quanto ao serviço Os fornos também são classificados de acordo com o serviço que executam. Cada tipo de serviço exige do forno características próprias que influenciam no projeto do mesmo. 2.1.1 Fornos Refervedores (pré-flash) São fornos que operam com temperaturas de saída baixas (280ºC a 340ºC). É devido, a baixa tendências de formação de coque.
  • 6. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 6/59 - 2.1.2 Fomos Atmosféricos São fornos de grandes porte, que operam com temperaturas de saída baixas (350ºC a 370 0C). É devido à baixa tendência de formação de coque. 2.1.3 Fornos de Vácuo São fornos que operam com temperaturas de saída elevadas (390ºC a 420ºC) e com produtos de alta viscosidade. Devido a esta alta tendência ao coqueamento, possuem injeção de vapores nos tubos. 2.1.4 Fomos de Reforma Catalítica São fornos que operam com temperatura elevada de saída (500ºC a 530 0C) e critico com relação à perda de carga. Tem problema de temperatura de parede elevada dos tubos. 2.1.5 Reformadores / Pirólise São fomos que operam com temperaturas de metal extremamente elevadas (800ºC a 900 0C) e que leva a projetos de fornos muito complexos, tanto do ponto de vista térmico como mecânico. 2.2 Quanto ao aspecto construtivo Há três tipos principais de fornalhas, classificadas segundo a posição dos tubos da serpentina de aquecimento. 2.2.1 Horizontais No tipo horizontal são considerados as fornalhas em que os tubos da serpentina para o aquecimento da carga tanto da seção de radiação como da seção de convecção são distribuídos horizontalmente com os queimadores instalados no piso. Possuem convecção extensas na qual é absorvida grande parte da carga térmica. Requerem grandes áreas de instalação, pois além da área efetivamente ocupada necessitam de espaço para retirada dos tubos. São os tipos mais indicados para as grandes capacidades e para produtos que necessitam limpeza interna do tubos. Devido a grandes seções de convecção São capazes de altas eficiências mesmo sem sistema de pré-aquecimento de ar. Para redução do investimento pode-se optar por soluções nas quais se aquecem produtos diferentes numa mesma carcaça através da utilização de paredes divisórias ou varias fornalhas compartilhando a mesma convecção e chaminé. Há numerosos modelos de projetos de fornos desse tipo.
  • 7. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 7/59 - 2.2.2 Verticais As fornalhas tipo vertical são aquelas em que os tubos da serpentina de aquecimento tanto da seção de radiação como da seção de convenção são dispostos verticalmente ao redor do círculo dos queimadores, havendo opção de serpentinas helicoidais para pequenas vazões. A seção de convecção quando existente é de pequeno porte, sendo que em alguns fornos o mesmo tubo passa pelas seções de convecção e radiação. São os fornos mais baratos e que requerem menores áreas para instalação. São indicados nos casos em que o produto circule apenas na radiação. 2.2.2.1 Tipo cilíndrico vertical sem seção de convecção A carcaça metálica tem a forma cilíndrica e os tubos são posicionados na posição vertical. Geralmente os tubos ficam alinhados junto à parede interna da carcaça metálica enquanto os queimadores e maçaricos ficam no meio, na parte inferior do piso. Devido a sua baixa eficiência eles são usados em serviços periódicos (forno de partida). Portanto tem pouca aplicação. 2.2.2.2 Tubos verticais com queima de ambos os lados Nesses fornos os tubos são dispostos verticalmente em ambos os lados. Nos casos mais críticos os queimadores podem ser instalados nas paredes ao longo do comprimento do tubo. Proporcionam excelente distribuição de calor circunferencial e longitudinal, sendo os mais indicados quando se tem altas temperaturas do produto. 2.2.2.3 Misto O tipo misto é aquele em que os tubos da serpentina de aquecimento da seção de radiação são verticais e da seção de convenção são horizontais. As serpentinas de aquecimento da seção de convecção, nem sempre são utilizadas para aquecimento de hidrocarbonetos, muitas vezes são utilizadas como gerador de vapor, economizando energia para a unidade.
  • 8. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 8/59 - 3 PARTES CONSTITUINTES 1- Boca de Visita 2- Teto (abóbada) 3- Caixa de Fumaça 4- Parede da fornalha 5- Queimador 6- Invólucro (Chaparia) 7- Seção de Convecção 8- Corbel 9- Crossover 10- Tubos 11- Aletas do tubo 12- Curva de retorno 13- Caixa de ligação 14- Seção de Radiação 15- Shilde section 16- Janela de Inspeção 17- Suporte do Tubo 18- Revestimento refratário 19- Suporte do tubo 20- Base de apoio 21- Chaminé 22- Plataforma
  • 9. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 9/59 -
  • 10. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 10/59 - Os fornos se compõem basicamente em três partes, a saber: Serpentina de aquecimento, Fornalha, Chaminé. 3.1 Serpentina de Aquecimento A função da serpentina é transportar os hidrocarbonetos, ou misturas de gases a serem aquecidos, e constitui-se de vários tubos interligados entre si por meio de conexões das mais variadas. Essas conexões são de diversas formas, e são conhecidas comumente como cabeçote. Nos fornos que operam com altas temperaturas as conexões são do tipo curvas soldadas. Os cabeçotes poderão ser do tipo mandrilado ou soldado, havendo outros tipos de menor uso, com as extremidades flangeadas e parafusadas. Dependendo da finalidade do forno, a serpentina poderá ser classificada segundo a transmissão de calor em duas partes: - Radiação - Convecção 3.1.1 Seção de Radiação É a parte da serpentina onde a superfície dos tubos está exposta ao calor radiante das chamas. Nesta seção a maior parte do calor é cedido aos tubos e a carga, por radiação. 3.1.1.1 Tubos Os tubos da seção de radiação são sempre lisos, pois a utilização de tubos aletados em uma seção onde as taxas de calor são muito elevadas provocaria a formação de pontos quentes nos tubos e acarretariam a falha prematura do material. Porém, existem casos onde se prevê a utilização de tubos cuja superfície externa admite um acabamento rugoso (HK-40; HP-40) dentro de determinados limites. O diâmetro varia de 2” a 8”, sendo 4” o diâmetro nominal que geralmente leva a configuração mais econômica. O comprimento usual é de 40 a 50ft para os formos com tubos horizontais de 20 a 30ft para os tubos verticais. Os códigos (ASTM, API) de especificação de materiais, tais como o ASTM, prevêem para os tubos dos fornos duas classes: “TUBING” e ‘PIPING”. Os “TUBING“ podem ser encomendados com qualquer espessura e a sua especificação prevê baixa dureza, a fim de permitir o madrilhamento (tubos para troca de calor, normalmente utilizado para permutadores de calor), enquanto, os “PIPING“ são especificados e padronizados (ASTM) e somente permite a soldagem (normalmente utilizados para transporte de fluidos, ou seja, tubulações industriais).
  • 11. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 11/59 - Apresentamos abaixo a correspondência mais usual: TUBING PIPING MATERIAL ASTM A161 ASTM A106 AÇO CARBONO ASTM A161 – T1 ASTM A335 – P1 ½% Mo ASTM A200 ASTM A335 BAIXA LIGA ASTM A271 ASTM A312 INOX ASTM A351 Gr HK40 INOX Os maternais a serem empregados são escolhidos em função das condições de pressão, temperaturas e corrosão / Oxidação, resistência a Fluência etc. que o tubo estará sujeito. Deve-se ressaltar ainda, os limites de temperatura que metalurgicamente os materiais apresentam. Estes limites têm particular importância quando os tubos estiverem sujeitos à limpeza por decoqueamento a vapor d’água e ar (steam air decoking). Neste processo de remoção do coque formado dentro dos tubos pela dissociação molecular indesejável dos hidrocarbonetos, o coque é queimado pelo ar atingindo temperaturas de até 13000F. Por isso a utilização de decoqueamento em tubos de aço carbono e baixa liga deve ser conforme procedimento do fabricante, pois se ressalta que tal operação efetuada de forma incorreta poderá acarretar à serpentina a um tempo de vida útil menor que o esperado. O aço carbono (limitado para baixas temperaturas), Cr-Mo e inox austenítico são os mais utilizados. Muitas companhias limitam o uso do aço carbono para aplicações abaixo de 427ºC, para prevenir problemas provenientes da esferoidização e grafitização. A adição de molibidênio melhora a resistência à alta temperatura, a esferoidização, a oxidação e mecanismos acentuados de corrosão. Os aços inox austeníticos são frequentemente utilizados em tubos para aplicação onde a temperatura excede acima de 704ºC ou a corrosividade do processo requer seu uso. É comum o uso de materiais de tubo, correspondente a especificação ASTM, utilizando o limite máximo de temperatura de projeto estabelecido pela API Std 530. As temperaturas de projeto dos metais mostram os limites máximos de resistência à ruptura. O cálculo da espessura de parede do tubo, através da API Std 530, deve estar completado para determinar a vida do tubo nessas temperaturas. Outros fatores, como
  • 12. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 12/59 - a pressão parcial do H2 e a resistência à oxidação frequentemente resultam em diminuir os limites de temperatura. 3.1.1.2 Curvas e cabeçotes de retorno A utilização de cabeçotes de retornos mandrilados, tinha como finalidade a aplicação de limpeza mecânica interna aos tubos dos fornos que trabalhavam como fluídos sujeitos a coqueamento. Estes eram desmontáveis e ficavam na parte externa do forno, a fim de facilitar a operação de limpeza. Cabeçotes Atualmente, com o advento da limpeza através de vapor d´água e ar (decoqueamento) a tendência é usar-se as curvas de retomo, de custo bem mais baixo que o cabeçote. As curvas de retorno são soldadas as extremidades dos tubos. A utilização de cabeçotes de retorno requer que sejam instalados externamente a câmara de combustão, para evitar os altos fluxos de calor. A caixa que contém os cabeçotes é denominada de “caixa de cabeçotes”. Quando se utiliza curva de retorno, estas podem localizar-se dentro da câmara. Os raios das curvas de retorno são geralmente escolhidos de tal forma que a distância centro a centro dos tubos seja de dois diâmetros nominais. Na seção de convecção, utilizando cabeçotes ou curvas de retorno, recomenda-se usá-los externos à câmara, em caixas de cabeçotes. Quando colocados internamente, fornecem a formação de caminhos preferenciais para os gases de combustão. Há casos em que são utilizados coletores no lugar de cabeçotes ou curvas. 3.1.1.3 Suporte dos tubos Normalmente estes se localizam dentro do forno, e estão sujeitos a trabalhos em temperaturas elevadas, acima da condição dos tubos da serpentina, pois estes não são refrigerados pelo fluido circulante. Por isso, a escolha do material tem de ser cuidadosa e deve recair sobre aqueles resistentes a altas temperaturas de projetos e a fluência. Usualmente, são colocados espaçados de, no máximo, 35 diâmetros nominais ou 20ft(conforme projeto). São as ligas de cromo-níquel, com adição de cobalto, e/ou tungstênio, e/ou Nióbio, que conferem ao material certas propriedades importantes, principalmente de resistência a altas temperaturas. Além de algumas ligas especiais, as principais e mais utilizadas são: MATERIAL TEMPERATURA MÁXIMA (ºF) 5Cr – ½ Ni Gr C5 1100 25Cr – 12Ni Type II 1750 50Cr – 50Ni + Cb IN 657 1800 25Cr – 20Ni Gr HK40 1950 25Cr – 35Ni + (Nb, Co, outros) 2200
  • 13. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 13/59 - Observemos que os suportes não recebem qualquer resfriamento, como ocorre nos tubos que são “resfriados” pelo fluido em escoamento. As serpentinas verticais são simplesmente suportadas pelo topo e guiadas por pinos soldados nas curvas de retorno do fundo. 3.1.2 Seção da convecção Situa-se em região afastada dos maçaricos, não recebendo o calor de radiação das chamas. Os gases de combustão que passam da seção de radiação para a de convecção possuem temperatura elevada, sendo portanto capazes de ceder calor aos tubos dessa seção por convecção e condução. Para facilitar a transmissão de calor, os tubos da seção de convecção possuem grande quantidade de pinos ou aletas, a fim de aumentar a sua superfície de troca de calor e seu rendimento. Considerando-se o número de entradas e saídas de produtos nas duas seções, o forno poderá ter um ou mais passos. 3.1.2.1 Tubos de convecção Estes tubos geralmente são feitos por encomenda, pois na montagem do feixe tubular, normalmente as duas ou três fileiras são constituídas de tubos lisos, As outras subseqüentes são constituídas de tubos aletados ou pinados, a fim de aumentar o coeficiente de troca térmica externa aos tubos. A escolha é em função do combustível a ser queimado, pois se preferem aqueles que retém menor quantidade de cinzas e fuligem oriunda da queima nos maçaricos. Os tubos pinados apresentam menor tendência a reter cinzas. Os diâmetros mais utilizados são 4” a 6”.
  • 14. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 14/59 - 3.2 Fornalha A fornalha é constituída das seguintes partes: Estrutura Refratários Equipamentos auxiliares 3.2.1 Estrutura Obviamente, a finalidade da estrutura metálica de um forno é a de sustentação do peso do forno e ainda os esforços devido aos ventos. Os suportes dos tubos apoiam- se diretamente nas vigas. Observamos que a estrutura não está sujeita as altas temperaturas dos gases de combustão, pois está colocada externamente nos refratários. As chapas que formam a carcaça metálica se apóiam na estrutura e servem para apoiar os revestimentos (quando forem de fibras cerâmica ou concreto refratários) e garantir a estanqueidade do forno prevista pelo projeto. Geralmente são chapas de aço carbono de 3/16” ou 1/4”. Fazem parte da estrutura todos os componentes necessários para a sustentação das serpentinas e refratários, além da parte estrutural propriamente dita ou arcabouço da fornalha. Tanto a estrutura quanto a carcaça não estão sujeitas ao contato com alta temperatura por isso elas estão localizadas externamente e são protegidas pelo refratário.
  • 15. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 15/59 - 3.2.2 Refratários Toda parte da fornalha em contato com os gases a alta temperatura e que não deve trocar de calor com qualquer meio, normalmente é revestida com material refratário ou isolante térmico. Assim sendo parte do fundo da fornalha, paredes laterais o abobada são revestidos com tijolos refratários. Outras partes onde a temperatura é menor como internamente nas chaminés e nos dutos de gases, o revestimento interno é feito com argamassa refratária. Têm como finalidade: Isolar a câmara de combustão dos elementos estruturais; Reiradiar o calor não absorvido pêlos tubos para dentro da câmara; Evitar perdas de calor para o exterior; Evitar que os gases de combustão, que normalmente contêm S02 atinjam as chapas da carcaça metálica onde se condensariam formando ácidos corrosivos. Como facilmente pode-se deduzir, os materiais refratários empregados em um forno deve ter: Capacidade de resistir a altas temperaturas; Resistência mecânica elevada; Resistência á erosão; Resistência ataques químicos de ácidos, bases, metais, etc., que podem ser encontrados nos gases de combustão de óleos combustíveis. Os principais tipos de materiais refratários e isolantes são: 3.2.2.1 Tijolos Refratários Fabricados a partir do misturas do sílica, alumina, óxidos de magnésio e outros minerais, que lhe confere à resistência a alta temperatura. Resistem a temperaturas de até 28000F. Foram muito empregados no passado, usualmente com uma camada do bloco isolante, externamente, sendo sua utilização, hoje em dia, limitada a serviços de alta temperatura na câmara de combustão, tais como nos fornos reatores. 3.2.2.2 Concreto Refratário São massas aplicadas manualmente ou jateadas compostas, basicamente, de Luminita, Haydita e Vermiculita que são minerais de ótimas propriedades refratárias e isolantes. Trabalham até cerca do 19000F apresentando baixos coeficientes de dilatação térmica. Constituem-se nos materiais refratários mais empregados atualmente, principalmente quando se destinam a blocos monolíticos em que a sua construção e montagem é muito facilitada. Após sua aplicação é necessário o procedimento de cura e secagem, a fim de que toda a umidade existente seja eliminada. 3.2.2.3 Fibras Cerâmicas São as mais recentes novidades na área. Apresentam boas características refratárias e isolantes e densidade muito baixa, permitindo que a estrutura do forno seja bem mais leve. São fabricados a partir de materiais refratários fundidos e soprados para formar fibras. Apresentam, ainda, as vantagens de não necessitarem do mão-de-obra especializada para a sua instalação e dispensarem os procedimentos de cura e
  • 16. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 16/59 - secagem requeridos pelo concreto refratário o tijolos refratários. Como inconvenientes, podemos assinalar a baixa resistência à erosão e permeabilidade aos gases de combustão. Trabalham a temperaturas até cerca de 2OOOºF. Vantagens: Boas propriedades Isolantes e refratária; Baixa densidade; Dispensam procedimento de cura e secagem; Dispensam mão de obra especializada para sua aplicação Permitem que as estruturas sejam mais leves; Desvantagens: Baixa resistência à erosão; É permeável aos gases de combustão; Só pode ser empregado quando a velocidade dos gases é baixa (< 10 m/s). 3.2.3 Equipamentos auxiliares Os principais equipamentos auxiliares da fornalha, são os queimadores ou maçaricos. Além deles consideremos como equipamentos auxiliares os pré-aquecedores de ar; ventoinhas e ventiladores; sopradores de fuligem; abafadores; instrumentos de controle de chama; poços termopares termo-elétrico; medidores de tiragem; manômetros; etc. 3.2.3.1 Queimadores A principal função de um queimador é ser capaz de misturar, regular e direcionar os fluxos do ar e combustível de modo a promover uma combustão estável sem atingir os tubos, suportes ou outra estrutura da câmara de combustão. Além desta função se exige que o queimador tenha as seguintes características: - Capacidade de operar com baixos excessos de ar; - Teores mínimos de combustíveis não queimado; - Capacidade de queimar todos os combustíveis disponíveis; - Atender aos requisitos legais quanto à emissão de poluentes; - Facilidade de operação; - Baixa necessidade de manutenção. É desejável que o ar penetre no queimador com baixa turbulência para facilitar a entrada uniforme de ar por todo perímetro do mesmo. Por outro lado, para obtermos uma excelente mistura do combustível, gasoso ou liquido atomizado com o ar de combustão necessitamos de turbulência, na saída do queimador, que quanto maior melhor será a eficiência da mistura e menor será o excesso de ar requerido. O ar atravessa o queimador e é geralmente dividido em duas correntes o “ar primário” que se mistura ao combustível no próprio queimador e o “ar secundário” que se mistura ao combustível dentro da fornalha. A forma da chama é afetada pela distribuição do ar primário e secundário, ficando mais longa quando se aumenta o ar secundário, O queimador quando estiver fora de operação deve ter sumas entradas de ar completamente fechadas.
  • 17. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 17/59 - As funções dos queimadores são: liberar combustível e ar para a câmara de combustão, promover a mistura do combustível com o ar, dar condições para a contínua queima da mistura combustível-ar e, no caso de combustíveis líquidos, atomizar e vaporizar o combustível. Uma das principais características dos queimadores é a faixa operacional, na qual o queimador realiza satisfatoriamente suas funções. A caracterização da faixa operacional é feita pela relação entre a máxima e a mínima liberação de calor, com o qual o queimador operará satisfatoriamente. 3.2.3.2 Bloco refratário É um conjunto de tijolos isolantes ou um bloco monolítico de forma normalmente circular, no interior do qual a chama do maçarico se projeta para a câmara de combustão. Desenho interno do bloco refratário influi na forma da chama. Ele possui as seguintes finalidades: Proporcionar uma mistura mais homogênea entre os componentes (ar/combustível) devido ao seu formato (bocal); Contribuir para alimentar, a eficiência da combustão, pois recebe calor da chama e transmite à mistura a ser queimada, concorrendo para a ignição da mistura e a combustão. Por isto, difícil se torna a queima, quando o bloco refratário ainda se encontra frio, durante as partidas. Serve para formar o corpo da chama, impedindo ou reduzindo a incidência nos tubos. Na parte inferior do bloco refratário, situa-se as entradas de ar secundário (portinholas e virolas) que são usadas para o ajuste da queima e controle do comprimento da chama. As portinholas, quando existem, são duas aberturas diametralmente opostas, relativamente pequenas, cobertas com tampas metálicas; A virola consta de uma cinta metálica, que possui tantas aberturas quanto sejam os orifícios do bloco refratário por ela envolvido. Esta cinta pode ser deslocada de forma que seja controlada a admissão de ar secundário. O ar primário é admitido próximo do bloco do maçarico em queimadores do tipo simples, ou através de queimador a gás em um tipo de queimador de queima mista.
  • 18. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 18/59 - 3.2.3.3 Maçarico Os principais tipos de maçaricos são: a) Maçaricos a Gás a1) Com pré-mistura (“ Pre—mixing Burner”) Os gás combustível ao passar por um venturi, mistura parte do ar de combustão ou seja, o ar primário. Cerca de 50 a 60% do ar de combustão é inspirado como ar primário antes do ponto de ignição, Vantagens: - Boa flexibilidade operacional. A quantidade de ar aspirado varia com a pressão do gás. Para se obter o controle da chama, basta ajustar o ar secundário. Podem operar com baixo excesso de ar e não são muito afetados por variações na velocidade e direção dos ventos. - Proporciona chamas curtas e de forma bem definida às altas taxas de liberação de calor. Desvantagens: - Requer pressões de gás relativamente altas. Quando a pressão de gás cai abaixo de 10psig no queimador, a quantidade de ar aspirado cai rapidamente e a flexibilidade operacional é reduzida. - Pode ocorrer retorno de chama por baixa pressão de gás ou quando a fração de gases tendo alta velocidade de propagação da chama, toma-se alta. Por este motivo, este tipo de queimador é usado para combustíveis pobres em hidrogênio tal como gás natural. - O nível de ruído é maior do que o tipo sem pré-mistura. a2) Sem pré-mistura (“Raw Gás Burner”) O gás combustível chega ao bico do queimador sem pré-mistura do ar de combustão. O gás é então queimado no bico através de pequenas aberturas. Vantagens: - Apresenta elevado índice da relação entre a máxima e a mínima liberação de calor para uma dada condição de combustão. - Pode operar com baixa pressão de gás com uma variedade de combustíveis e sem retorno da chama. - O nível de ruído é baixo. Desvantagens : - A flexibilidade é limitada, devido às necessidades de ajustes no ar de combustão ao variar a sua capacidade de operação. - Um alargamento das aberturas do bico geralmente resultam em condições de chamas insatisfatórias. - Quando o queimador é colocado além do nível de projeto, a chama tende a se alongar e as condições da chama ficam insatisfatórias. b) Maçaricos a Óleo Ao contrário dos combustíveis gasosos que em seu estado natural já estão em condições de reagir com o oxigênio, os óleos combustíveis precisam ser processados, de acordo com os seguintes estágios:
  • 19. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 19/59 - *Atomização - O combustível é reduzido às pequenas gotículas, menores que 10 – 50 micra. *Vaporização ou Gaseificação - As gotículas de óleo atomizado retiram calor do ambiente câmara de combustão ou da própria chama passando para o estado gasoso. *Mistura — O combustível, já vaporizado mistura—se com o Oxigênio formando uma mistura inflamável. *Combustão propriamente dita — A mistura ar-vapor de combustível reage, liberando calor. Atomização Aqui está o principal problema na operação dos queimadores, que é a redução do óleo em pequenas gotículas de maneira a aumentar a sua superfície, até aproximar-se da fase gasosa, a fim de ocorrer uma eficiente mistura com o ar e, consequentemente, uma boa combustão. A combustão, tanto no aspecto físico como no químico, reação na fase gasosa dos combustíveis viscosos apresenta como dependentes do grau de atomização, os seguintes fatores: a ignição, o tempo de combustão, a velocidade de propagação da frente e, consequentemente, a estabilidade da chama. Donde se conclui, que a atomização é o principal fator para termos uma boa combustão. O corpo do maçarico ou a caneta, como também é conhecido, é constituído de 2 tubulações concêntricas que se ligam por um lado ao sistema de admissão de óleo de vapor d’água e, pelo outro ao atomizador. Pela tubulação interna de menor diâmetro escoa, normalmente, o óleo combustível e pela externa, o vapor de atomização. O atomizador é uma peça cúbica, possuidora de 4 orifícios, um em cada face lateral, chamada câmara de atomização, rosqueada a tubulação de óleo e na face superior possui uma abertura que permite a saída do óleo atomizado. É importante que o maçarico esteja sempre em posição vertical, pois a sua inclinação poderá provocar a incidência de chama nos tubos. Para evitar isto existe uma guia, um tê de ligação. A admissão do óleo e vapor é feita através do cabeçote, que possui 2 entradas uma de óleo e. a outra de vapor, internamente essas entradas são comunicantes às tubulações de vapor e óleo de maçarico. Na extremidade dessas tubulações se dá o encontro do vapor com óleo, na câmara de atomização. Deve queimar na razão 1:1. 3.2.3.4 Sopradores de fuligem (ramonadores) Os gases de combustão do óleo combustível, ao passarem pela região de convecção, que é geralmente formada por tubos de superfície estendida, geralmente pinos, tendem a deixar depósitos que, com o acúmulo, prejudicam notavelmente a transferência do calor. Os principais constituintes destes depósitos são: enxofre, vanádio, sódio, e cinzas, sendo as cinzas, os principais responsáveis pela alta taxa de decomposição. O método mais usual de se remover em operação estes depósitos, é o de se empregar jatos de vapor d’água sobre a superfície dos tubos. Os tipos de sopradores de fuligem são: a) Rotativo-fixo São constituídos de uma lança com múltiplas perfurações, instalada na seção de convecção. Uma válvula mecânica e um motor de acionamento faz girar a lança e automaticamente abre e fecha a válvula de suprimento de vapor. Este tipo apresenta baixo custo e é normalmente utilizado quando a temperatura dos gases é baixa.
  • 20. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 20/59 - b) Retrateis Difere do anterior quanto à lança que permanece fora da seção de convecção, quando não está em urso. A lança é provida de 2 perfurações de diâmetro maior do que as das existentes ao longo da lança do tipo fixo. Eles apresentam alto custo e maior eficiência que os dos fixos. O raio de atuação de um soprador deste tipo é de cerca de 4 filas de tubos enquanto para os fixos é de 3. 3.2.3.5 Chaminé e abafadores A chaminé tem como finalidade: Lançar os gases de combustão a uma altura tal que não traga problema ecológicos na região. Fornecer a tiragem necessária, isto é, permitir que por diferença de densidades os gases, ao subirem, succionem o ar para a combustão. Manter todo o forno em pressões levemente negativas, a fim de evitar fugas de gases através das paredes, onde poderiam aquecer a estrutura do forno. A escolha do material, tamanho e localização das chaminés de fumaça variam muito e dependem tanto da unidade em que vão operar, como das premissas estabelecidas em função do custo de projeto. As chaminés de fumaça podem ser projetadas para operarem com tiragem natural, ou com tiragem forçada e/ou induzida mecânica.
  • 21. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 21/59 - A eficiência de uma fornalha ou caldeira, depende grandemente do escoamento dos gases de combustão para a atmosfera, bem como do suprimento de ar para combustão. Ao fluxo de gases de combustão através da câmara e chaminé, dá-se o nome de tiragem. A tiragem é medida pela diferença entre a pressão atmosférica e a pressão do gás de combustão num determinado ponto dentro do sistema câmara-chaminé; em outras palavras a tiragem é a diferença de pressão que é disponível para produzir um fluxo de gases. Assim sendo a tiragem será tanto maior quanto maior for essa diferença de pressão. A função do abafador da chaminé é ajustar o perfil de tiragem do forno, controlando a tiragem na região diretamente abaixo da seção de convecção do forno. Os abafadores podem ser de folha única ou de folha múltiplas, quando a chaminé tiver grandes diâmetros. Eles são operados manualmente do solo, através de cabos. Em casos de grandes abafadores é possível poder manuseados com operadores pneumáticos. 3.2.3.6 Skim Point’s São medidores de temperatura fixados nas paredes dos tubos, em determinados pontos do forno para através de instrumentos possibilitar a leitura, acompanhamento e controle da temperatura e a realização da operação a que se destina o equipamento. 3.2.3.7 P. A. F. (Sistema de pré-aquecimento de ar de combustão dos fornos) Para aumentar a eficiência na queima de combustível, este sistema utiliza os gases de combustão em alta temperatura para aquecer o ar de combustão antes de o mesmo entrar no forno utilizando um permutador. Com o pré-aquecimento obtém-se a mesma temperatura de operação com menor quantidade de combustível do que se estivesse utilizando um sistema de alimentação com ar frio (convencional).
  • 22. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 22/59 - 4 RAZÕES PARA INSPEÇÃO A razão para se fazer a primeira inspeção de um forno é a determinação do efeito da corrosão, erosão e outros fatores atuantes no forno, por comparação com a inspeção inicial (na época da construção) ou com relatórios básicos. Ela também estabelece a segurança e a influência de operação contínua e prevê a manutenção e as substituições com base na taxa de deterioração. Todas as inspeções subseqüentes são, de modo semelhante, comparadas com a anterior, com o mesmo propósito. Pela determinação das condições físicas e das taxas e causas de deterioração nas várias partes do forno, e possível fazer reparos ou substituições programados antes que ocorram enfraquecimentos sérios ou falhas. Muitas das partes que compõem um forno dependente de alguma outra, e quando ocorre deterioração ou enfraquecimento sério em uma, alguma outra parte pode se tornar desprotegida ou sobrecarregada. Isto pode reduzir consideravelmente a vida útil. É possível predizer os reparos e substituições que serão necessários no próximo período de parada programada do forno, baseando-se nos dados acumulados em inspeções regulares e no conhecimento das atuais condições de trabalho. Se dispuser dessas informações, pode-se preparar todos os desenhos necessários, as listas de material, e o planejamento para todas as fases do trabalho. Itens de material poderão ser fabricados total ou parcialmente nas épocas convenientes antes que o forno seja parado. Com o planejamento de trabalho preparado adequadamente e revisado, cada profissional saberá exatamente o que fazer e a seqüência do que tem que ser feito. A inspeção torna possível estabelecer o período mais seguro e mais eficiente durante o qual um forno poderá operar entre inspeções sucessivas. O estabelecimento desse período de operação seguro permite uma estimativa acurada da quantidade de produto que poderá ser produzida e a disponibilidade desse produto após um dado tempo para qualquer unidade em operação. Inspeção periódica regular permite aplicar meios de proteção, fazer manutenção e estudar e substituir maternais diferentes como uma maneira de aumentar a vida útil de partes ou de todo o equipamento. Esta prática aumenta a duração das campanhas e reduz ou elimina paradas de emergência . Paradas não programadas são caras devido à perda da produção, custo de mão-de-obra para limpeza e reparos além da influência inerentes aos serviços não programados. 5 CAUSAS DE DETERIORAÇÃO Serão discutidas para diferentes partes ou seções do forno. 5.1 Relembrando Trinca: formação de duas superfícies livres no interior ou junto à superfície de um componente ou estrutura. Fadiga corrosão: quando na propagação da trinca existem os dois (tensão e corrosão; origem mecânica ou térmica) atuando simultaneamente. Formam trincas paralelas e múltiplas, trincas com produto de corrosão, ponta arredondada; pode formar alvéolos ao longo da trinca. Esferoidização: também conhecido como coalescimento, trata-se do agrupamento da cementita em partículas maiores, formando glóbulos de cementita. Reduz a dureza do aço.
  • 23. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 23/59 - Carbonetação: perda das propriedades mecânicas e da resistência à corrosão de uma liga ferrosa aquecida em atmosfera contendo hidrocarbonetos ou monóxido de carbono. (Endurecimento do metal, temperatura alta difunde-se para o interior da liga aço inox, precipita carbetos). Descarbonetação: perda do carbono da superfície de uma liga de ferro resultante do seu aquecimento em um meio que reage com carbono (H2 / CO2). Grafitização: mudança estrutural que ocorre em certos tipos de aço ferrítico quando aquecidos por longos períodos de tempo entre 440 a 760ºC. Recalque: desnivelamento de uma estrutura devido à não compactação adequada do solo que a apóia. CST: aparecimento de trincas nos metais ou ligas, decorrente da ação combinada da corrosão e tensões estáticas residuais, induzidas ou externas. Fluência: fenômeno pelo qual os metais e ligas tem tendência a sofrer deformações plásticas continuas, quando submetidos por longos períodos de tempo e tensões constantes, porém inferiores ao limite de resistência normal do material. O efeito é particularmente importante se a aplicação das tensões se der na temperatura vizinha àquela de recristalização do metal ou liga. Fase sigma: fenômeno associado com aços liga ao cromo (acima de 17%) e com aços inoxidáveis ao Cr-Ni que quando aquecidos prolongadamente entre 500 a 700ºC tornam-se severamente frágeis e com alta dureza. Tal fato motiva o aparecimento de trincas durante o resfriamento a partir da temperatura de utilização e especialmente durante a operação de soldagem. Carburação (carburização): A carburação é um fenômeno de degradação do material em alta temperatura causada pela difusão de carbono do meio para o metal. O carbono provoca a precipitação generalizada de carbonetos na microestrutura, cujos efeitos incluem a redução significativa da ductilidade e da tenacidade da liga. Adicionalmente, o aumento de volume decorrente da carburação é apontado como a principal fonte de tensões residuais e, conseqüentemente, de trincas que ocorrem durante o resfriamento de fornos industriais em paradas para manutenção. Outro efeito da carburação é a alteração da condição paramagnética original da liga, para a ferromagnética, sendo este efeito empregado na “medição” da intensidade de carburação em alguns equipamentos industriais. O ataque por carburação é um fenômeno que ocorre em meios carburantes (atividade de carbono igual a 1) a temperaturas superiores a 900°C. Consiste na penetração de carbono no componente metálico, via difusão e decorrente formação de carbonetos de forma generalizada na sua microestrutura, fragilizando a liga. Como resultado da carburação do componente metálico, tem-se : a) O aumento do teor de carbono dissolvido na matriz e a precipitação generalizada de carbonetos. Com a precipitação dos carbonetos ricos em Cr (M7C3 e M23C6), a composição da matriz torna-se à base de Fe e Ni, com isso a condição inicial paramagnética altera-se para ferromagnética. Esta alteração no comportamento magnético é empregada na detecção e, em alguns casos, medição da intensidade de carburação em fornos petroquímicos. b) O aumento do volume do material metálico carburado e a conseqüente geração de tensões entre regiões carburadas e não-carburadas. O aumento no volume dos tubos é considerável, e esta é apontada como a principal razão para a ocorrência de trincas em fornos de pirólise. Como a carburação avança da parede interna do tubo, ela provoca tensões de compressão no diâmetro interno do tubo e tensões de tração no
  • 24. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 24/59 - diâmetro externo, que pode resultar em trincas intergranulares que surgem na metade da parede do tubo. c) Em ligas do sistema Fe-Ni-Cr ocorre um aumento da condutividade térmica na condição carburada, que um efeito positivo na eficiência do equipamento. d) A diminuição da ductilidade e da ductilidade sob fluência provoca a fragilização do material em temperatura ambiente e em temperaturas elevadas. Embora reduzida, a ductilidade em temperatura elevada é superior à observada em temperatura ambiente e este fato é responsável pela ocorrência de fraturas de caráter frágil no resfriamento do forno para paradas de manutenção. Carburação catastrófica (“metal dusting”): é um fenômeno conhecido como carburação catastrófica envolvendo desintegração do metal. Este fenômeno ocorre em atmosferas altamente carburantes a temperaturas relativamente elevadas (350°a 1000°C), mas geralmente inferiores quando comparadas com as da carburação (superiores 900 °C). O fenômeno provoca rápida inutilização do componente metálico, sendo que os produtos provenientes do ataque são constituídos por uma mistura de grafita com finas partículas do próprio metal e carbonetos. O fenômeno tem sido observado em indústrias de tratamento térmico, em plantas de reforma, em indústrias petroquímicas que possuem processos com misturas altamente carburantes (CO-CO2-H2-hidrocarbonetos) que podem reagir com componentes metálicos ou em processos nos quais compostos orgânicos são reativos (exemplo: sistemas de desidrogenação de butano), em fornos que realizam o craqueamento de ácido acético, em plantas de produção de piridina etc. A carburação catastrófica pode se manifestar através das seguintes maneiras: formação de pites, observada geralmente em ligas à base de níquel e em aços de alta liga contendo níquel e cromo, os quais possuem a capacidade de manter a camada de óxido de cromo mesmo em atmosferas redutoras. Os pites podem possuir superfície lisa ou rugosa e apresentam, no seu interior, depósito de carbono grafítico, partículas do metal e carbonetos; redução uniforme da espessura do metal, observada, geralmente, em aços baixa liga com formação de depósitos semelhantes aos encontrados no interior do pites: carbono grafítico, partículas do próprio metal e carbonetos. Esta forma de ataque é normalmente associada a um sistema que envolve um fluxo de gases elevado, resultando num efeito combinado de pulverização metálica associada à erosão; combinação da formação de pites com redução da espessura do metal. 5.2 Serpentina Os principais fatores que promovem ou contribuem para a sua deterioração são: 5.2.1 Tipos de processo O processo é o principal fator no estabelecimento do tipo de deterioração de um forno. Os principais processos de operação são a destilação de óleo cru, a destilação a vácuo, o processamento de asfalto ou óleo lubrificante, o craqueamento, a reforma, o fracionamento de destilado leve, e o tratamento. O processo operacional determina o tipo de carga, constituindo-se o fator principal no estabelecimento das condições básicas de operação do forno, o que, por sua vez, contribui para uma determinada forma de deterioração.
  • 25. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 25/59 - 5.2.2 Características da carga: Os teores de enxofre, cloretos, ácidos orgânicos ou materiais sólidos são os fatores principais na determinação não somente do tipo, como também na severidade da deterioração. O teor do enxofre é um fator importante porque o tipo e taxa de corrosão que se pode esperar na superfície interna dos tubos do forno e suas conexões varia grandemente com o teor de enxofre, cloretos, ou ácidos orgânicos. O enxofre, em particular, é um fator determinante na escolha de material a ser usado, a fim de assegurar vida útil satisfatória e campanhas de duração máximas, com um mínimo de reparos ou substituições. O sulfeto de hidrogênio é um composto de enxofre particularmente corrosivo cuja corrosividade aumenta quando em presença de hidrogênio. Algumas cargas têm uma tendência para produzir depósitos do coque ou de sais orgânicos. Esses depósitos, conquanto não sejam causadores direto de deterioração, podem ter uma grande influência na temperatura de metal dos tubos e causar deterioração como um efeito secundário. 5.2.3 Velocidade de fluxo no interior da serpentina A velocidade quando critica ou se ocorrer “impingement” direto pode causar erosão severa nos tubos e conexões. No caso dos tubos, a erosão é resultante da velocidade. Nas conexões a erosão resulta usualmente da combinação de “impingement” com velocidade. Se a carga for substancialmente aumentada no forno, o aumento da velocidade decorrente pode causar perda de metal por erosão e corrosão. 5.2.4 Pressão A pressão de operação permissível para a temperatura de operação do metal não é uma causa de deterioração quando a temperatura for inferior à da faixa de fluência. Quando a temperatura de operação do metal é superior à temperatura na qual a fluência se inicia ocorrerá um alongamento vagaroso do metal que pode causar ruptura depois do um longo período de operação. Pressão excessiva pode levar o metal a uma fluência rápida e provocar abaulamento, trinca, e até uma falha completa por tensão de ruptura num período de operação relativamente curto. 5.2.5 Temperatura A temperatura de operação é um fator usado na determinação da temperatura do metal dos tubos e conexões. A temperatura do metal desempenha um grande papel no tipo e severidade da deterioração dos tubos de um forno. A temperatura do metal em tubos individuais ou ao longo do comprimento de qualquer tubo radiante específico pode variar consideravelmente. As causas principais dessas variações são: Incrustações nos tubos; Condições de queima impróprias ou insatisfatórias. Os tipos de deterioração dos tubos associados com a temperatura do metal são: a) Vergamento ( Sagging): é devido comumente a um decréscimo na resistência estrutural do tubo decorrente de superaquecimento. Também pode ser causado por escapamento inadequado de suportes de tubos, temperaturas de metal desiguais, ou falhas de um ou mais suportes de tubos. b) Empenamento ( Bowing ): é provocado geralmente, por temperaturas desiguais no metal, resultante de incidência de chama ou acumulação de coque no interior do tubo. Também pode ser causada pelo atrito do tubo nos espelhos, não permitindo suficiente expansão longitudinal.
  • 26. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 26/59 - a) b) c) Queima ou Escamação: tanto podo ser localizada ou se estender por todo o comprimento de um tubo dentro do forno. Comumente resultam de incrustações ou excesso de calor, o que leva a temperatura da superfície metálica a um nível tal que a oxidação ocorre. Depósitos de combustão podem ter a aparência de escamações de óxidos e serão distinguidos por meio de um imã. A escamação é magnética e os depósitos de combustão não magnéticos. d) Fluência ou Abaulamento: a resistência do metal diminui em altas temperaturas e a tensão atuando por muito tempo em tubos quentes pode deformá-los ou levá-los à fluência. Pode-se evitar falhas por fluência usando-se valores de tensão baseados nas propriedades do metal em altas temperaturas. Abaulamentos (laranjas)ocorrem quando a temperatura de metal de um tubo, em áreas localizadas de superaquecimento, ultrapassa o limite que pode suportar a tensão resultante da pressão. e) Transformação Metalúrgica: os aços sujeitos às altas temperaturas e sob tensões durante períodos de tempos longos sofrem mudanças metalúrgicas. Essas mudanças resultam em condições conhecidas como carbonetação, descarbonetação, crescimento de grão, trinca por pressão, etc. Todas essas condições resultam numa redução generalizada da resistência mecânica ou muna alteração da ductilidade, que pode eventualmente levar a uma falha completa do material.
  • 27. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 27/59 - f) Efeito de Expansão: todos os metais se expandem ao serem aquecidos. Temperaturas elevadas causam expansões que, se não forem propriamente contrabalançadas, resultarão em tensões excessivas e suficientes para causar sérios enfraquecimento e deformações no tubo ou conexão. g) Incremento na Corrosão: a corrosão é fortemente influenciada pela temperatura. Diferentes taxas de corrosão ao longo do comprimento de um tubo ou da sua seção transversal são causadas, freqüentemente, por temperaturas diferentes. 5.2.6 Produtos de combustão Os problemas de corrosão que resultam de combustíveis usados em fornos, dependem principalmente do caráter do combustível. Quando o gás ou óleo combustível tem alto teor de enxofre, um dos produtos da combustão formados e depositados na superfície externa dos tubos é um sulfato. Este sulfato é inofensivo durante os períodos de operação; todavia, logo que o depósito é deixado esfriar, torna- se altamente higroscópio e absorve umidade no ar, hidroliza-se e produz ácido sulfúrico diluído que ataca imediatamente todo o metal com o qual entra em contato. Quando o combustível tem alto teor de vanádio, as superfícies metálicas que operam à temperatura acima de algum ponto crítico na faixa de 1200 a 14000F estarão sujeitos a um ataque rápido pelo pentóxido de vanádio (V2 O5). Este pentóxido se deposita e funde a superfície metálica aquecida. Depois que certa quantidade de depósito tiver se acumulado, começará a escorrer da superfície onde se depositou e o ciclo de ataque será reiniciado. 5.2.7 Deterioração mecânica A vida útil de tubos e conexões de fornos pode ser reduzida como resultado de deterioração mecânica. As duas causas mais comuns são vazamentos pelas mandrilagens e danos durante a limpeza mecânica. O vazamento por mandrilagem é uma dificuldade mecânica. A sua causa pode ser um procedimento incorreto ou imperícia durante a instalação original dos tubos ou ser devido a aumentos de temperatura durante a operação. Os danos a um tubo durante a limpeza podem ser causados por procedimento incorreto ou imperícia. Uma das causas mais comuns é deixar o aparelho de limpeza operar em uma posição durante tanto tempo que chega a cortar a parede do tubo. A remoção de coque com vapor e ar ( steam-air decoking ) pode causar séria oxidação ou outra deterioração dos tubos se as temperaturas não forem cuidadosamente controladas. Força em excesso usada pelo operário no fechamento dos cabeçotes pode resultar no aparecimento de fraturas no corpo do cabeçote ou então na base das suas orelhas. Também pode causar desgaste excessivo ou distorção nas sedes do tampão ou da curva em “U”, nas orelhas do cabeçote, ou das peças de fixação (travas ou parafusos de cabeça). O uso de força excessiva geralmente ocorre devido à limpeza inadequada de superfícies esmerilhadas ou troca de tampões. Educação, treinamento e supervisão contínua do operário indicando-lhe cuidado que deve ter o modo de usar, e o aperto permissível, são essenciais para evitar este dano. Defeitos de fundição ou de forjamento também podem dar origem às fraturas no corpo do cabeçote ou na base das suas orelhas. 5.3 Fornalha Os principais fatores que causam a deterioração na fornalha são:
  • 28. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 28/59 - a) Condições climáticas: a taxa de deterioração cansada pelas condições climáticas dependerá grandemente da atmosfera ser seca, úmida ou salina, e do grau de poluição do ar pelos fumos industriais que podem ser corrosivos. A deterioração provocada por uma atmosfera úmida pode não ser devida à localização geográfica do forno dentro da própria refinaria. Um exemplo é o caso de um forno localizado nas proximidades de depósitos de refrigeração (cooling ponds) ou torres de resfriamento (cooling towers) com os ventos soprando na direção do forno. Os tipos de deterioração que resultam de condições climáticas são: o enferrujamento da estrutura de aço exposta ou não pintada; a deterioração geral de superfícies pintadas; e a erosão e deterioração da alvenaria externa do concreto, do isolamento, etc., que forma o envoltório externo de um forno. Deixando-se o envoltório externo se deteriorar, fender ou desagregar, a chuva ou a umidade entrará por essas aberturas e deteriorará o refratário interno, o isolamento e a estrutura de aço, particularmente quando o forno estiver fora de serviço por alguma razão. b) Temperatura de operação: as condições de queima e a temperatura do forno são as maiores causas de deterioração dos materiais que formam o invólucro interno do forno. A severidade da deterioração variará com a temperatura do forno que, por sua vez, é determinada pelas condições de operação. A finalidade desses materiais do invólucro interno, tais conto o refratário ou isolamento, é proteger a armação de aço estrutural, as estruturas do teto e os espelhos dos tubos, contra calor. Como resultado das longas exposições á altas temperaturas os refratários deterioram por Iascamento (spaliing), avaria do material ligante, fusão e perda de resistência estrutural. Quando a ação isolante do refratário ou do isolamento fica reduzida, a ancoragem de aço fica sujeita aos gases quentes do forno e se deterioram rapidamente por oxidação, queima, escamação o possivelmente transformação da estrutura metalúrgica. c) Produtos de corrosão: agentes muito corrosivos são produzidos na queima dos combustíveis que contenham enxofre e vanádio. Os tipos de corrosão que podem resultar da queima desses combustíveis foram vistos nas explicações anteriores. Estes mesmos tipos de ataque ocorrerão nas peças de aço frias se elas forem expostas aos gases do forno devido à deterioração do refratário ou isolamento, ou se o forno for operado com pressão positiva. Quando as cinzas e o refratário entram em contato com a temperatura moderadamente alta, pode ocorrer uma ação fundente (fluning action) com produção uma escória mais ou menos fluida. Os óxidos metálicos, como o de vanádio ou molibdênio, são agentes fundentes. A formação dessa escória produz no mínimo três ações deterioradoras: Fusão; Penetração e Ação Química. O efeito geral dessa ação escorificante é o decréscimo da espessura do refratário e de sua ação isolante causando assim a exposição da ancoragem de aço às altas temperaturas, etc. 5.4 Chaminés e dutos Os fatores que causam a deterioração dos mesmos são: a) Recalque : este fator pode causar fendas nas chaminés de tijolos ou de concreto e nos dutos de fumaça. As fendas reduzem a resistência estrutural e permitem a entrada de chuva e umidade que causarão a deterioração dos revestimentos refratários e da ferragem de aço no caso das chaminés de concreto.
  • 29. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 29/59 - b) Condições climáticas: causam deterioração das chaminés, dos tijolos, concreto, aço, e dos dutos de fumaça, devido ás condições climáticas. c) Temperatura de operação: alta temperatura é a maior causa da deterioração de chaminés. Tijolos, concreto, revestimentos refratários e chapa de aço usada na construção de chaminés e dutos de fumaça, estão sujeitos aos mesmo tipos de deterioração por alta temperatura. d) Produtos de combustão: a deterioração resultante dos produtos de combustão pode ser muito severa nas superfícies internas das chaminés, dos dutos de fumaça, e seus revestimentos refratários ou isolantes. A uma certa altura das chaminés, a temperatura do gás de combustão pode cair até o ponto onde ocorre a condensação, chamado “ponto de orvalho” (dew point). Quando esta condição é atingida, os produtos da combustão se combinam com a umidade formado ácido sulfúrico e ácido carbônico diluídos. O primeiro muito corrosivo para o aço, e em menor grau: deterioram os tijolos, concreto e os revestimentos refratários ou isolantes usados na construção de chaminés. Quando a chaminé está em operação, a seção dela que estiver com a temperatura abaixo do ponto de orvalho está sujeita a ataque; quando a chaminé não estiver em operação, será atacada em todo o seu comprimento, como também o duto de fumaça. 6 FREQUENCIA DE INSPEÇÃO E EPOCA PARA A INSPEÇÃO 6.1 Generalidades Os fornos são comumente de alguma unidade de processamento, e pode acontecer que o tempo que passem operando o intervalo entre inspeções seja determinado por algum outro equipamento da umidade. Da parada da unidade oferece a oportunidade para a inspeção do forno. Deve-se tirar proveito de cada período de parada, para inspeção dos tubos, conexões, etc., salvo se o tempo de operação desde a parada anterior for muito pequeno. Os principais fatores que devem ser considerados cuidadosamente para se estabelecer o intervalo de tempo entre inspeções de um forno num dado tipo de unidade de processamento são segurança e operação eficiente. Vale ressaltar que em geral o controle da vidas das peças e/ou acessórios nos fornos é controlada por horas de operação( 1 ano equivale a 8760 horas ou seja se um forno operar de forma ininterrupta durante 2 anos considera-se que todas as suas peças possuem 17520 horas de operação). Isso é ponto relevante para definição de procedimentos de reparos em caso de falhas. 6.2 Segurança Deve ser o primeiro fator para estabelecimento do intervalo de inspeção. A segurança deve ser considerada tanto do ponto de vista de proteção do pessoal de operação como de proteção do equipamento. Devem ser conhecidas as taxas de deterioração das várias partes do forno a fim de se estabelecer a freqüência de inspeção. O intervalo entre inspeções deve ser tal que quando a unidade for parada, ainda haja alguma folga para corrosão na parte essencial mais fraca. Se as condições de operação, ou a natureza da carga forem modificados num dado forno, deve-se verificar cuidadosamente a necessidade de ser revisado o intervalo de inspeção a fim de se compensar as novas condições. Quando ocorrer uma parada de emergência na unidade, resultante de alguma falha mecânica ou mau funcionamento, deve ser feita uma investigação completa para que não ocorra outra vez semelhante condição em outras unidades.
  • 30. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 30/59 - 7 ROTINA DE INSPEÇÃO EM FORNOS DE PROCESSO 7.1 OBJETIVO Padronizar os critérios utilizados na atividade de inspeção em fornos de processo, e oferecer suporte técnico e conhecimento específico aos profissionais envolvidos, bem como definir as responsabilidades interfaces com outros órgãos da empresa. 7.2 DEFINIÇÕES Abafador: Válvula para bloqueio ou controle da tiragem dos gases de combustão. Bacia de Cinzas: Região existente na base da chaminé de concreto com a função de acumular as cinzas que se precipitam dos gases de combustão. Cabeçote: Acessório de conexão entre dois tubos adjacentes desviando o fluxo normalmente em 180°. É dotado de “plug” removível permitindo a limpeza e inspeção dos tubos. Caixa de Fumaça: Região do forno situada entre os últimos tubos de saída da convecção e o duto de gases de combustão. Câmara de Ventilação: Região anular em toda a extensão da chaminé, ou seja, é o espaço entre o concreto armado e a parede refratária que tem a finalidade de refrigerá-la através de tiragem natural de ar que aí circula. Câmera Plena (Plenum) ou Caixa de Ar: Caixa que envolve os queimadores, destinada a distribuir adequadamente o ar. Carga a Frio ou de Instalação: É a carga de reação da mola quando da instalação do suporte. Corresponde a carga de uma das extremidades (início ou fim) do curso de trabalho e pressupõe a ausência de cargas térmicas no sistema. Carga a Quente ou de Operação: É a carga requerida pelo sistema quando em operação. Corresponde ao outro extremo do curso de trabalho do suporte e pressupõe cargas térmicas do sistema. Chaminé : Equipamento auxiliar que une a câmara de combustão do equipamento principal ao exterior, destinado a dar tiragem aos gases de combustão. Em alguns casos a união da câmara de combustão com a chaminé é feita através de dutos. Corrosão-Sob-Isolamento (CSI): É a corrosão que ocorre sob o isolamento térmico devido à infiltração de umidade ou condensados. Curva de Retorno: Acessório de simples interligação entre dois tubos adjacentes, em um mesmo passe, desviando normalmente o fluxo em 180°. Dutos de Ar : O limite é compreendido desde o ponto de sucção do ar da atmosfera até a posição onde o ar pré-aquecido alimenta os queimadores. Dutos de Gases de Combustão : Dutos de descarga de gases de combustão para a atmosfera, compreendendo a região entre a caixa de fumaça e a chaminé. Espelho: Tipo especial de suporte que apóia vários tubos numa única peça. Pode ser Extremo ou Intermediário se está junto à extremidade dos tubos ou não. Fornos: Equipamentos industriais que se destinam a aquecer fluidos circulantes em serpentinas de tubos por meio da chama de qualquer substância combustível em câmaras semi-fechadas. LP :Ensaio com Líquido Penetrante.
  • 31. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 31/59 - Não-Conformidades: Toda e qualquer situação que fuja às condições previamente estabelecidas. Orifícios de Ventilação: Orifícios que permitem a entrada de ar frio (base da chaminé) e saída de ar quente (no topo da chaminé) por tiragem natural. o ar circula pela câmara de ventilação. PAF - Sistema de Pré-Aquecimento de Ar dos Fornos: Sistema de pré- aquecimento do ar usado na queima do combustível, com o intuito de economizar energia. Pendural: Tirante de sustentação dos tubos do teto, fixo na estrutura do forno. Recomendação de Inspeção e OS de Inspeção: Documento emitido pela Inspeção de Equipamentos solicitando serviços prévios de apoio (acesso, iluminação, limpeza) ou indicando a necessidade de providências decorrentes de inspeção (reparos, substituições). Região de Convecção: Região do forno onde a troca térmica se dá predominantemente por convecção. Região de Radiação: Região do forno onde a troca térmica se dá predominantemente por radiação. Serpentinas: Conjunto de tubos e acessórios por onde circulam o fluido a ser aquecido por meio da chama de qualquer substância combustível em câmaras semi- fechadas. Suporte de Mola de Carga Constante: São suportes onde a força liberada é mantida constante através da combinação entre o deslocamento de uma ou mais molas e um braço variável entre o ponto de aplicação da força e as molas. Suporte de Mola de Carga Variável: São suportes onde a força liberada é proporcional ao deslocamento de uma ou mais molas internas ao suporte. Suporte de Tubo: Peça metálica fixa à estrutura do forno, tendo por função suportar a carga imposta pelos tubos. Suportes de Contrapeso: São dispositivos compostos de um contrapeso associado a um conjunto de roldanas e cabos de aço ou a uma alavanca, e possuem uma capacidade de suporte rigorosamente constante, pois a carga suportada é igual ou equivalente ao contrapeso. (Ver figura no anexo 3). Tubulações de Utilidades : Tubulações auxiliares posicionadas a jusante dos primeiros bloqueios gerais. 7.3 CONDIÇÕES GERAIS As inspeções dos fornos de processo devem ser precedidas de consultas aos históricos e/ou os registros do arquivo físico, bem como, aos desenhos do equipamento e às Recomendações de Inspeção pendentes. 7.3.1 Planejamento da Inspeção É a primeira etapa da inspeção de um forno e consiste no levantamento de todas as informações necessárias para garantir a qualidade da inspeção a ser executada. Ao receber a programação de inspeção, é recomendável que o inspetor busque conhecer todos os aspectos disponíveis do forno, que possam interferir na sua integridade física. Relacionamos abaixo alguns pontos importantes a serem verificados nessa etapa: a) detalhes construtivos: material, especificação do isolamento térmico.
  • 32. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 32/59 - b) acessórios existentes e suas folhas de dados. c) condições operacionais de projeto: pressão, temperatura e fluido de trabalho. d) mecanismos de danos a que o forno está sujeito, caso exista e já tenha sido identificada. e) para inspeção de CSI, identificar previamente os locais onde será necessária a remoção de isolamento térmico para inspeção (vents, drenos, tomadas de instrumentos, conexões); f) ensaios e regiões a serem realizados;g) apoios de serviços necessários à boa condução dos serviços, bem como, sua programação; h) micro- clima na região a ser inspecionada; i) motivo e objetivo da inspeção. 7.3.2 Inspeção em Operação Verificar condições do forno e eventuais ocorrências anormais. 7.3.2.1 Ferramentas e Instrumentos Utilizáveis -martelo, espátula, D-Meter, equipamentos para ensaios-não-destrutivos, lupa, imã, sabão líquido, trena, marcador industrial, kit de teste por pontos, máquina fotográfica, paquímetro ou micrômetro de profundidade, termômetro (de contato ou ótico), lanterna à prova de explosão, escova de aço carbono e/ou aço inoxidável. 7.3.3 Itens a Serem Inspecionados Apresentamos a seguir o detalhamento da inspeção nas partes mais comuns de fornos de processo, porém uma avaliação preliminar dos desenhos do equipamento a ser inspecionado é necessário,quando todos os componentes devem ser identificados. 7.3.3.1 Chaparia Inspeção visual na chaparia com especial atenção a pontos com pintura calcinada, rubros ou chapas empenadas que indicam falha no isolamento ou refratário interno. Pequenos pontos circulares com protuberância escura são, normalmente, resultantes da corrosão interna por condensação ácida ao redor da solda do pino de sustentação do isolamento/refratário, devida à infiltração dos gases de combustão. Pintura queimada Refratário com falha interna A inspeção termográfica para detecção de pontos quentes, indicativos de danos no isolamento/refratário. É recomendável a sua aplicação antes de paradas, para auxiliar no planejamento da intervenção.
  • 33. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 33/59 - Chapa do piso com desprendimento da pintura Vista da falha na chapa do piso por superaquecimento 7.3.3.2 Vigas / Longarinas / Base Inspecionar visualmente avaliando o estado da pintura, a existência de corrosão, a fixação e estabilidade desses componentes. Verificar as fundações quanto a recalques e estufamento e/ou rompimento da base de concreto e exposição da ferragem à corrosão. 7.3.3.3 Escadas e plataformas Verificar visualmente as condições físicas das chapas, pontos de fixação, grades, degraus, estrutura e guarda-corpo, quanto à existência de partes soltas, frouxas ou mal instaladas, deformações, corrosão, trincas, vibrações e regiões com empoçamento de água, além do estado geral da pintura. 7.3.3.4 Suportes Móveis 7.3.3.4.1 Suportes de Carga Constante e Variável Interferência ao curso do suporte provocada por outros elementos estruturais ou da tubulação; Existência de deslocamento do suporte em relação ao seu apoio; Posição dentro do curso de trabalho especificado; Fixação do suporte a linha ou a sua base, quanto à corrosão, trincas, soldas rompidas, deformações permanentes e estado dos tirantes; Estado da mola quanto à corrosão, espaçamento uniforme das espiras, sinais de trincas e encosto adequado das extremidades; Plaqueta de identificação, plaquetas de cargas e régua de curso, quanto ao estado e a correta localização; Discos de ajuste da mola, quanto ao empeno e corrosão; Caixa de proteção da mola quanto à corrosão ou outra deterioração; Se todas as travas foram removidas; Situação da lubrificação das articulações e das roscas; Se ainda há curso disponível nos componentes roscados (luvas e tirantes);
  • 34. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 34/59 - Para o caso de suportes geminados, verificar a posição do curso de trabalho de ambos. 7.3.3.4.2 Suportes de Contra Peso Além dos itens descritos em acima, verificar também os seguintes aspectos: Estado geral dos cabos, roldanas, pinos e acessórios quanto à corrosão, desgaste e outros danos; Lubrificação das roldanas, cabos e outras partes móveis; Estado geral do indicador de movimento. 7.3.3.5 Plenum e Queimadores Verificar condições da caixa dos queimadores (plenum) da mesma forma que na inspeção da chaparia. Quando da remoção para limpeza dos queimadores, inspecionar visualmente condição dos maçaricos, bicos, refratários. Obs.: os queimadores de gás costumam sofrer oxidação severa por alta temperatura.
  • 35. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 35/59 - 7.3.3.6 Ramonadores Verificar as condições físicas do sistema 7.3.3.7 Tomadas de instrumentos Realizar inspeção das condições físicas dos componentes e da pintura, se pintado, verificar a existência de corrosão, vibrações, vazamentos, deformações, danos mecânicos, sinais de tensões provenientes de montagem inadequada, empolamentos ou gotejamento de condensado sobre os mesmos. NOTA: Deve-se ter atenção especial na inspeção destes componentes, pois podem possuir espessura nominal menor do que a da linha principal, apresentam dificuldade maior de pintura, podem estar locados em locais de difícil acesso, além de serem mais susceptíveis a corrosão sob isolamento e danos por vibração. 7.3.3.8 Instrumentos A inspeção preventiva dos instrumentos é de responsabilidade da Instrumentação, entretanto, devem ser verificadas as condições físicas da parte estrutural, suportes e parafusos quanto à corrosão,deformações ou vibrações, quando da inspeção dos fornos em que os instrumentos estejam conectados. 7.3.3.9 Tubulações e Acessórios Realizar inspeção visual nos acessórios e trechos de tubulações conectados ao equipamento, preferencialmente até o primeiro bloqueio. 7.3.3.10 Chaminés 7.3.3.10.1Chaparia Realizar inspeção visual em toda extensão, atentando a pontos com pintura queimada e chapas deformadas (indicativo de possível queda do isolamento ou refratário). Para acesso às partes altas o inspetor pode utilizar binóculos, andaimes, elevador de carga ou acesso por corda. Deve-se efetuar inspeção visual e quando necessário, martelamento, verificando a existência de furos e/ou vazamento de gases. Esses furos são normalmente causados por corrosão interna (por condensação ácida).
  • 36. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 36/59 - Normalmente as chaminés possuem chapas de contraventamento. Nesses casos devem ser observados os cordões de solda de fixação com a chaminé quanto à corrosão. 7.3.3.10.2Fixação Realizar inspeção visual em todos os parafusos de fixação da chaminé quanto à existência de corrosão e deformação. 7.3.3.11 Dutos de Ar e Gás 7.3.3.11.1Dutos Com Isolamento Interno Deve ser realizada inspeção visual em toda extensão, verificar a existência de corrosão, deformações e pontos rubros, com pintura calcinada e chapas deformadas que indicam queda ou ineficiência do isolamento ou refratário. Verificar a existência de furos e vazamentos de gases, normalmente causados por corrosão interna por condensação ácida sob revestimento. Se necessário utilizar instrumento para medição de temperatura. 7.3.3.11.2 Dutos com Isolamento Externo Realizar inspeção visual em toda a extensão, atentando para pontos das chapas de proteção do isolamento onde possa haver infiltração de água, verificar a existência de vazamentos de gases que indicam furos na chaparia. Os furos podem ser causados por corrosão sob o isolamento devido à infiltração de água, por corrosão interna devido à condensação ácida ou pela combinação de ambos os mecanismos. Se necessário, remover o isolamento nas regiões de infiltração de água para inspeção da chaparia quanto à existência de corrosão sob isolamento.
  • 37. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 37/59 - 7.3.3.11.3Vigas e Estruturas Realizar inspeção visual em toda a extensão verificando as condições físicas quanto à corrosão, deformações, vibrações, fixação e rigidez do conjunto. Deve-se atentar para os parafusos de fixação e locais que permita o acúmulo de água de chuva. 7.3.3.11.4Juntas de Expansão ou Dilatação Verificar as condições físicas dos elementos (foles, ancoragem, guias, tirantes) quanto à corrosão, erosão, vibração, deflexões excessivas (axial, lateral, angular), presença de materiais estranhos alojados nas corrugações dos foles impedindo o livre movimento dos mesmos e existência de vazamentos. Nas juntas de dilatação verificar se possuem liberdade de movimento, bem como, deformações ou existência de vazamentos. 7.3.3.12 “Interna” em Operação É recomendável fazer a cada inspeção externa, ou sempre que necessário, inspeção visual interna através das janelas de inspeção a procura de pontos avermelhados, "laranjas" e empenos dos tubos e curvas; braçadeiras e suportes caídos ou oxidados; refratários caídos ou estabilidade de paredes de tijolos e piso. Verificar a qualidade da combustão através das características das chamas (altura, abertura, centralização, estabilidade, presença de fumaça e/ou fagulhas) e da presença de respingos de combustível no interior do forno (características de queima incompleta). Nessa oportunidade, verificar se os parâmetros operacionais estão conforme projeto.
  • 38. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 38/59 - 7.3.4 Inspeção Interna em Parada É realizada com o equipamento parado, aberto, de acordo com o plano de inspeção contido no documento normativo de Planos e Programas de Inspeção de Equipamentos Estáticos, pode entretanto ser realizado a qualquer momento, caso haja avaria ou suspeita ou intervenção de manutenção que possibilite a inspeção. 7.3.4.1 Ferramentas e Instrumentos Utilizáveis -martelo de inspeção, espátula, D-Meter, equipamentos para ensaios-não-destrutivos, lupa, imã, trena, marcador industrial, kit de teste por pontos, lanterna à prova de explosão, escova de aço carbono e/ou aço inox, saco plástico para coleta de amostras, máquina fotográfica, paquímetro ou micrômetro de profundidade, fita para medição de circunferência 7.3.4.2 Itens a Serem Inspecionados Apresentamos a seguir o detalhamento da inspeção nas partes mais comuns de fornos de processo, porém uma avaliação preliminar dos desenhos do equipamento a ser inspecionado é necessário,quando todos os componentes devem ser identificados. 7.3.4.3 Considerações Gerais Devem ser registradas todas as observações relevantes através de fotos, croquis e se necessário coleta de amostra de cinzas e produtos de corrosão, que possibilitem, após análise, a identificação do processo corrosivo. Nos fornos onde existem cabeçotes, marcar os plugs e mandrilagens com vestígios de vazamento. Nos fornos onde seja necessária a lavagem e neutralização dos tubos para evitar ocorrências de corrosão, deve ser verificada a eficiência da lavagem e o pH na superfície metálica após neutralização. 7.3.4.4 Inspeção de Abertura É realizada após a liberação do equipamento pela Operação e Segurança, e antes da desmontagem dos internos e da execução de limpeza. Na inspeção de abertura normalmente é feita avaliação e registro do nível e características das deposições sobre os tubos, sinais de queima incompleta (respingos de combustível) , presença de objetos estranhos, existência de internos caídos ou deformados (braçadeiras, suportes, refratários); se necessário, efetuar registro fotográfico e remoção de amostra para análise de contaminantes.
  • 39. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 39/59 - 7.3.4.5 Queimadores a) Verificar o acionamento das virolas de controle de entrada de ar para os maçaricos e a necessidade de sua lubrificação; b) Verificar as chapas de contenção dos blocos refratários dos cones difusores dos maçaricos com relação à redução de espessura e abaulamento bem como o anel de sustentação dos blocos dos cones difusores secundários; c) Inspecionar os blocos refratários com relação a trincas e erosão; d) Inspecionar as canetas de óleo, vapor, gás e piloto, bem como a câmara de atomização e o atomizador, como relação à corrosão e erosão; e) Inspecionar os bicos de óleo e gás quanto aos diâmetros e ângulos dos furos; f) Verificar o estado dos parafusos de fixação dos queimadores; g) Executar teste pneumático de estanqueidade na linha de gás para verificar a estanqueidade das válvulas; h) Executar teste hidrostático nos mangotes das linhas de óleo e vapor, para verificar a existência de vazamentos; i) Verificar conformidade dimensional e de posicionamento dos componentes dos queimadores após montagem, em relação ao projeto. Especial atenção deve ser dada ao alinhamento, nivelamento e centralização do conjunto. 7.3.4.6 Dutos de Ar e Gases de Combustão a) Inspecionar a chaparia com relação à corrosão e necessidade de reparo e/ou pintura; b) Inspecionar o isolamento térmico e refratário dos dutos e do plenum; c) Inspecionar as juntas de expansão dos dutos quanto às condições físicas dos elementos (foles, ancoragem, guias, tirantes) quanto à corrosão, erosão, danos por vibração, deflexões excessivas (axial, lateral, angular), presença de materiais estranhos alojados nas corrugações dos foles impedindo o livre movimento dos mesmos, regiões com trincas ou furos.
  • 40. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 40/59 - Nas juntas de dilatação verificar se possuem liberdade de movimento conforme prescrito no projeto, bem como, deformações ou existência de pontos de ocorrência de vazamentos. Nas juntas de expansão fabricadas em aço inoxidável austenítico realizar ensaio com líquido penetrante nas regiões dos corrugados onde haja suspeita de trincas. d) Verificar as condições físicas e de acionamento dos sistemas de controle de vazão de ar e gases de combustão; e) Inspecionar as chapas laterais, do fundo e teto do plenum com relação a deformações e empenamentos; f) Inspecionar o sistema de preaquecimento de ar, verificando as condições físicas dos seus componentes (caixas, cestos, selagem, chaparia). 7.3.4.7 Linhas Externas ao Forno a) Efetuar medição de espessura em pontos predeterminados das linhas de entrada e saída de carga; incluindo as conexões; b) Executar, medição de espessura e teste de martelo das linhas de combustíveis, vapor de abafamento, gás residual e vapor para ramonadores; c) Remover para inspeção visual interna eventuais trechos de linhas de saída e válvulas; d) Inspecionar os estojos e porcas dos flanges e válvulas das linhas externas ao forno (exame visual e martelamento) e sede de assentamento das juntas quanto às condições físicas (quando houver acesso); e) Verificar o estado do isolamento térmico; f) Atenção especial deve ser dada às linhas de vapor de abafamento. Remover parcialmente o isolamento destas linhas para medição de espessura-teste de martelo e verificação de corrosão sob o isolamento, visto que não são comumente utilizadas. g) Atenção também para os suportes tipo munhão, principalmente em tubulações isoladas e munhão aberto.
  • 41. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 41/59 - 7.3.4.8 Câmara da Radiação 7.3.4.8.1 Serpentina de Hidrocarbonetos a) Inspecionar visualmente os tubos quanto à existência de sulcos ou estrias, trincas, corrosão ou desgaste na região de passagem pelos espelhos, empenamentos e deformações localizadas, oxidação externa devido à alta temperatura; executar ensaio transluzente (feixe de luz da lanterna paralela ao tubo) para auxiliar na identificação das deformações). b) Martelar os tubos para verificação da existência de camada de óxidos e/ou formação de coque internamente; c) Efetuar medições de espessura dos tubos nos pontos previamente determinados e marcados em relação a um referencial fixo da serpentina, determinando as taxas de corrosão. Atentar para que as camadas de óxido porventura existentes sejam efetivamente removidas; d) Executar medidas de espessura (varredura) nas geratrizes externas das curvas de retorno nos fornos com esse tipo de conexão; e) Efetuar medição de espessura em regiões onde, pela inspeção visual e martelamento ou por existirem condições favoráveis à corrosão, haja possibilidade de perda de espessura; f) Efetuar, quando necessário medição do diâmetro, dureza, flecha e avaliação metalográfica dos tubos; comprimento do tubo (alongamento por fluência) g) Em fornos que usam cabeçotes solicitar abertura dos plugs dos cabeçotes dos 02 últimos cabeçotes de cada passe. Tubos que apresentarem pontos quentes em operação devem ter os plugues abertos para verificação de ocorrência de coque; h) Para fornos com cabeçotes inspecionar os tubos internamente após a lavagem e sopragem com a utilização de dispositivos apropriados de iluminação; verificando a remoção do coque e se não houve danos mecânicos ao tubo e sedes de vedação dos cabeçotes; i) Quando necessário efetuar turbinagem, decoqueamento com ar e vapor, ou outros métodos para remoção do coque quando existente; Nota: Caso a turbinagem remova uma quantidade grande ou anormal de coque em um dos tubos, os tubos vizinhos também devem ser inspecionados internamente. j) Em fornos que usam cabeçotes, avaliar a incidência de corrosão, na região da mandrilagem do tubo, através medição de espessura interna; k) Inspecionar internamente os cabeçotes abertos e outros sob suspeita, bem como as soldas de selagem dos tubos, quando existirem, quanto à ocorrência de trincas; atentar para danos mecânicos na região de mandrilagem e sedes de vedação; l) Inspecionar as travessas e orelhas dos cabeçotes ou curvas com partículas magnéticas; m) Verificar os suportes (pendurais, olhal, pinos de sustentação, apoio, guias) dos tubos e suas atracações quanto à perda de espessura por corrosão, trincas e rupturas; n) Inspecionar espelhos, termopares de parede, poços de indicadores de temperatura e tomadas de gases para análise; o) Inspecionar os tubos-guia localizados nas curvas inferiores da radiação com relação à corrosão dos mesmos, e inspecionar a região de solda com a curva, para o caso de fornos verticais. Verificar também o livre deslocamento dos tubos guia; recomendável uso de LP na solda pio/curva.
  • 42. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 42/59 - p) Nos tubos que possuem curva de retorno sem acesso visual interno, deve-se avaliar a quantidade de coque através de gamagrafia. Nota: No caso de fornos sujeitos à corrosão naftênica, inspecionar com gamagrafia por amostragem as soldas dos últimos tubos da serpentina de radiação, quanto à corrosão interna. 7.3.4.8.2 Refratário e pinos de ancoragem a) Verificar visualmente a existência de trincas, calcinação, perda de suportação, queda de trechos e degradação por ataque químico. A integridade da argamassa pode ser testada com um estilete de 5mmde diâmetro e 120mm de comprimento. O estilete não deve penetrar mais que 1/3 da espessura do refratário. Para verificar a aderência ou trincas internas, é recomendável bater com martelo de bola de 250g. b) Verificar o revestimento refratário das tampas e paredes da caixa de cabeçotes. Verificar também as condições das juntas de vedação em amianto dessas tampas. c) Verificar as condições físicas do revestimento refratário de proteção dos tirantes de sustentação do cone, quando existente. (aplicável somente para fornos verticais); d) Inspecionar o isolamento térmico da abóbada de radiação, com relação aos desprendimentos e quanto ao estado do sistema de fixação (aplicável somente para fornos verticais). f) Verificar o refratário das regiões de passagem entre tubo e paredes e teto, quando for o caso. g) Os pinos de ancoragem sofrem oxidação à alta temperatura e devem ser substituídos quando comprometem a fixação da manta, concreto ou argamassa.
  • 43. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 43/59 - h) Os tijolos não devem apresentar calcinação severa, trincas que afetem a sua estabilidade e deficiência na estabilidade. Sempre que isto ocorrer, é recomendável substituir os tijolos comprometidos ou refazer a parede de tijolos, conforme a extensão do dano. As fibras cerâmicas que sofrem ataque químico esfarelam ao toque da mão; nesses casos, a substituição da camada vai depender da espessura afetada. Em caso de substituição de uma camada próxima deve ser inspecionada com o mesmo critério. 7.3.4.8.3 Chaparia A chaparia deve ser inspecionada quando o refratário for substituído ou sempre que haja indícios de danos que afetem a sua integridade. Verificar as condições físicas das chapas quanto à corrosão, condições da pintura externa, deformações e o estado físico do sistema de ancoragem. 7.3.4.8.4 Cone/Camisa a) Efetuar inspeção visual no bico fundido bem como nas chapas do cone, discos e camisa, verificando esses componentes com relação a, trincas e perdas de espessura. Verificar também, as cunhas e grampos de união das chapas fundidas do cone. Os tirantes de sustentação do cone devem ser inspecionados com Líquido Penetrante; b) Inspecionar as “orelhas” onde se fixam os tirantes de sustentação de componentes; c) Inspecionar as chapas laminadas quanto a empenamentos, trincas e rompimentos nas regiões de ligação aparafusada.
  • 44. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 44/59 - 7.3.4.8.5 Sistema de Proteção a) Verificar a operacionalidade das janelas de explosão; b) Inspecionar o sistema de vapor de abafamento; c) Verificar os cabos e fixação do aterramento elétrico. 7.3.4.9 Câmara de Convecção 7.3.4.9.1 Serpentina de Hidrocarbonetos a) Inspecionar visualmente os tubos quanto à existência de sulcos ou estrias, trincas, corrosão ou desgaste na região de passagem pelos espelhos, empenamentos e deformações localizadas, oxidação externa devido à alta temperatura; b) Verificar o estado dos tubos quanto a deformações, desgastes na região dos ramonadores, corrosão generalizada ou localizada e desgaste por abrasão, junto aos suportes dos tubos, se estão livres para se deslocarem através dos furos dos espelhos. No caso dos tubos pinados remover alguns pinos para medição de espessura do tubo; c) Solicitar a abertura de plugues de alguns cabeçotes para verificar a existência de coque. Efetuar medição de espessura nas curvas de retorno; d) Verificar os suportes dos tubos, espelhos, tirantes e chapas da camisa quanto à perda de espessura, trincas ou rupturas; e) Inspecionar os termopares de parede, poços de indicadores de temperatura e tomadas de gases para análise, quanto à corrosão e trincas. f) A fixação dos suportes à chaparia é muito importante, é recomendável a remoção do refratário para permitir a sua inspeção.
  • 45. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 45/59 - 7.3.4.9.2 Serpentina de Vapor a) Efetuar medição de espessura e martelamento, nos tubos e curvas; b) Inspecionar visualmente os tubos e curvas quanto à corrosão, trincas, deformações e desgaste por abrasão, junto aos suportes. 7.3.4.9.3 Ramonadores a) Remover os ramonadores para revisão mecânica; b) Inspecionar lanças, bicos, suportes e válvulas de vapor quanto às condições físicas. Verificar as válvulas de vapor quanto à sua estanqueidade. 7.3.4.9.4 Refratário a) Utilizar mesmo critério que item 7.3.4.8.2 b) Verificar a vedação entre espelhos e tubos e das tampas das caixas de curvas e cabeçotes, quando existir. 7.3.4.9.5 Chaparia a) Efetuar inspeção visual e teste de martelo para avaliação das regiões a serem reparadas; b) Verificar as chapas defletoras quanto a empenos, sustentação e corrosão; c) Inspecionar as camisas dos ramonadores quanto à corrosão e trincas nas soldas com a chaparia do forno e chapas de proteção do refratário; d) Verificar as condições da pintura externa da chaparia. 7.3.4.9.6 Caixa de Fumaça e Chaminé a) Efetuar inspeção visual externa e martelamento nas chapas; b) Efetuar martelamento nos parafusos de união das seções da chaminé e remover 2 desses para inspeção; c) Verificar os mancais, cabos, guias e juntas de acionamento do abafador (“damper”); d) Verificar o refratário quanto a fissuras, esboroamento, desprendimentos, perda de ancoragem e perda de espessura; A perda de espessura máxima admissível é de 1/4 da espessura original ou áreas com perdas entre 1/6 e ¼ da espessura original, não podendo ser mais que 10% da área total. É recomendável testar a resistência à penetração do refratário com estilete. Será Considerado em boas condições caso a penetração seja de no máximo 1/3 da espessura original. Verificar também a condição da calafetação dos tijolos. e) Examinar a chapa do abafador, seu eixo e a sede de assentamento quanto à perda de espessura por corrosão e deformações, partes soltas, frouxas ou folgadas, liberdade de movimentação das palhetas. Verificar a incidência de corrosão nas extremidades internas do eixo do abafador, devido à condensação de gases. Verificar se o abafador não está sofrendo interferências; f) Verificar as juntas de dilatação quanto à vedação, trincas, deformações e corrosão; g) Verificar as condições das escadas, plataformas e dispositivos de içamento existentes na chaminé;
  • 46. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 46/59 - h) Verificar os cabos e conexões elétricas de pára-raios e aterramento da chaminé; i) Verificar as condições físicas dos “chapéus chineses” caso existam. Verificar condições da bacia de cinzas, orifícios de ventilação, revestimento anti-ácido, das placas de chumbo, câmara de ventilação. 7.3.4.9.7 Caixa de Cabeçotes/Curvas a) Inspecionar a chaparia das caixas, tampas, bem como as vigas estruturais; b) Inspecionar as chapas (almofadas) de contenção do isolamento térmico e as chapas do piso da câmara; c) Verificar os espelhos com relação a trincas e deslocamentos; d) Verificar os anéis suportes dos espelhos com relação a trincas, deformações e redução de espessura; e) Verificar o estado do concreto isolante quanto às deteriorações e quedas. 7.3.5 Ensaios Complementando a inspeção visual, alguns ensaios podem ser executados para garantir maior confiabilidade ao forno, seguindo plano de inspeção estabelecido pelo Profissional Habilitado. São relacionados a seguir as aplicações mais comuns dos ensaios não destrutivos e destrutivos nesses equipamentos. 7.3.5.1 Líquido Penetrante Esse ensaio é mais aplicado na inspeção de pequenas soldas e/ou componentes ou em materiais não ferromagnéticos, onde não seja possível a aplicação do ensaio de partículas magnéticas. Pode ser utilizado também para teste de estanqueidade em chaparias. 7.3.5.2 Partículas Magnéticas Desde que o material seja ferromagnético é aplicável na inspeção de soldas e materiais de base, sempre que possível deve ser preferida à aplicação desse ensaio no lugar do líquido penetrante.
  • 47. Apostila de Fornos de Processo Elaboração: Raimundo Sampaio - 47/59 - 7.3.5.3 Radiografia e ultra-som São aplicados, principalmente, nas inspeção de soldas, para detecção de descontinuidades ocorridos em montagem ou operação. Podem ser aplicados, também, para uma melhor avaliação da extensão de descontinuidades detectadas por LP ou PM. 7.3.5.4 Medição de Espessura por ultra-som Periodicamente, de acordo com o plano de inspeção contido no documento normativo de Planos e Programas de Inspeção de Equipamentos Estáticos, as espessuras dos tubos e curvas da radiação são medidas, visando monitorar a taxa de corrosão e/ou oxidação desses componentes. Normalmente essas medições são feitas em todos os tubos e curvas. Nos tubos, os pontos de medição normalmente situam-se a 1,0 metro da solda inferior (fitting x tubo) ,a 1,0 metro da solda superior (fitting x tubo) e na região central entre soldas (solda superior x solda inferior); porém essas cotadas devem ser estabelecidas para cada equipamento. É recomendável que em cada elevação sejam executadas, no mínimo, 2 medidas radiais: a 0o e 180o . As curvas e tubos da convecção devem também ser medidas em freqüências seguras para prevenção de processos de erosão, em especial em serpentinas de geração de vapor. 7.3.5.5 Ensaios Mecânicos Em alguns casos, a critério do profissional habilitado, são removidos trechos de tubos para avaliação através de ensaios destrutivos (metalografia, tração, fluência) da integridade. Essas amostras devem ser removidas das regiões mais críticas do forno, normalmente onde as temperaturas são mais altas. 7.3.5.6 Testes Hidrostático/Pneumático Após reparos de soldas, substituições de curvas ou tubos, é recomendável a execução de teste hidrostático. Quando da impossibilidade da execução do teste hidrostático (dificuldades de secagem da serpentina, por exemplo), o teste pneumático pode ser opção, desde que sejam atendidos aos requisitos de segurança aplicáveis – ver documento normativo específico. 7.3.5.7 Termografia Pode ser aplicado na chaparia externa, conforme Item 5.2.3 e nos tubos e curvas em operação para localização de pontos quentes (coque interno ou óxidos externos). 7.3.5.8 Inspeção Dimensional Em alguns casos, a critério do profissional habilitado, são realizadas inspeções dimensionais visando monitorar o processo de fluência: diâmetro externo e flecha dos tubos. 7.3.5.9 Réplicas Metalográficas As réplicas metalográficas podem ser utilizadas como opção aos ensaios não destrutivos de metalografia, para a obtenção de informações dos materiais das serpentinas, como mudanças de fase microestrutural, envelhecimento, ocorrência de vazios de fluência, descarbonetação ou oxidação.