APOSTILA DE TANQUES E VASOS DE PRESSÃO-2006

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PLANEJAMENTO E PROJETOS NA INDSTRIA QUMICA COD. 299TANQUES DE ARMAZENAMENTO E VASOS DE PRESSO 1. TANQUES DE ARMAZENAMENTO1.1 INTRODUO: Embora os tanques de armazenamento de produtos lquidos possam ser fabricados de vrios tipos de materiais ( ao carbono, ao inox, plsticos, etc.), nesta apostila trataremos apenas de tanques de chapa de ao carbono, soldadas, verticais, cilndricos, com revestimento interno ou no, no enterrados e sujeitos presso atmosfrica ( conforme norma API de 0 a 0,5 psig).

1.2 CLASSIFICAO DOS TANQUES1.2.1. Tanque de teto fixo: teto auto-portante, apoiado no costado, suportados por estruturas de perfis metlicos. Quanto forma o teto pode ser: cnico ( forma aproximada de um cone reto), esfrico ou curvo ( forma aproximada de uma calota esfrica), em gomos ( constitudo de tal forma que qualquer seo horizontal seja um polgono regular). 1.2.2. Tanque de teto mvel: no seu interior existe uma cmara de vapor cuja presso responsvel pela movimentao do teto, o qual possui uma selagem entre o costado e o teto. So os chamados gasmetros. 1.2.3. Tanque de teto flutuante: teto flutua sobre a superfcie do lquido, acompanhando sua movimentao. A perda por evaporao nesse tipo de tanque bem menor do que no teto fixo, no entanto seu custo maior do que o tanque de teto fixo.

1.3 VOLUME DE TANCAGEMA determinao do volume de armazenamento de um tanque ou de vrios tanques depende de vrios fatores, dentre eles citamos: capacidade de produo da planta, autonomia que se requer, caractersticas do produto, tipo de transporte, consumo do produto armazenado, etc. A partir de um volume total que deve ser armazenado podemos projetar um nico tanque ou vrios tanques; sendo que a deciso deve levar em conta principalmente: - Custo por m armazenado: quanto maior o volume de um tanque menor o custo de armazenamento. - Segurana operacional: quanto maior o nmero de tanques, maiores os requisitos de segurana, porm maior a flexibilidade operacional. - Manuteno e Inspeo: quanto maior o nmero de tanques, maior o custo de manuteno e inspeo.

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Exigncias de servios: tanques para produtos com qualidade especificada e tanques para produtos fora de especificao para futuro reprocessamento. Perdas por evaporao atravs o respiro do tanque: tanque de teto fixo x tanque de teto flutuante.

1.4 DIMENSES DOS TANQUESAs dimenses correspondem aos valores de Dimetro interno e de Altura, ou seja a relao D/H. Para a definio desses valores os seguintes fatores so importantes: a) Utilizar para definio da altura um nmero inteiro de chapas de ao carbono, ou seja a altura dever sempre que possvel ser um mltiplo da largura de chapas de ao carbono comerciais ( larguras usuais 1800 mm, 2400mm). b) Para definio da altura calcular as cargas de vento. c) Espao disponvel para o tanque e sua bacia de conteno ( espao pequeno significa altura maior). d) Para a definio do dimetro lembrar que: dimetro maiores para produtos inflamveis definir maior distncia entre tanques dentro de uma mesma bacia e portanto rea de armazenamento maior. Dimetros maiores fundaes menores devido a uma maior rea para distribuio de cargas sobre as fundaes.

1.5 DIQUES E BACIAS DE CONTENOA finalidade das bacias de conteno cercadas por diques com altura que variam de 600 mm at 1800 mm, a de conter o produto armazenado em caso de rompimento do tanque ou tubulao, conter o produto armazenado em caso de falha de operao, limitar um possvel incndio dentro de pequena rea. O volume da bacia de conteno deve possuir a capacidade do tanque, ou no caso de vrios tanques na mesma bacia a mesma deve conter o volume do maior tanque mais o volume dos outros tanques compreendido abaixo da altura do dique. A distncia mnima entre costados de tanques deve seguir os seguintes valores conforme normas pertinentes: PNB 216 ( ABNT): Distancia mnima entre costados d = do dimetro do maior tanque. API ( American Petroleum Institute) Para produtos em geral: d = 1/6 (D1 + D2) Para leos combustveis ou inflamveis: d = (D1+D2).

1.6 NORMAS DE PROJETO PARA TANQUESAs normas habitualmente seguidas para o desenvolvimento do projeto de tanques de armazenamento so: API 650 : para tanques em ao carbono soldado, cilndricos, verticais no enterrados, fechados ou teto aberto e para presso interna de 0 a 0,5 psig. PNB 89: Para o projeto de tanques de ao carbono soldados, cilndricos, verticais, no enterrados, para armazenamento de petrleo e seus derivados. Idntica ao API 650. 2

API 620: para tanques em ao carbono soldado, cilndricos, verticais no enterrados, fechados, para armazenamento de petrleo e seus derivados, e para presses internas de 0,5 psig at 15 psig. API 2000: Recomendaes prticas para o projeto de respiros em tanques atmosfricos e de baixa presso.

1.7. PROJETO DO COSTADO DE TANQUES DE ARMAZENAMENTO.O projeto da espessura das chapas utilizadas no costado de tanques de armazenamento atmosfricos considera-se que a espessura das mesmas no precisa ser a mesma para todo o costado, isto , o anel mais inferior deve possuir uma espessura maior pois agenta maior presso esttica interna devido altura do lquido, enquanto que o anel mais superior pode ter espessura menor pois agenta menor presso esttica devido a altura do lquido. Abaixo o dimensionamento da espessura das chapas do costado conforme PNB89 e=0,03983 x D X(H-0,3) x G + c e= espessura mnima em mm D = dimetro interno do tanque em m H= distancia entre a linha de centro da junta inferior do anel considerado cantoneira de reforo da borda superior do costado ou parte inferior do ladro do tanque em metros. G= densidade relativa do produto a ser armazenado. Esse valor deve sempre ser maior ou igual a 1. C = sobre espessura de corroso em mm OBS.: O clculo da espessura acima calculada comparado espessura comercial oferecida pelos fornecedores e escolhida a espessura imediatamente superior para compor o anel considerado. As espessuras acima sero adotadas se forem maiores ou iguais s espessuras mnimas abaixo consideradas: Para tanques com D menor que 15 m 3/16 ( 4,75 mm) Para tanques com D menor que 35 m e maior que 15 m (6,3 mm) Para tanques com D acima de 35 m e menor que 60 m 5/16(8,0mm) Para tanques com D maior que 60 m 3/8 ( 9,5 mm)

1.8 PRINCIPAIS ACESSORIOS DE UM TANQUE DE ARMAZENAMENTO. Conexo ( normalmente flangeada) para entrada de produto no tanque Conexo ( normalmente flangeada) para sada de produto do tanque Bocas de visita no costado e no teto do tanque. Escotilha para medio manual e retirada de amostra no teto do tanque Dreno de fundo do tanque Escada helicoidal de acesso plataforma do topo do tanque Trena para indicao do nvel Poo para termmetro no costado do tanque. Bocal para conexo de manmetro no costado do tanque ou no topo do tanque

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Agitador mecnico Cmaras de espuma para combate a incndio. Ladro. Respiro ou vlvula de presso e vcuo no topo do tanque.

1.9. PROJETO DE RESPIROS E VLVULAS DE SEGURANA/VCUO PARA TANQUES ATMOSFRICOS. NORMA API 2000.Os requisitos mnimos de controle de sobrepresso e de preveno de vcuo em tanques atmosfricos segundo a Norma API 2000 so: A Requisitos para evitar vcuo A.1 : Esvaziamento: Durante o esvaziamento a capacidade da vlvula de vcuo deve permitir a entrada de 560 ft/h de ar para cada 100 barris ( 4200 gales) por hora de vazo de sada de produto. A.2. Efeito Trmico: Para uma determinada capacidade de armazenamento, a entrada de ar devido a um decrscimo na temperatura atmosfrica deve seguir a seguinte tabela abaixo: B - Requisitos para evitar sobrepresso B.1. Enchimento: a capacidade da vlvula de sobrepresso leva em conta o resultado da evaporao do produto armazenado e para tanto existem duas situaes a saber: Para produtos com Ponto de Fulgor maior ou igual a 100 F ( 37,8C), o dimensionamento da vlvula de sobrepresso ou vent deve ser equivalente a sada de 600ft/h de ar para cada 100 barris ( 4200 gal) por hora de vazo de entrada de produto. Para produtos com Ponto de Fulgor menor que 100 F ( 37,8C), o dimensionamento da vlvula de sobrepresso ou vent deve ser equivalente sada de 1200 ft/h de ar para cada 100 barris(4200 gal) por hora de vazo de entrada de produto. B. 2. Efeito Trmico: Para uma determinada capacidade de armazenamento e para um determinado Ponto de Fulgor, haver uma capacidade correspondente de sada de gases equivalente sada de ar mostrada na tabela a seguir, em funo do Ponto de Fulgor do produto; devido a um acrscimo na temperatura atmosfrica. EM TODOS OS CASOS O DIMENSIONAMENTO DA VLVULA DE SGURANA E VCUO DEVE LEVAR EM CONTA A SOMA DOS DOIS FATORES ACIMA A SABER: MOVIMENTAO DO PRODUTO MAIS EFEITO TRMICO.

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Tabela referente ao requisito referente ao Efeito Trmico ( Expressa em ft/h de ar a 14,7 psia e 60F)CAPACIDADE DO TANQUE EM BARRIS CAPACIDADE DO TANQUE EM GALES DECRSCIMO DE TEMPERATURA ATMOSFRICA (VCUO) AUMENTO DA TEMPERATURA ATMOSFRICA (SOBREPRESSO) PARA PONTO DE FULGOR MAIOR OU IGUAL A 100 F AUMENTO DA TEMPERATURA ATMOSFRICA (SOBREPRESSO) PARA PONTO DE FULGOR MENOR QUE 100f

60 100 500 1000 2000 3000 5000 10000

2500 4200 21000 42000 84000 126000 210000 420000

60 100 500 1000 2000 3000 5000 10000

40 60 300 600 1200 1800 3000 6000

60 100 500 1000 2000 3000 5000 10000

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2.VASOS DE PRESSO2.1. INTRODUO: Vasos de presso so equipamentos de processo estanques, de dimenses e formato normalizados, capazes de conter um fludo pressurizado. So classificados em : Vasos no sujeitos a chama, empregados em trs casos gerais numa indstria qumica: ARMAZENAMENTO DE GASES SOB PRESSO, PROCESSAMENTO DE GASES E LQUIDOS, ACUMULAO INTERMEDIRIA DE GASES E LQUIDOS EM PROCESSOS INDUSTRIAIS. So exemplos de vasos de presso no sujeito a chama: Vasos de armazenamento e de acumulao intermedirios, Torres de destilao fracionada, Torres de Absoro, Torres de Extrao, Reatores qumicos, Evaporadores, Esferas de armazenamento de gases liquefeitos, Vasos separadores de fases, Trocadores de Calor. Vasos sujeito a chama: Caldeiras e Fornos.

2.2 DESCRIOOs vasos de presso so formados pelo: CORPO ( tambm chamado de Casco ou Costado), normalmente cilndrico, cnico, esfrico ou combinaes dessas formas. TAMPOS utilizados para fechamento do corpo, podendo ter formas elipsoidal, semi-esfrica, cnica e toro-esfrica. A escolha do tipo de tampo ( tambm chamada de fundo ou calota) mais adequado para cada situao depende de uma srie de fatores como presso, dimenses, material de construo, espessura da chapa, estado fsico de produto armazenado e custo. Algumas regras prticas podem ser seguidas tais como: Fundos chatos ou planos empregam-se para vasos de presso de pequeno porte e para baixas presses. Fundos ou tampos toro-esfricos utilizam-se para presses at 400 kPa e/ou dimetros menores que 2 metros. Fundos ou tampos elpticos para presses superiores a 400 kPa e /ou dimetros superiores a 2 metros. Fundos ou tampos hemisfricos so os que apresentam a forma ideal quanto espessura necessria para resistir a uma dada presso, porm so restritos armazenamento de gases ou lquidos muito volteis e portanto com alta presso de vapor. Apresentam alto custo de fabricao quando comparado com os outros tipos. POSIO: Horizontais, verticais ou inclinados PRINCIPAIS DIMENSES: DI: Dimetro interno DE: Dimetro externo CET: Comprimento entre tangentes.

2.3 NORMA DE PROJETO

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A norma de projeto mais utilizada para vasos de presso o Cdigo ASME ( American Society of Mechanical Engineers) Seo VIII: Vasos de Presso.

2.4. DESENVOLVIMENTO DO PROJETO DE UM VASO DE PRESSOA) Definio dos dados de Processo ( ou Operao) Funo do vaso de presso ( torre, acumulador, etc.) Propriedades do produto: composio qumica; concentrao; densidade; corrosividade; vazo, temperatura e presso de operao de todas as correntes que entram e saem do vaso. Considerar tambm valores mximos e mnimos. Temperatura e Presso de operao do equipamento. Considerar tambm valores mximos e mnimos . Volume armazenado ou tempo de residncia: valores normais, mximo e mnimo. Para trocadores de calor: Carga trmica, temperaturas de entrada e sada, viscosidades, coeficientes de incrustao, calores especficos, condutividades trmicas, perda de carga mxima.

B) PROJETO DE PROCESSO DO VASO: Consiste no clculo das dimenses gerais doequipamento e na definio de todos os detalhes do equipamento ( bocais, peas internas, etc.) Formato do vaso: cilndrico, esfrico, composto. Dimenses gerais: DI, CET Tipo do tampo ( Elptico, Toro-esfrico, etc.) Posio de instalao ( Vertical, horizontal, inclinado). Posio e elevao dos bocais Detalhes internos: tipo, localizao, formato, dimenses gerais, espaamentos, etc.( bandejas, vertedouros, enchimento, demisters, chicanas, defletores, quebra vrtices, serpentinas, etc.) Definio da Presso e Temperatura de Projeto Dimetro nominal de todos os bocais ligados s tubulaes, inclusive os de instrumentos. Definio dos nveis mximo, mnimo e normal Elevao do vaso, principalmente se houver necessidade de NPSH para bombas. Necessidade ou no de isolamento trmico Indicao bsica dos materiais de construo Instrues de condicionamento para partida e de parada para limpeza. Enquadramento na Categoria de trabalho conforme norma NR-13. Exigncias especiais de transporte, montagem, manuteno e inspeo. Se for trocador de calor: Tipo conforme norma TEMA; Nmero de passes pelos tubos e pelo casco; rea de troca trmica; Quantidade, arranjo, espaamento e dimetro dos tubos; Tipo dos tubos ( lisos ou aletados); Tipo de chicanas; Dimetro do casco.

C) PROJETO MECNICO Seleo/especificao de todos os materiais do vaso, flanges, pescoo, bocais, suportes, peas internas, etc. Definio da sobrespessura de corroso e proteo interna e externa com pintura. Dimenses finais Tipo de tampos Norma de projeto ( ASME), NR-13 Definio da eficincia de soldas/grau de inspeo. Clculo mecnico: espessura, reforos, etc. Dimenses e espessuras da base e beros. Chumbadores Elevao e orientao dos bocais

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Clculo da PMTA e presso de teste hidrosttico Clculo do peso vazio/ cheio com gua/ e em operao Condies de transporte e montagem Desenho de detalhes construtivos Tratamento trmico de soldas/especificao de soldagem.

2.5. CONDIES DE OPERAO E DE PROJETO DE VASOS DE PRESSO2.5.1. Presso Normal de Operao: a presso reinante no topo do vaso nas condies normais de operao. Dependendo do caso se define tambm a presso no fundo do vaso medindo-se a coluna lquida. 2.5.2. Presso Mxima de Operao: a condio de presso no topo do vaso que pode ser atingida em condies normais de operao, em condies anormais como emergncias, partida e parada, falha de sistemas de controle, limpezas especiais para manuteno, etc. 2.5.3. Presso Mnima de Operao: a condio em que em situaes normais e anormais conforme acima citado a presso no topo do vaso poder atingir valores menores que a presso atmosfrica. 2.5.4. Temperatura Normal de operao: consiste na temperatura mdia real da parede do vaso nas condies normais de operao. 2.5.5. Temperatura Mxima de Operao: consiste na temperatura real da parede do vaso em...