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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.

INTRODUÇÃO
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

INTRODUÇÃO
FUNÇÃO
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.

CLASSIFICAÇÃO DOS
FORNOS
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.
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.
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 comprodutos de alta viscosidade. Devido a esta alta tendência
ao coqueamento, possuem injeção de vapores nos tubos.

CLASSIFICAÇÃO DOS
FORNOS
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.
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.

PARTES CONSTITUINTES
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.
Dependendo da finalidade do forno, a serpentina poderá ser classificada
segundo a transmissão de calor em duas partes:
Radiação (É a parte da serpentina onde a superfície dos tubos está
exposta ao calor radiante das chamas).
Convecção (Situa-se em região afastada dos maçaricos, não recebendo
o calor de radiação das chamas.)
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.

1.1 – Curvas e Cabeçotes de Retorno
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.

1.2 – Suportes 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.

2 – Fornalhas
A fornalha é constituída das seguintes partes:
Estrutura
Refratários
Equipamentos auxiliares

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.

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.
Têm como finalidade:
Isolar a câmara de combustão dos elementos estruturais;
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;

Os principais tipos de refratários são:
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.
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

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. 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;

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.

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.

2.3.1 - Queimadores
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. Serve para
formar o corpo da chama, impedindo ou reduzindo a incidência nos tubos.

2.3.2- Maçaricos
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.

2.3.2- Maçaricos
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.

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:
*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.

2.3.3 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.

b) Retráteis
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.

2.3.4 – Chaminés 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.
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.

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