3. U.O. TRACTEBEL MANUTENÇÃO E SERVIÇOS
TMSM-JL
NECESSIDADES BÁSICAS PARA GERAR NUMA UT
ENERGIA
ELÉTRICA
TURBINA
CALDEIRA ALTERNADOR
ENERGIA
MECANICA
ENERGIA
TERMICA
Calor
FOGO
COMBUSTÃO
Água+ar+
combustivel
Vaporização
da água
Expansão do
vapor
Conversão
eletromagnetica
4. U.O. TRACTEBEL MANUTENÇÃO E SERVIÇOS
TMSM-JL
TIPOS DE PLANTAS TERMELÉTRICAS
Nuclear (fissão nuclear);
Gas (GN, GLP ou outro combustivel gaseificado;
Ciclo combinado;
Cogeração;
Vapor (combustivel liquido, gasoso ou solido –
inclusive biomassa).
15. TAMBOR
TANQUE DE
ALIMENTAÇÃO
SILO DE
CARVÃO
ALIM.CARVÃO
BOMBA DE
ALIMENTAÇÃO
MOINHO DE
CARVÃO
BOMBA DE
CONDENSADO
CONDENSADOR
ALTERNADOR
TURBINA
SUBESTAÇÃO
TRANSMISSÃO
BOMBA DE
CIRCULAÇÃO
RIO
RIO
VENTILADOR DE
AR PRIMÁRIO
VENTILADOR DE
AR FORÇADO
VENTILADOR
INDUZIDO
PRECIPITADOR
ELETROSTÁTICO
AQUECEDOR
TUBULAR
ECONOMIZADOR
REAQUECEDOR
SUPERAQUECEDOR
CALDEIRA
QUEIMADORES
TANQUE DE ÓLEO
BOMBA
DE ÓLEO
COMBUSTÍVEL (CARVÃO E/OU ÓLEO)
ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO
ÁGUA DE CIRCULAÇÃO
VAPOR
GASES DA COMBUSTÃO
AR DE COMBUSTÃO
ELETRICIDADE
USINA TERMOELÉTRICA JORGE LACERDA B
UTLB (2 x 131 MW)
ÁGUA CIRCULAÇÃO
ESTEIRA CINZA
16. GERADOR DE VAPOR
• CONCEITOS, TIPOS DE CALDEIRAS,
COMPONENTES, TIPOS DE
CIRCULAÇÃO, SISTEMA DE ÁGUA-
VAPOR, SISTEMA AR-GASES,
17. GERADOR DE VAPOR
• É um conjunto de equipamentos que
consiste em transformar água líquida
em vapor à pressão acima da
atmosférica, numa temperatura igual
ou maior do que a temperatura de
saturação nessa pressão, mediante
calor absorvido da queima de um
combustível
18. TIPOS DE GERADORES DE
VAPOR
• CALDEIRAS DE VAPOR: São os
geradores de vapor mais simples,
queimam algum tipo de combustível como
fonte geradora de calor;
• CALDEIRAS DE ÁGUA QUENTE: São
aqueles em que o fluido não vaporiza,
sendo o mesmo aproveitado em fase
líquida (calefação, processos químicos,
etc)
19. GERADOR DE VAPOR
CALDEIRAS DE RECUPERAÇÃO: São
aqueles geradores que não utilizam
combustíveis como fonte geradora de
calor, aproveitando o calor residual de
processos industriais (gás de escape de
motores, gás de alto forno, escape de
turbinas á gás, etc.)
22. GERADOR DE VAPOR
GERADORES REATORES NUCLEARES:
São aqueles que produzem vapor
utilizando como fonte de calor a energia
liberada por combustíveis nucleares
(urânio enriquecido).
25. CLASSIFICAÇÃO DAS CALDEIRAS
A VAPOR, QUANTO:
– Agente que transfere calor (fonte
energética);
– Modo de transferência de calor para
vaporizar o fluido (circuito da fonte de
calor);
– Posição dos tubos;
– Forma dos tubos;
– Natureza de aplicação.
27. Quanto ao modo de transferência de
calor para vaporizar o fluido (localização
relativa água-gases)
• AQUOTUBULARES (Aquatubular ou tubo
de água);
• FLAMOTUBULARES (fogotubular,
pirotubular ou tubos de fumaça);
• MISTA (multitubulares – partes
aquotubulares e partes flamotubulares,
atualmente em desuso);
• ELÉTRICAS (de eletrodo submerso ou de
resistência).
28. Quanto a posição dos tubos
• VERTICAIS;
• HORIZONTAIS;
• INCLINADOS.
Quanto a forma dos tubos
• RETOS
• CURVOS
29. Quanto a natureza de aplicação
• Fixas;
• Portáteis;
• Locomóveis (geração de força e
energia);
• Marítimas
33. Caldeiras elétricas
• Tem o principio de funcionamento
fundamentado na conversão direta da
energia elétrica em energia térmica,
mediante a simples passagem de
corrente através de resistências
elétricas (tipo resistência) ou através
da própria água da caldeira (tipo
eletrodo submerso).
34.
35.
36.
37. DESVANTAGENS:
• Custo operacional alto (energia
elétrica);
• Utilizadas somente para baixas
quantidades de vapor.
Caldeiras Elétricas
38. VANTAGENS:
• Concepção simples (facilidade de
automatização);
• Grande eficiência térmica (95 a 98%);
• Não poluem (não há queima);
• Dispensam o armazenamento de combustível;
• Modulação de carga de 0 à 100%;
• Manutenção simples;
• Área reduzida de instalação;
Caldeiras Elétricas
39. Caldeira Flamotubular
• São construídas de forma que a água
circule ao redor de diversos tubos,
montados entre espelhos, na forma de
um único feixe tubular. Os gases de
combustão circulam por dentro dos
tubos, em duas ou mais passagens, em
direção da chaminé, por onde são
lançados para a atmosfera.
50. DESVANTAGENS:
• Inadequadas para produção de grande
quantidade de vapor (capacidade máxima de
15000 kg/h));
• Utilizada somente em pequenas indústrias
(hotéis, restaurantes, sistema de aquecimento,
etc.);
• Utilizada somente em baixas pressões (limitadas
a 15 kgf/cm2)
• Morosidade em atingir a situação de regime de
produção plena de vapor (grande volume de
água que envolvem os gases quentes);
Caldeiras Flamotubulares
51. VANTAGENS:
• Facilidade de manutenção (menor custo);
• Baixo valor de investimento;
• Dispensam tratamento rigoroso da água;
• Menor sensibilidade às oscilações de
carga.
Caldeiras Flamotubulares
52. Caldeira Aquotubular
• São construídas de forma que
água circule por dentro de
diversos tubos de pequeno
diâmetro e dispostos na forma
de parede d’água ou de feixes
tubulares
83. TAMBOR
TANQUE DE
ALIMENTAÇÃO
SILO DE
CARVÃO
ALIM.CARVÃO
BOMBA DE
ALIMENTAÇÃO
MOINHO DE
CARVÃO
BOMBA DE
CONDENSADO
CONDENSADOR
ALTERNADOR
TURBINA
SUBESTAÇÃO
TRANSMISSÃO
BOMBA DE
CIRCULAÇÃO
RIO
RIO
VENTILADOR DE
AR PRIMÁRIO
VENTILADOR DE
AR FORÇADO
VENTILADOR
INDUZIDO
PRECIPITADOR
ELETROSTÁTICO
AQUECEDOR
TUBULAR
ECONOMIZADOR
REAQUECEDOR
SUPERAQUECEDOR
CALDEIRA
QUEIMADORES
TANQUE DE ÓLEO
BOMBA
DE ÓLEO
COMBUSTÍVEL (CARVÃO E/OU ÓLEO)
ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO
ÁGUA DE CIRCULAÇÃO
VAPOR
GASES DA COMBUSTÃO
AR DE COMBUSTÃO
ELETRICIDADE
USINA TERMOELÉTRICA JORGE LACERDA B
UTLB (2 x 131 MW)
ÁGUA CIRCULAÇÃO
ESTEIRA CINZA
84. DESVANTAGENS:
• Tratamento de água rigoroso;
• Custa 50% mais que uma Flamotubular de
capacidade equivalente;
• Custo de manutenção alto.
Caldeira Aquotubular
85. VANTAGENS:
• Operação em condições criticas (P e T altas);
• Maior capacidade de geração de vapor por
área (Aquotubular - 250 kg/m2, enquanto a
Flamotubular – 60 kg/m2);
•
Caldeira Aquotubular
130. Queimadores
São equipamentos onde é realizada a
queima do combustível, podem ser a
óleo e a carvão
Quanto a disposição na caldeira
podem ser verticais, horizontais e
tangenciais
131. SISTEMA DE QUEIMA
Câmera de visualização da chama da
caldeira 5.
Câmera de visualização da chama da caldeira
5.
157. SISTEMA DE AR E GASES
Tem por objetivo básico fornecer ar para
combustão, secagem e arraste do carvão
pulverizado , retirada dos gases e manter
uma pressão negativa na fornalha.
158. Queimadores
Aerotermo Ventilador
Forçado
Ventilador de
Ar Primário
Aquece
dor
Regene
rativo
Controle de
temperatur
a
Ar primário
Moinhos
Filas dos
Queimadores
Ar terceário
A
A Segundo
Passo
Precipitador
Eletrostático
By-pass
Gases
CHAMINÉ
Ventilador
Induzido
Atmosfera
Atmosfera
Fornalha
Fluxograma Sistema de Ar e Gases
161. Circuito dos gases - UTLB
SH1
SH2 B
SH2 A
ECO
SH3
RH2
RH1
AQUECEDOR
DE AR
MOINHO
SILO
FILAS
DE
QUEIMADORES
Precipitador
eletrostático
Ventilador Induzido
Chaminé
169. Ponto de Orvalho
A presença de enxofre no combustível é responsável por sérios problemas de corrosão nas
regiões mais frias da caldeira, principalmente nos equipamentos recuperadores de calor. O
enxofre ataca metais e suas ligas na forma de enxofre puro ou na forma de compostos como
H2SO2, SO2 e S03, este reagindo com o vapor d'água nos gases de combustão, forma o H2SO4. O
H2SO4 formado, estando na fase gasosa, é pouco agressivo. Entretanto, dependendo de sua
concentração e temperatura, poderá aderir nas partes mais frias, formando depósitos com as
partículas em suspensão nos gases ou, na faixa de 100°C e a 170°C, condensa, atacando
violentamente a superfície metálica. A temperatura na qual se inicia a condensação, que é a
orvalhação dos gases, é a temperatura chamada ponto de orvalho do H2SO4.
O ideal seria a recuperação máxima do calor existente nos gases de combustão, levando-os à
temperatura próxima da ambiente, mas devido ao risco de condensação ácida, esta recuperação
é parcial. Para atenuar o risco desta formação ácida, encontra-se normalmente instalado a
montante de preaquecedores de ar a gases, tanto o tubular como o regenerativo, um
preaquecedor de ar a vapor que tem como finalidade elevar a temperatura do ar antes de ser
admitido no preaquecedor. Isto resultará num aumento de temperatura dos gases expelidos para
a chaminé, diminuindo a diferença média da temperatura entre estes gases de combustão e o ar
atmosférico no preaquecedor.
188. Exemplos de ações proativas
• Erosão: Redução da velocidade dos gases, proteção
dos tubos com chapas (telhas), redução da pressão
dos sopradores de fuligem, .......;
• Corrosão lado água e vapor: Alterar parâmetros
operacionais, alterar material dos tubos e
redimensionar os tubos devido ao FAC.
• Fadiga térmica: Reduzir temperaturas de metal dos
tubos, alterar material dos tubos;
• Ruptura sob tensão: Controlar camada interna de
óxido através de END’s nos superaquecedores e
reaquecedores.
189. Mecanismos de falhas em
caldeiras
Fadiga térmica
Sobreaquecimento de
curta duração
190. Evaporador - Tubos com desgaste por erosão
de cinza úmida lado direito da tremonha
191. Substituição de 20 tubos na parede LD,
região do vão morto intermediário
199. Equivalent Availability Loss (EAL -
%) due to BTF (2003 – 2009)
0
2,5
5
7,5
10
12,5
15
17,5
20
22,5
25
27,5
30
32,5
35
37,5
2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
A1 A2 B3 B4 C5 C6 I7
EPRI Programs was
started in 2007
Note: Since 1996 experts from Tractebel have studied the CS 3945 - Manual of Investigation & Correction
BTF (now EPRI GS-6467)
200. Location of boiler tube failures and
statistics for units 1 & 2
15%
31%
44%
10%
Boilers 1&2 (2 x 50 MW)
201. Location of boiler tube failures and
statistics for units 3 & 4
15%
25%
37%
21%
2%
Boiler 3 & 4 (2 x 66MW)
202. Location of boiler tube failures and
statistics for units 5 & 6
Boiler 5 & 6 (2 x 131MW)
37%
20%
14%
27%
2%
203. Boiler tube failures statistics for unit 7
See 3D Virtual Presentation
21%
11%
55%
2%
11%
Boiler 7 (1 x 363MW)
204. COMO SURGIRAM OS
REGULAMENTOS
• FINAL SÉCULO XIX VAPOR PRINCIPAL FONTE
ENERGIA
• CALDEIRAS EM GRANDE QUANTIDADE.
PROJETO RUDIMENTAR
• NÚMERO ACIDENTADOS DE APROX. 50.000 ( 1400 EXPLOSÕES / ANO)
• EM 1905 EXPLODE CALDEIRA GROVE SHOE FACTORY BROKTON
MASSACHUSETS
• MORREM 58 PESSOAS E FICAM FERIDAS 117
212. American Society of Mechanical Engineers (ASME)
Os códigos ASME se constituem na principal fonte de
referência normativa sobre caldeiras e vasos de pressão do
mundo. Foram elaborados em conseqüência da explosão de
uma caldeira em Massachussets, nos Estados Unidos, onde
morreram 58 pessoas.
NR 13 - Caldeiras e Vasos de Pressão
Esta norma, do Ministério do Trabalho, estabelece as medidas
de segurança para usuários de caldeiras. Após sua última
revisão, esta norma ampliou as exigências da qualidade e
eficiência das inspeções e repassou o controle dos laudos de
inspeção para os sindicatos das categorias predominantes nas
empresas.
Esta norma encontra-se disponibilizada pela internet no site
www.mtb.gov.br/legi
NORMAS - Dentre as normas pertinentes à
Caldeiras, destacam-se as seguintes:
214. RESULTADO DA UTILIZAÇÃO DE
REGULAMENTOS - NO MUNDO
TUBULAÇÕES 29,4%
• TANQUE ATMOSFÉRICO 19.8%
• REATORES 8,8%
• VASOS PRESSÃO 8,6%
• FORNOS 5,0%
• BOMBAS E COMPRESSORES 5,0%
• TROCADORES DE CALOR 4,6%
• VÁLVULAS SEG. ALÍVIO 3,4%
• TANQUES TRANSPORTÁVEIS 2,0%
• CALDEIRAS 0,9%
• OUTROS 12,2%
215. PRINCIPAIS CAUSAS DE EXPLOSÃO
DE CALDEIRAS E VASOS
• FALHAS DE INSTRUMENTOS 55%
• FALHA DE OPERAÇÃO 30%
• FALHA DE INSTALAÇÃO 05%
• FALHA DE PROJETO 03%
• FALHA DE MANUTENÇÃO 03%
216. 10 MAIORES ACIDENTES
SÉCULO XX
ANO PAÍS LOCAL SETOR M F EQUIP.
1905 EUA BROCKTON CALÇADOS 58 117 CALDEIRA
1921 ALEM OPPAU QUÍMICA 450 ND DESCONH.
1947 EUA TEXAS PORTUÁRIA 552 ND ESFERA
1972 BRASIL CAXIAS REFINO 39 ND ESFERA
1976 ITÁLIA SEVEZO QUÍMICA 500 10.000 VASO
1978 ESPAN. S.CARLOS TRANSPORTE 251 ND VASO TRA.
1984 MEXICO CID. MEX. DISTRIBUIÇÃO 508 ND TUBUL
1984 INDIA BHOPAL QUÍMICA 2500 20.000 TUBUL
1984 BRASIL V.SOCÓ DISTRIBUIÇÃO 400 ND TUBUL
1986 RUSSIA CHERNOBYL GER. ENERGIA 127 84.000 REATOR
500.000 3.500.000
1992 MEXICO GUADALAJARA DISTRIBUIÇÃO 190 ND TUBUL
217. ÚLTIMOS ACIDENTES BRASIL
ANO LOCALIZ. EQUIPAM EMPRESA CONSEQ.
00 B. GUANABAR TUBUL PETROBRAS 1M
00 RIO IGUAÇU TUBUL PETROBRAS AMBIENTAIS
00 PARANAGUÁ TUBUL PETROBRAS AMBIENTAIS
01 BACIA CAMPOS PLATAFORMA PETROBRAS 11M
01 C. BARUERI TUBULAÇÃO PETROBRAS MATERIAIS
01 CAST. BRANCO TUBULAÇÃO PETROBRAS AMBIENTAIS
01 DUQUE CAXIAS REATOR PETROBRAS AMBIENTAIS
01 SÃO PAULO CALDEIRA H. HILTON MATERIAIS
02 SÃO MATEUS JUNTA EXPAN. PETROBRAS 1M
02 BETIM VASO PETROBRAS 1M
02 B. GUANABARA TUBULAÇÃO MANGUINHOS AMBIENTAIS
02 RONDÔNIA CALDEIRA MACHADINHO 1M
02 PAULÍNIA TANQUES SHELL AMBIENTAIS
02 MIRANGA BA TUBULAÇÃO PETROBRAS 3M
02 BACIA CAMPOS NAVIO P-34 PETROBRAS 2F
03 CATAGUASES DIQUE CATAG. PAPEL AMBIENTAIS
03 ATALAIA VELHA TANQUE PETROBRAS AMBIENTAIS
03 ALTO RODRIGUES GERAD VAPOR PETROBRAS 1 F
219. EXPLOSÃO CALDEIRA EM SÃO
PAULO
• LOCAL : 6º ANDAR DO HOTELA HILTON;
• CALDEIRA ESTAVA SENDO COLOCADA EM OPERAÇÃO AS 6:30 h;
• ERA UMA CALDEIRA FLAMOTUBULAR COM CERCA DE 5 ton/h E
PRESSÃO 7kgf/cm2
• AO ATINGIR CERCA DE 6 Kgf/cm2 EXPLODIU;
• DERRUBOU A LAGE DO ANDAR, DESTROÇOS CAIRAM NA PRAÇA
DA REPÚBLICA;
• NÃO HOUVE MORTOS OU FERIDOS GRAVES;
• A SOLDA DO TAMPO COM CASCO APRESENTAVA FALHAS DE
FABRICAÇÃO;
223. EXPLOSÃO DE CALDEIRA EM
RONDÔNIA
• ERA UMA CALDEIRA FLAMO TUBULAR ANTIGA, INSTALDA NUMA
SERRARIA EM MACHADINHO, RONDÔNIA
• A CALDEIRA FUNCIONAVA MANUALMENTE E O COMBUSTÍVEL ERA
LENHA;
• DURANTE A OPERAÇÃO, A BOMBA DÁGUA PRINCIPAL CAVITOU. O
OPERADOR PROCUROU POR UMA CHAVE PARA FAZER A ESCORVA
DA BOMBA PORÉM NÃO ENCONTROU;
• A CALDEIRA NÃO DISPUNHA DE DISPOSITIVO AUXILIAR PARA
ALIMENTAÇÃO DE ÁGUA. SEM ÁGUA E COM O COMBUSTÍVEL
QUEIMANDO A TEMPERATURA E A PRESSÃO AUMENTARAM. A
VÁLVULA DE SEGURANÇA NÃO FUNCIONOU. A CALDEIRA
EXPLODIU;
• COM A EXPLOSÃO A CALDEIRA VOOU 120 METROS, PARANDO EM
OUTRO PRÉDIO DA SERRARIA. O OPERDOR MORREU.
240. ACIDENTES COM CALDEIRAS
• ITAUBA - MATO GROSSO
• DATA: DEZEMBRO DE 1998
• VITIMAS FATAIS: QUATRO PESSOAS
• PREJUÍZO: $ 200.000 (Duzentos mil) dólares
• Motivos:
– Sobre pressão
– Falta de manutenção
– Operador sem treinamento
242. ACIDENTES COM CALDEIRAS
• REFINARIA DUQUE DE CAIXIAS
DATA: 10 DE JULHO DE 1990
• VITIMAS: TRÊS PESSOAS MORTAS E 8
FERIDAS
• PREJUÍZO: $ 12.000.000 (Doze milhões)
dólares
• Motivos:
– Falha na supervisão
– Não seguir os procedimentos padrões
– Operador não habilitado
244. ACIDENTES COM CALDEIRAS
• SANANDUVA – RS
• DATA: 1986
• VITIMAS FATAIS: UMA PESSOA
• Motivos:
– Operador sem treinamento
– Falta de manutenção e inspeção