aula - caldeiras - cetril - 2010
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Aula de Caldeiras para Inspetores de
Equipamentos
Rafael Pavan BagagliOutubro/2010
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Introduo
Caldeira o nome popular dos equipamentos utilizadospara gerao de vapor sob presso atravs deaquecimento de gua circulante utilizando energiatrmica (combusto, eltrica, recuperao de gases
quentes, etc.) Utilizao do vapor:
Acionamento de mquinas (bombas, sopradores, etc.)
Gerao de energia eltrica
Aquecimento de fluidos de processo
Limpeza de equipamentos
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Tipos de Caldeiras
Eltricas: Mais simples, baratas e compactas
Pouca manuteno
No geram vapor superaquecido
Capacidade limitada para uso industrial
Combusto Mais complexas e maiores
So projetadas para gerao de vapor em qualquercapacidade, presso e temperaura
Dois tipos: flamotubulares e aquatubulares
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Tipos de Caldeiras
Exemplo de caldeira eltrica
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Tipos de Caldeiras
Flamotubulares (fogotubulares):
Gases quentes de combusto circulam pelos tubos egua evapora no casco.
Trabalham com presses e capacidade de gerao devapor limitadas (max 21kgf/cm2, 30t/h).
Manuteno mais simples.
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Tipos de Caldeiras
Exemplos de caldeiras flamotubulares:
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Tipos de Caldeiras
Aquatubulares: gua circula dentro dos tubos e gases quentes por fora.
Permitem altas produes de vapor, em altas pressese temperaturas.
Largamente utilizadas em grandes indstrias. Mais eficientes que as flamotubulares, porm maiores ecom manuteno mais complexa.
Partes principais: tubules de vapor e gua, fornalha,feixe tubular (boiler bank), superaquecedores,
economizador.
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Tipos de Caldeiras
Exemplo de caldeiras aqutubulares
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Tipos de Caldeiras
Exemplo de caldeiras aqutubulares (comb. slido)
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Tipos de Caldeiras
Exemplos de caldeiras aquatubulares (HRSG):
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Tipos de Caldeiras
Funcionamento das caldeiras aquatubulares:
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Componentes
Os principais componentes de uma caldeira so:
Tubules Paredes dgua (fornalha)
Screen
Feixe gerador (boiler bank)
Superaquecedores
Economizador
Coletores e distribuidores
Chamin
PAG e PAV
Juntas de Expanso Queimadores
Sopradores de fuligem
Vlvulas de Segurana
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Componentes: Tubules
Tubulo Superior:
Vaso de presso cilndrico com funo de receber agua de alimentao da caldeira, separar e acumularvapor gerado.
Possuem componentes internos para melhorar aseparao entre gua e vapor: telas, sepradores,
ciclones, distribuidores e chicanas. Tubulo Inferior:
Vaso de presso cilndrico com funo de acumular agua proveniente do tubulo supeiror e distribui-la paraos tubos da parede dgua. Tambm acumulam
depsitos que so drenado. O material de ambos o ao carbono (normalmente
SA-516 gr 60 ou SA-516 gr 70)
As bocas de visita normalmente so elpticas comtampa interna
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Componentes: Tubules
Exemplo de internos do tubulo:
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Componentes: Tubules
Os tubules so furados para fixao dos tubos do
boiler bank por mandrilagem. Em alguns casos (presses altas), alm da
mandrilagem, realizada uma solda de filete (selagem)para garantia de estanqueidade.
A espessura da chapa do tubulo na regio dos furos maior para compensar o aumento de tenso.
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Componentes: Paredes Dgua
As paredes dgua so formadas por tubos unidos
lateralmente por aletas soldadas e formam o invlucroda fornalha.
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Componentes: Paredes Dgua
Apesar dos tubos da parede dgua receberem altas
taxas de calor atravs da radiao da chama nafornalha, sua temperatura no sobe em demasia, poisa gua evaporando no seu interior recebe grande partedesta energia.
Material e dimenses: Material: ao carbono (SA-178 Gr A,B,C; SA-192) Dimetro: 3
Espessura: 4,05,5 mm
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Componentes: Screen
Os tubos do Screen so similares aos da parede
dgua. Eles se localizam na frente dos superaquecedores e
servem para abrabdar a incidncia de radiao neles.
Material e dimenses: Material: ao carbono (SA-178 Gr A,B,C, SA-192)
Dimetro: 2 2,5
Espessura: 4,05,5 mm
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Componentes: Screen
Exemplo de tubos do screen:
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Componentes: Boiler Bank
Os tubos do feixe gerador de vapor (boiler bank) so
ligados em uma extremidade ao tubulo superior e naoutra ao tubulo inferior.
Nestes tubos ocorre a maior gerao de vapor nacaldeira.
Entre os tubos existem chicanas direcionadoras de
fluxo dos gases de combusto. Material e dimenses:
Material: ao carbono (SA-178 gr A,B,C, SA-192, SA-210)
Dimetro: 2 2,5 Espessura: 3,55,0 mm
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Componentes: Boiler Bank
Exemplo de tubos do boiler bank:
TUBULO
TUBOS BOILER BANK
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Componentes: Superaquecedores
Os tubos dos superaquecedores recebem vapor
saturado do tubulo, que ser aquecido at atemperatura desejada, tornando-se superaquecido Podem ser radiantes ou convectivos. Normalmente so divididos em dois estgios: primrio
e secundrio. Neste caso, existe um
dessuperaquecedor entre eles para controlar atemperatura de sada. So componentes sujeitos fluncia, por isso so
fabricados em ao baixa liga ou at mesmo aos liga. Material e dimenses:
Material: ao baixa liga (SA-213 T11, SA-213 T22, SA-213 T91, SA-213 TP 304, etc.) Dimetro: 1,5 2,5 Espessura: 3,09,0 mm
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Componentes: Superaquecedores
Exemplo de superaquecedor:
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Componentes: Superaquecedores
Exemplo de superaquecedor:
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Componentes: Economizadores
O economizador um feixe tubular localizado
na sada de gases da caldeira aps o boilerbank, que serve para pr-aquecer a gua dealimentao antes de chegar no tubulo.
Este componente aumenta a eficincia dacaldeira, pois reduz a quantidade necessria decombustvel ao aproveitar calor residual
Material e dimenses: Material: ao carbono (SA-178 Gr A,B,C, SA-
192)
Dimetro: 2,0 2,5 Espessura: 3,05,0 mm
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Componentes: Economizadores
Exemplos de economizador:
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Componentes: Economizadores
Exemplos de economizador:
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Componentes: Coletores
So tubos maiores onde so conectados tubos
da parede dgua, do screen e dossuperaquecedores. Funo de receber e distribuir uniformemente
gua/vapor para os tubos de troca trmica
Material e dimenses: Material: ao carbono (SA-106 Gr B) menosos do superaquecedor que so em ao baixaliga (SA-335 P11 ou SA-335 P22)
Dimetro: 150250 mm
Espessura: 20,050,0 mm
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Componentes: Coletores
Exemplos de coletores:
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Componentes: Coletores
Exemplos de coletores:
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Componentes: Chamin
Direciona os gases de combusto para a
atmosfera a uma altura adequada Material: ao carbono revestido com
refratrio, concreto armado ou tijolos.
Os principais objetivos do refratrio da
chamin so: Manter a temperatura baixa na chaparia
(conforto externo e chapas mais finas)
Proteo contra corroso por condensaocida
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Componentes: Chamins
Exemplos de chamins:
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Componentes: PAG e PAV
Os pr-quecedores de ar a gs (PAGs) so
permutadores de calor que utilizam os gases de sadada caldeira para pr-aquecer o ar de combusto.
Os tubulares so formados por dois espelos entre osquais so mandrilados os tubos.
Os rotativos so utilizados para maiores vazes de
ar/gs, so mais eficientes, porm de limpeza emanuteno difcil
Existem tambm os pr-aquecedores de ar a vapor(PAV), que so serpentinas semelhante a um radiador,situadas na entrada de ar, nas quais circula vaporpelos tubos. So importantes para manter atemperatura do ar alta o suficiente para no provocarcondensao cida no PAG.
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Componentes: PAG e PAV
Exemplos de PAG tubular:
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Componentes: PAG e PAV
Exemplos de PAG rotativo:
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Componentes: Juntas de Expanso
So elementos flexveis que acomodam
dilataes de dutos e invlucros da caldeira Normalmente so construdos de chapas finas
de ao carbono ou ao inoxidvel
A junta deve ter isolamento trmico externo
para evitar o resfriamento do fole e evitarcondensao cida
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Componentes: Queimadores
So os equipamentos responsvel pela mistura
ar/combustvel, atomizao e queima decombustveis gasosos e lquidos. So formados por:
Blocos refratrios: aumenta a eficincia dacombusto e contribui para o formato dachama.
Maaricos: onde ocorre atomizao e queima
Os materiais dos queimadores so: Ao carbono onde no h incidncia de chama
Ligas especiais na caneta de leo e no bicoatomizador para resistir a oxidao altatemperatura.
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Componentes: Queimadores
Exemplo de queimadores:
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Componentes: Queimadores
Exemplo de queimadores:
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Componentes: Sopradores de Fuligem
Tambm chamdos de ramonadores, tm como
funo bsica manter a eficincia de trocatrmica e fluxo dos gases atravs da limpea dasuperfcie dos tubos utilizando vapor.
Podem ser fixos ou retrteis.
Normalmente os fixos so fabricados em aoinoxidvel, pois so expostos a altastemperaturas o tempo todo.
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Componentes: Sopradores de Fuligem
Exemplo de ramonadores:
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Componentes: Vlvulas de Segurana
So vlvulas que evitam que a caldeira
ultrapasse sua presso mxima de trabalhopermitida atravs do acionamento de uma molaregulada para esta presso.
Nas caldeiras grandes normalmente existe trs
vlvulas de segurana: 02 no tubulo e 01 nosuperaquecedor, que abre primeiro e garante ofluxo de vapor nos tubos.
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Componentes: Vlvulas de Segurana
Exemplo de vlvulas de segurana:
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Tratamento de gua
O tratamento de gua de caldeira varia de acordo como nvel de presso da caldeira. Quanto maior apresso, maior a pureza exigida para a gua dealimentao.
O principal objetivo do tratamento e controle dequalidade da gua garantir a estabilidade da camadaprotetora de xido na parede do metal, chamada demagnetita, e assim evitar corroso.
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Tratamento de gua
As principais variveis da qualidade da gua so: pH: medida da acidez ou alcalinidade da gua em
escala de 1 a 14. Valores muito altos o muito baixosfavorecem a corroso, pois provocam instabilidade nacamada protetora (magnetita)
Sais dissolvidos: responsveis por formarem depsitosnas paredes de metal e tambm por aumentarem a
corrosividade devido aumento da condutividade eltricada gua.
Oxignio: eleva o potencial eletroqumico, aumentandoa corrosividade do meio
Gs Carbnico: forma cido carbnico, reduz o pH e
aumenta a corrosividade da gua
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Tratamento de gua
A sequncia de processos para tratamento de gua : Clarificao
Clorao
Desclorao
Desmineralizao
Desaerao
Tratamento interno a caldeira com injeo de produtosqumicos (fosfato, hirazina, soda, etc.) para controle depH
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Tratamento de gua
Clarificao: consiste na floculao, decantao efiltrao da gua com objetivo de reduzir os slidos emsuspenso.
Clorao: consiste na dosagem de cloro paraeliminao de microrganismos e tornar a gua potvel.
Desclorao: consiste na retirada do cloro da guaatravs da filtrao em vasos de carvo ativado.
T d
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Tratamento de gua
Desmineralizao: retirada de ons positivos enegativos da gua atravs de troca inica em resinaspolimricas. Divida em trs etapas:
Retirada de ctions: realizada no leito catinico porresinas que trocam ons H+ por outros ctions (Ca++,Mg++, Na++)
Retirada de nions: realizada no leito aninico porresinas que trocam ons OH-por outros nions (CO3-,SiO3-, etc.)
Polimento: realizado em um leito misto (catinico eaninico)
Aps uma certa quantidade de gua desmineralizada,ocorre a saturao das resinas que devem serregeneradas.
Leito catinico: cido Sulfrico
Leito aninico: Soda
T t t d
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Tratamento de gua
Desaerao mecnica: realizada em vasos chamadosdesaeradores, onde injetado vapor vivo gua paraarraste dos gases dissolvidos
Desaerao qumica: utilizao de produtos qumicos(hidrazina, DEHA, eritorbato) para remoo de oxignio
dissolvido na gua.
Controle de pH na caldeira: utilizado produtos qumicosalcalinizantes como fosfato (Na3PO4) e soda (NaOH),dosados no tubulo superior ou na linha de gua de
alimentao. Os valores de fosfato devem ser mantidosentre 3 e 5 ppm)
T t t d
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Tratamento de gua
Desaerador
M i d D t i
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Mecanismos de Deteriorao
Os principais mecanismos de deteriorao de caldeiraspodem ser divididos conforme abaixo:
Corroso interna (lado da gua)
Corroso externa (lado dos gases)
Eroso e Abraso Ruptura por superaquecimento
Ruptura por fluncia
Fadiga
Interao fluncia-fadiga
M i d D t i C
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso
A corroso um processo eletroqumico que sedesenvolve nos diferentes meios: cido, bsico eneutro, e depende da quantidade de oxigniodissolvido para se desenvolver.
O ao carbono tem comportamento satisfatrio quanto
a corroso devido formao de uma fina camada dexido protetora chamada de magnetita (Fe3O4).
No entanto, necessrio manter a gua em uma faixatima de pH (8,5 a 10,0) para que a magnetita semantenha estvel e no exponha o metal ao meio,
favorecendo a corroso.
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
Descrio: Corroso localizada devido concentrao de soluo
caustica ou sais alcalinos em regies de altas taxas deevaporao e troca de calor.
Fatores Crticos:
Presena de produtos causticos provenientes doprprio produto utilizado no tratamento ou devazamentos nas correntes de processo;
Mecanismo de concentrao dos causticos comoevaporao e acumulao em depsitos.
Corroso Caustica
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
Partes Afetadas: Regies de paredes dgua, screen, boiler bank com
altas taxas de evaporao e troca de calor.
Aparncia: Perda de espessura em regies localizadas sob grandequantidade de depsitos
Preveno:
Melhorar controle de dosagem do produto caustico;
Evitar toques de chama ou obstruo de fluxo nostubos
Corroso Caustica
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
Corroso Caustica
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
Descrio: Oxignio dissolvido ou CO2 reduzem o pH da gua de
alimentao provocando instabilidade na camadaprotetora de magnetita e expondo o metal a corroso.
Fatores Crticos:
Alta concentrao de oxignio dissolvido na gua
Alta concentrao de CO2 dissolvido na gua
Altas temperaturas
Turbulncia
Corroso por Gases Dissolvidos
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
Partes Afetadas: Regies de paredes dgua, screen, boiler bank,
economizador, com turbulncia.
Aparncia: Perda de espessura geral ou localizada, pits.
Preveno:
Desaerao qumica e mecnica
Tratamento de condensado
Controlar o pH da caldeira acima de 8,0.
Corroso por Gases Dissolvidos
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
Corroso por Gases Dissolvidos
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
Descrio: Fragilizao do material devido exposio a meio com
produto caustico provocando trincas em regies deconcentrao de tenso (principalmente soldas notratadas).
Fatores Crticos:
Concentrao de NaOH (soda caustica) ou KOH(potassa caustica) no meio;
Concentrao de tenso Presena de tenses residuais (soldas no tratadas,
regies com deformao a frio, etc.)
Corroso Sob Tenso Caustica
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
Partes Afetadas: Regies dos tubules, paredes dgua, screen, boiler
bank, superaquecedores com altas taxas deevaporao e troca de calor e concentrao de tenso.
Aparncia:
Trincas em regies de soldas ou concentrao detenso
Preveno: Tratamento trmico de alvio de teses;
Controle da concentrao de soda (evitar dosagem deNaOH em caldeiras de alta presso)
Corroso sob Tenso Caustica
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Interna
Corroso sob Tenso Caustica
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
Descrio: O oxignio proveniente do ar de combusto reage com
o metal em altas temperaturas formando uma camadaexterna de xido e reduzindo a espessura.
Fatores Crticos:
Altas temperaturas;
Composio da liga (quanto mais Cr menor a taxa deoxidao).
Oxidao Direta
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
Partes Afetadas: Tubos expostos a altas temperaturas (principalmente
superaquecedores).
Bicos de queimadores
Aparncia:
Perda de espessura geral com camada de xidodepositada na superfcie.
Preveno:
Para evitar necessrio melhorar a composio da liga(aumentar o Cr por exemplo).
Oxidao Direta
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
Oxidao Direta
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
Descrio: Corroso devido a depsito de contaminantes do
combustvel (sdio, potssio, vandio, enxofre, etc.)que fundem na superfcie dos tubos.
Fatores Crticos:
Presena de contaminantes no combustvel(principalmente leo combustvel);
Altas temperaturas;
Corroso por Cinzas Fundidas
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
Partes Afetadas: Tubos expostos a altas temperaturas (principalmente
superaquecedores e parede dgua na proximidade
dos queimadores).
Aparncia:
Perda de espessura severa generalizada abaixo decamada de incrustao;
Preveno: Minimizar contaminantes no combustvel
Utilizar queimadores com baixo excesso de ar
Evitar toques de chamas
Corroso por Cinzas Fundidas
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
Corroso por Cinzas Fundidas
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
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Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
Descrio:
Enxofre (S) e cloro (Cl) presentes nos gases decombusto formam compostos (SOx principalmente) e,em regies de baixa temperatura na presena de vapor
dgua, condensam formando cido sulfrico eclordrico, provocando corroso severa.
Fatores Crticos:
Presena de contaminantes no combustvel (S e Cl) Temperaturas baixas na superfcie dos metais,principalmente na regio de sada de gases dacaldeira.
Corroso por Condensaocida
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
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Partes Afetadas:
Tubos na regio de sada de gases (economizador ePAG) onde a temperatura estiver prxima ao ponto decondensao do cido formado.
Aparncia:
Perda de espessura severa generalizada;
Preveno: Manter a temperatura de metal dos componentes na
sada da caldeira, principalmente Economizador ePAG, acima da temperatura de condensao do cidoformado (utilizao de PAV por exemplo).
Corroso por Condensaocida
Mecanismos de Deteriorao: Corroso Externa
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Corroso por Condensaocida
Mecanismos de Deteriorao: Corroso-Eroso
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Descrio:
Remoo mecnica acelerada de material devido aode slidos, lquidos ou vapores.
O processo erosivo intensificado quando existe
contribuio da corroso removendo os filmesprotetores e expondo o material ao meio erosivo.
Fatores Crticos:
Concentrao do agente erosivo; Velocidade de impacto do agente erosivo
Presena de meio corrosivo.
Corroso-Eroso
Mecanismos de Deteriorao: Corroso-Eroso
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Partes Afetadas:
Tubulao de alimentao de gua de caldeira (regio davlvula controladora);
Curvas de tubos onde a velocidade de circulao degua/vapor alta
Tubos de parede dgua, screen, superaquecedor, boiler eeconomizador em caldeiras de CO (presena de finos decatalizador.
Aparncia:
Perda de espessura severa localizada, pits, com vestgios
da direo do fluxo;Preveno:
Melhorar geometria (aumento de dimetro e espessura);
Aplicar revestimento de material com alta dureza.
Corroso-Eroso
Mecanismos de Deteriorao: Corroso-Eroso
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Corroso-Eroso
Mecanismos de Deteriorao: Corroso-Eroso
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Corroso-Eroso
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Descrio:
Deformao permanente ou ruptura de tubo devidoaquecimento localizado.
Fatores Crticos: Temperatura alta na parede do tubo causa por:
Excesso que calor;
Toque de chama;
Falta de fluxo. Tempo de exposio a alta temperatura;
Perda de espessura por corroso;
Ruptura/Deformao porSuperaquecimento
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Partes Afetadas:
Todos os tubos da caldeira que sofrerem aumento detemperatura
Aparncia: Ruptura do tubo com bordas de fratura finas (lbios finos);
Deformao localizada (laranjas)
Preveno:
Minimizar aumentos de temperatura localizados;
Tratamento de gua adequado para evitar depsito ecorroso;
Manter tubos refratados com refratrio ntegro.
Ruptura/Deformao porSuperaquecimento
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Ruptura/Deformao porSuperaquecimento
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Ruptura/Deformao porSuperaquecimento
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Ruptura/Deformao porSuperaquecimento
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Descrio:
Em temperaturas elevadas (>400C) e sob tenso (mesmo abaixo doescoamento), os metais sofrem deformaes plsticas ao longo dotempo at a ruptura. Esse fenmeno chamado de fluncia.
Pelo cdigo ASME, um tubo sob fluncia dimensionado para operar100.000 horas. A curva tpica de fluncia mostrada abaixo:
Ruptura por Fluncia
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Descrio:
Curva obtida em ensaio de fluncia:
Ruptura por Fluncia
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Fatores crticos:
Aumento de temperatura e/ou tenso (presso); Perda de espessura (leva a aumento de tenso);
Degradao metalrgica
Aparncia:
Deformao dimetral; Ruptura com borda de fratura grossa (lbios grossos);
Trincas em regies com concentrao de tenso;
Vazios e microtrincas na microestrutura.
Preveno:
Evitar aumento de temperatura e presso acima dos limites deprojeto;
Especificar material adequado;
Diminuir concentradores de tenso;
Ruptura por Fluncia
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Ruptura por Fluncia
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Ruptura por Fluncia
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Ruptura por Fluncia
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Ruptura por Fluncia
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Descrio: Trinca provocada por variaes de tenso (ciclos) ao
longo do tempo.
Os ciclos de tenso podem ser mecnicos (vibrao,presso) ou trmicos.
A fadiga pode ser potencializada pela corroso e pelafluncia
Fatores Crticos:
Variaes de presso e temperatura; Presena de concentradores de tenso;
Travamento inadequado dificultando dilatao trmica;
Vibrao;
Fadiga
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Partes afetadas: Regies de concentrao de tenso em tubos (solda
da aleta na parede dgua, regio da solda do suporte
dos tubos do superaquecedor, etc.)
Regies de concentrao de tenso em coletores do
superaquecedor (regio de ligamento entre furos,regio de bocais de sada, etc.)
Aparncia:
Trincas originadas na superfcie do metal em regies
de concetradores de tenso; Presena de marcas de praia na superfcie de fratura;
Preveno:
Eliminao de concentradores de tenso;
Evitar, quando possvel, flutuaes operacionais.
Fadiga
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Exemplo de curvas de fadiga:
Fadiga
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Falha por corroso-fadiga em tubo de superaquecedor:Fadiga
Regio do
Rompimento
Mecanismos de Deteriorao: Mecnicos/Metalrgicos
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Falha por fadiga-fluncia em coletores de superaquecedor:Fadiga
NR-13
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A NR-13 a norma regulamentadora relativa a caldeiras evasos de presso.
Ela estabelece classificao das caldeiras e prazos deinspeo.
Orienta sobre a instalao, manuteno e segurana naoperao da caldeira.
Define a sobre a documentao necessria para uma
caldeira e sobre os registros de inspees e reparos. Cronologia:
1978: cpia da portaria n. 20 (apenas caldeira)
1983: estendida a outros vasos
1984 e 85: algumas alteraes
1994: reviso e criao do grupo tripartite:
Governo: Ministrio do Trabalho
Empresas
Trabalhadores: Sindicato
NR-13
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Categorias de caldeiras segundo a NR-13:
Presso[kPa]
Volume [litros]
1960
588
100
Categoria C
Categoria B
Categoria A
NR-13 e Inspeo de Caldeiras
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Prazos de inspeo:
Tipo deEstabelecimentos
CategoriaA
CategoriasB e C
Especial
SemServioPrprio de Inspeode Equipamentos(SPIE)
12 meses ou24 mesescom testesde PSVs a
cada 12meses
12 meses NA
Com Servio
Prprio de Inspeode Equipamentos(SPIE)
30 meses 18 meses 40 meses
NR-13
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Constitui risco grave e iminente a falta de qualquer um dos
seguintes itens: Vlvula de segurana com presso de abertura ajustada em
valor igual ou inferior PMTA
Instrumento que indique a presso do vapor acumulado
Injetor ou outro meio de alimentao de gua, independente
do sistema principal, em caldeiras de combustvel slido Sistema de drenagem rpida de gua em caldeiras de
recuperao de lcalis
Sistema de indicao para controle do nvel de gua ou outrosistema que evite o superaquecimento por alimentaodeficiente
Inspeo de Caldeiras
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Uma inspeo de caldeira eficiente requer uma mescla
entre: Experincia do Inspetor
Conhecimento sobre o histrico da caldeira
Aplicao de mtodos adequados de inspeo
Aplicao correta de critrios de aceitao
Definio de melhores mtodos de reparo
Mtodos de Inspeo: Visual
Ensaios no destrutivos (ENDs) Ensaios destrutivos
Testes
Inspeo de Caldeiras
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Inspeo Visual
Ferramenta de inspeo mais efetiva Detecta mais de 90% das avarias
Lquidos Penetrantes
Utiliza o princpio de capilaridade Detecta trincas e poros superficiais
Ensaio para deteco de trincas mais simples
Partculas Magnticas Princpio do distrbio de campo magntico Detecta trincas superficiais e subsuperficiais(?)
Mtodo extremamente sensvel
Inspeo de Caldeiras
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Medio de espessura por ultrassom
Mtodo largamente utilizado Utiliza princpio de ressonncia de feixe snico
Medio de vida residual
Ultrassom Utiliza princpio de reflexo de feixe snico
Detecta descontinuidades externas e internas
Necessita de experincia
Utilizado na inspeo de soldas, principalmente dereparos
Radiografia Princpio de fonte geradora e filme receptor
Utilizado na inspeo das soldas tanto de fabricaocomo de reparo
Inspeo de Caldeiras
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Ensaios no convencionais
ACFM Correntes parasitas
Termografia
Rplica metalogrfica
Ensaios destrutivos Ensaio de trao
Ensaio de fluncia
Metalografia
Inspeo de Caldeiras
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Inspeo em operao: Antes de qualquer inspeo, necessrio conhecer as
caractersticas e o histrico do equipamento As inspeo em operao realizada com maior
frequncia
Deve-se conversar com a operao
Verificar as variveis que influenciam na deteriorao da
caldeira (carga, temperaturas, anlise de gua dealimentao, etc.)
Verificar ocorrncia de vazamentos pelos visores,chamin, atravs da diferena entra vazo de gua dealimentao e vazo de vapor
Verificar, se possvel, o aspecto da chama e suaincidncia nos tubos
Realizar avaliao visual externa das estruturas,escadas, plataformas, isolamento trmico, suportes,vigas de segurana, chaparia, flanges, bloqueios, etc.
Inspeo de Caldeiras
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Inspeo externa/interna em paradas Realizada com a caldeira parada e raqueteada
Escopo do servio baseado na recomendao deinspeo (RI)
A recomendao de inspeo emitida com base nohistrico de inspees anteriores e inspeo emoperao
Antes de realizar a inspeo interna, o inspetor deveconhecer as caractersticas dos componentes dacaldeira (localizao, material, dimetro, espessura,etc.)
Antes de iniciar a limpeza da caldeira depois de parada,
deve ser realizada uma pr-inspeo para verificao denvel de acmulo de depsitos nos tubos, vestgios devazamentos, presena de lama nos tubules, quebra derefratrios, etc.
Inspeo de Caldeiras
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O que verificar na inspeo interna:
Presena de deformao (laranjas) nos tubos da
parede dgua e screen Critrio de aprovao: tmin Remoo de amostras para verificao interna
Presena de trincasCritrio de aprovao: ausentes
FORNALHA
Inspeo de Caldeiras
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Deformaes no difusor;
Eroso nos furos do bico;
Quebra ou rachaduras no bloco refratrio; Teste hidrostticos em mangueiras flexveis de leo e
gs;
QUEIMADORES
Inspeo de Caldeiras
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Visual para verificao de rachaduras, avariasmecnicas e vitrificao;
Estilete para verificar decomposio qumica(esfarelamento);
Martelamento para verificar se est solto.
Critrio: reparar/recompor se houver possibilidade
da parte protegida ser exposta ao calor
REFRATRIOS
Inspeo de Caldeiras
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Verificar deformaes visuais;
Verificar intensidade da oxidao/corroso
Medir dimetro externo (calibre passa-no-passa);
Critrio de aprovao: tmin Verificar se as travas esto ntegrasCritrio: reparar
se estiverem soltas
Realizar, se necessrio, metalografia de campo (rplica)
Critrio de aprovao: no apresentarvazios/microtrincas na microestrutua
Retirar amostra se for necessrio avaliar vida residual(ensaios de fluncia).
SUPERAQUECEDOR
Inspeo de Caldeiras
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Verificar deformaesCritrio de aprovao:
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Verificar deformaesCritrio de aprovao: tmin Avaliar integridade dos suportes.
ECONOMIZADOR
Inspeo de Caldeiras
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Verificar intensidade da oxidao/corroso;
Medir espessuraCritrio de aprovao: >tmin Realizar ultrassom em bocais e na regio de ligao dos
tubos dos coletores dos superaquecedoresCritriode aprvao: no apresentar descontinuidades
Realizar LP na solda de ligao dos drenos com ocoletorCritrio de aprovao: no apresentardesontinuidades
COLETORES
Inspeo de Caldeiras
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Verificar avarias, corroso e depsitos nos acessriosinternos;
Medir espessuraCritrio de aprovao: >tmin
Inspecionar visores de nvel (deposio de lama ecorroso);
Realizar partculas magnticas nas juntas soldadas docorpo e das conexesCritrio de aceitao: noapresentar descontinuidades
Verificar a presena de corroso e trincas na regio demandrilagem dos tubos do boiler.
TUBULES
Inspeo de Caldeiras
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Verificar avarias, corroso e deformaes nas chapasdo duto;
Verificar presena de depsitos e corroso cida naregio de mandrilagem dos tubos do PAG com oespelho;
Verificar presena de corroso ou trincas nas juntas deexpanso. Realizar teste de molhamento commangueira para facilitar. Critrio: reparar se houvervazamento
Verificar quantidade de sujeira nos tubos aletados doPAV. Solicitar limpeza.
DUTO DE GASES, PAG E PAV
Inspeo de Caldeiras
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Verificar corroso/oxidao;
Verificar eroso nos furos de sopragem de vapor;
Verificar empenamento. Critrio: substituir a lana se
o empenamento dificultar amontagem/desmontagem ou a rotao doramonador
Aps montagem, verificar se os furos estoposicionados fora da direo dos tubos na condioparado.
SOPRADORES DE FULIGEM
Inspeo de Caldeiras
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Verificar corroso/oxidao;
Verificao presena de rachaduras e avariasmecnicas no refratrio;
Medir espessuraCritrio de aprovao: >tmin
CHAMIN
Inspeo de Caldeiras
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Teste de Fumaa
Pressurizao da fornalha e dutos com ventilador; Uso de bombas de fumaa;
Deteco de furos e regies no estanques;
Realizado logo aps parada da caldeira
Teste Hidrosttico Exigido pela NR-13 quando houver reparo com solda ou
mandrilagem.
Dividido em duas partes:
Integridade: realizado a 1,5.PMTA por 30 min. No pode
haver vazamentos em soldas, mas em flanges emandrilagens sim desde que mantendo a presso.
Estanqueidade: realizado na PMTA, no pode havervazamentos, porm no BV possvel aprovar, poispodem desaparecer em operao.
TESTES
Inspeo de Caldeiras
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Teste de PSVs As PSVs devem ser retiradas, limpas, reparadas e
calibradas em bancadas;
Aps o incio de operao, a calibrao deve sernovamente verificada em at um ano.
Pode ser realizada calinbrao on-line com dispositivoespecifico.
TESTES
Inspeo de Caldeiras Registro da Inspeo:
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Registro da Inspeo:
Todos os resultados da inspeo de uma caldeira devemser registrados em um relatrio de inspeo que ser
arquivado no pronturio; O relatrio deve conter no mnimo, segundo a NR-13:
Dados constantes na placa da caldeira;
Categoria da caldeira
Tipo de caldeira;
Tipo de inspeo executada; Data de incio e trmino da inspeo;
Descrio da inspeo e testes executados;
Resultado das inspees e providncias;
Relao de itens da NR-13 no atendidas;
Concluses; Recomendaes e providncias necessrias;
Data prevista para nova inspeo;
Nome legvel, assinatura e n. do registro no conselho doPH e dos tcnicos que participaram da inspeo.
Inspeo de Caldeiras
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Registro da Inspeo:
Todas as ocorrncias importantes capazes de influir nas
condies de segurana da caldeira devem ser registradasno Registro de Segurana;
As inspees peridicas e extraordinrias tambm devemser registradas no Registro de Segurana;
Todos os registros devem ser assinados pelo PH e pelo
operador da caldeira; O Registro de Segurana deve ser constitudo de livro
prprio, com pginas numeradas.
Aps a finalizao do relatrio, deve ser enviada umacpia para o sindicato.