CALDEIRAS E VASOS SOB PRESSÃO - UFF

Download CALDEIRAS E VASOS SOB PRESSÃO - UFF

Post on 09-Jul-2015

1.033 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>SUMRIO</p> <p>INTRODUO CAPTULO I - CONCEITOS BSICOS DE COMBUSTO . Combustveis e Comburente ......................................................................... . Reaes de Combusto ................................................................................. . Ar necessrio Combusto ........................................................................... . Poder Calorfico ............................................................................................ . Calor Sensvel e Calor Latente ......................................................................</p> <p>5 6 6 8 9</p> <p>CAPTULO II - CALDEIRAS - CONSIDERAES GERAIS . Tipos de caldeiras - Caractersticas e Empregos ........................................... 11 . Partes de uma caldeira - Componentes principais ......................................... 16 . Fornalhas e Queimadores ................................................................................ 18 . Caldeiras para Energia Alternativa ..................................................................28 . Acessrios e Instrumentos de Caldeiras ........................................................ 30 . Controle de Tiragem ........................................................................................ 35 CAPTULO III - OPERAO DE CALDEIRAS . Partida do Equipamento .................................................................................. . Operao de Rotina ......................................................................................... . Regulagens e Controles .................................................................................. 40 . Anomalias mais Comuns Durante a Operao .............................................. 42</p> <p>38 39</p> <p>CAPTULO IV - PREVENO CONTRA EXPLOSO E OUTROS RISCOS . Riscos de Acidentes - Segurana e Proteo da Caldeira ............................. 45 . Exploses de Fornalhas - Causas e Providncias .......................................... 46 . Anlise de Riscos ............................................................................................ 48 CAPTULO V - TRATAMENTO DE GUA PARA CALDEIRAS . gua de Alimentao - Problemas e Controle .............................................. . Problemas Provocados pela gua de Alimentao ....................................... . Controle de Incrustaes e Corroso ............................................................ . Limpeza dos Sistemas de Gerao de Vapor ................................................ . Hibernao / Proteo nas paradas ................................................................</p> <p>58 59 61 69 70</p> <p>CAPTULO VI - MANUTENO DE CALDEIRAS . Inspeo e Manuteno Preventiva ............................................................... 72 . Carta de Avarias ........................................................................................... 73</p> <p>1</p> <p>BIBLIOGRAFIA ................................................................................................. 76</p> <p>ANEXOS</p> <p>1. Limites a serem estabelecidos para a gua no interior da caldeira .............. 78 2. Legislao de segurana e medicina do trabalho ........................................... 79</p> <p>3. Norma Regulamentadora no 13 (NR-13) ....................................................... 80 I-A. Currculo mnimo para Treinamento de Seg. na Oper. de Caldeiras ..... 98 I-B. Currculo mnimo para Trein. de Seg. na Oper. de Unid. de Proc. ........ 100 II. Requisitos para certificao de Servio Prprio de Insp. de Equip. ........ 102 III. Equipamentos aos quais devem ser aplicada a NR-13 ................................ 103 IV. Classificao de vasos de presso ............................................................... 104 . 4. Noes de Grandezas Fsicas e Unidades .................................................... 106</p> <p>TABELAS E GRFICOS . Rendimento da combusto .............................................................................. 108 2 . Tabela de vapor saturado (Presso relativa de 0 a 7,0 kgf/cm ) .................. 109 . Tabela de vapor saturado (Presso relativa de 7,5 a 219 kgf/cm2) .............. 110 . Tabela de Viscosidade para leo Combustvel ........................................... 111 . Caracterizao de leo Combustvel do tipo A1 ........................................ 112 . Informaes sobre leo Combustvel do tipo A2 ....................................... 113 . Caractersticas bsicas do GN de Campos .................................................. 114 . Caractersticas bsicas do GN Distribudo pela CEG................................... 115 . Vlvula de Segurana ....................................................................................... 116 . Tabela de Especificaes de leos Combustveis ...................................... 117 . Tabela de Especificaes de leos Combustveis (Portaria ANP no 90) ..... 118 . Tabela de Ponto de Fluidez Superior (Resoluo CNP no 03/86) ................ 119 . Armazenagem e Manuseio de leos Combustveis .................................... 120 . Tabela de Transformao de Condutividade para Slidos Dissolvidos ....... 121</p> <p>2</p> <p>INTRODUO A Portaria no 23 de 27/12/94, que alterou a norma regulamentadora no 13 da Portaria no 3214, de 08/06/78, estabelece a obrigatoriedade do Treinamento de Segurana para Operadores de Caldeiras e Estgio Supervisionado. Esto isentos dessa obrigatoriedade os Operadores que, comprovadamente atravs de Carteira Profissional, tiverem mais de 3 anos de experincia nessa atividade e aqueles j possuidores de certificados de Treinamento conforme a Portaria 02 de 08/05/84.</p> <p>Consideramos que a participao de profissionais j experientes, nesses cursos de treinamento, conveniente em funo da oportunidade de reciclagem de conhecimentos, pois pelos riscos envolvidos, a operao de caldeiras exige do operador o mximo de qualificao e atualizao.</p> <p>Esta publicao aborda o assunto de forma generalizada, incluindo os tpicos exigidos pela NR-13, alm de focalizar outros aspectos que so importantes para a qualificao do Operador de Caldeiras.</p> <p>3</p> <p>CAPTULO I</p> <p>CONCEITOS BSICOS DE COMBUSTO</p> <p>4</p> <p>CAPTULO I - CONCEITOS BSICOS DE COMBUSTO</p> <p>I.1- Combustveis e Comburente Breve histrico: No Brasil, at o ano de 1919, o nico combustvel industrial era a lenha. Alis a lenha no s era utilizada industrialmente, mas seu uso tambm era total em locomotivas e navegao. Em seguida surgiram o carvo mineral, os leos vegetais, o betume e finalmente o petrleo e seus derivados. Durante muito tempo o carvo teve preponderncia como combustvel industrial. Somente em 1926 que teve incio o consumo de leo combustvel em indstrias e em centrais termoeltricas. Em 1940, j tnhamos muitas indstrias adaptadas para o uso de leo combustvel, sendo que a maioria voltou a consumir lenha no perodo da 2a Guerra Mundial. Atualmente, a grande maioria das indstrias, centrais eltricas e estradas de ferro utilizam os derivados de petrleo como fonte de energia calorfica, principalmente os leos combustveis e o gs natural. Classificao dos Combustveis: - Slidos - Lquidos - Gasosos Slidos: Madeira, turfa, linhita, antracito, hulha, carvo vegetal, coque de carvo, coque de petrleo, etc... Lquidos: Petrleo, leo de xisto, alcatro, lcool e leos vegetais. Gasosos: Metano, hidrognio, gs liquefeito de petrleo, gs de coqueria (siderrgica), gasognio, biogs, gs natural, etc...</p> <p>5</p> <p>Sabemos que a combusto a reao qumica entre duas substncias: Combustvel e Comburente com produo de calor e luz. O Combustvel a substncia que queima e contm em sua composio principalmente dois elementos: carbono e hidrognio. O Comburente o elemento que entra na reao de combusto como fonte de oxignio. A fonte usual de oxignio o ar atmosfrico, onde o oxignio est contido na proporo de 23% em peso e 21% em volume. O restante praticamente constitudo de nitrognio.</p> <p>I.2 Reaes de Combusto C + O2 CO2 + 32.761 Kj/Kg de carbono (8.100 Kcal/Kg) 2 C + O2 2 CO + 9.205 Kj/Kg de carbono (2.407 Kcal/Kg) 2 H2 + O2 2 H2O (l) + 141.796 Kj/Kg de hidrognio (34.100 Kcal/Kg) 2 H2 + O2 2 H2 O (V) + 120.876 Kj/Kg de hidrognio (28.890 Kcal/Kg) S + O2 SO2 + 9.247 Kj/Kg de enxfre (2.200 Kcal/Kg) Observa-se, pelas reaes anteriores, que deve-se sempre orientar a queima no sentido de se obter o CO2 pois tem-se assim uma maior liberao de calor. Na prtica, queimam-se combustveis que no se compem apenas de Carbono (C), mas tambm de hidrognio (H2) e enxofre (S), conforme visto nas reaes acima. A combusto completa quando todos os elementos combustveis contidos no combustvel em questo (C, H2, S, etc), combinam-se com o oxignio do ar, fornecendo os produtos finais correspondentes.</p> <p>I.3 Clculo do Ar Necessrio Combusto Como foi visto, a combusto completa quando a quantidade de ar necessria e suficiente para oxidar os elementos constituintes do combustvel utilizado. Havendo combusto incompleta teremos fuligem, aldedo e monxido de carbono, alm de no ocorrer a liberao total do calor do combustvel. A quantidade de ar terica necessria combusto pode ser calculada pela seguinte frmula: Kg ar/ kg de combustivel = 11,5 (% C) + 34,7 (% H2) + 4,3 (% S)</p> <p>6</p> <p>Os percentuais de carbono e hidrognio no combustvel so calculados aproximadamente por: % P/P Carbono = 100 - (% H2 + S + H2O + cinzas) % P/P Hidrognio = 26 - (15 x densidade) Os percentuais de gua, cinzas e enxofre so obtidos em laboratrio. Exemplificando, podemos considerar a queima de um leo combustvel tipo A, com a seguinte composio mdia: C = 84%, H2 = 11%, S = 4% e gua = 1%. Para queimar 1 Kg desse leo, necessitamos: 84/100 x 11,5 = 9,66 11/100 x 34,7 = 3,81 4/100 x 4,3 = 0,17</p> <p>Dessa forma, teremos: 9,66 + 3,81 + 0,17 = 13,6 Kg de ar/Kg de leo A Considerando que o ar possui 23% P/P do oxignio, ento teremos: 0,23 x 13,6 3,1 Kg O2/Kg de leo tipo A Na prtica, trabalha-se com excesso de ar para garantir-se a queima completa do combustvel e a mnima concentrao de CO (monxido de carbono) O excesso de ar varia em funo do combustvel utilizado. So aceitveis de 15% a 30% para leos e de 10% a 15% para gases.</p> <p>ANLISE TPICA PARA LEO E GS NATURAL LEO GS LEO GS (ESTEQUIOMTRICO) (C/ EXCESSO DE AR) % CO2 15 11 13 10 % CO ----0,01 - 0,05 0,01 - 0,05 % O2 2 - 3 2 - 3</p> <p>7</p> <p>I.4 - Poder Calorfico Superior e Poder Calorfico Inferior de um Combustvel Como foi visto no captulo inicial, as reaes qumicas da combusto liberam calor, estas reaes so denominadas exotrmicas. O calor assim gerado que constitui o calor da combusto e que pode ser aproveitado das mais diversas maneiras. Assim, cada combustvel ao ser queimado capaz de liberar uma determinada quantidade de calor. Essas quantidades de calor so medidas em aparelhos chamados calormetros e so especficas para cada combustvel. Assim, a quantidade de calor liberada constitui uma das mais importantes caractersticas do combustvel e denominada poder calorfico. Define-se poder calorfico como a quantidade de calor produzida pela queima total de uma unidade de combustvel. Ex: Kcal/Kg; BTU/lb; Kcal/Nm.</p> <p>Poder Calorfico Superior: O poder calorfico supeiror o calor liberado pela combusto da unidade de massa do combustvel a volume constante, estando a gua formada pela combusto, no estado lquido. No poder calorfico superior a gua formada permanece no estado lquido, logo, seu calor latente incluido no calor gerado na combusto.</p> <p>Poder Calorfico Inferior: o calor liberado pela combusto da unidade de massa do combustvel, na presso constante de 1 atm, permanecendo a gua da combusto no estado gasoso (vapor). No poder calorfico inferior a gua formada permanece no estado gasoso, logo, seu calor latente fica excludo do calor gerado na combusto. Na prtica o que8</p> <p>ocorre, visto que, a temperatura dos gases de combusto superior temperatura de saturao do vapor d'gua presso atmosfrica, permanecendo a gua na forma de vapor superaquecido.</p> <p>I.5 Calor Sensvel e Calor Latente Denomina-se de calor sensvel a quantidade de calor necessria para elevar a temperatura de um corpo de massa m e calor especfico c (*), desde a temperatura t1, at a temperatura t2. O calor latente, ao contrrio do calor sensvel, no produz aquecimento, sendo aproveitado pelo corpo para realizar uma mudana de estado. (*)Denomina-se calor especfico c a quantidade de calor necessria para elevar de 1 C a temperatura de 1 g de uma substncia.</p> <p>9</p> <p>CAPTULO II</p> <p>CALDEIRAS CONSIDERAES GERAIS</p> <p>10</p> <p>CAPTULO II - CALDEIRAS - CONSIDERAES GERAIS Os geradores de vapor (caldeiras) so equipamentos complexos de troca de calor, que produzem vapor a partir da energia trmica (queima de combustvel), constitudos por diversos equipamentos associados, perfeitamente integrados, para permitir a obteno do maior rendimento trmico possvel.</p> <p>II.1 Tipos de Caldeiras Caractersticas e Empregos As caldeiras podem ser classificadas em dois tipos: a) Caldeiras de Tubos de Fogo (Flamotubulares ou Fogotubulares) Nestes equipamentos, o qual consiste essencialmente de um corpo cilndrico com dois espelhos fixos nos quais os tubos so mandrilados ou soldados, os gases de combusto atravessam a caldeira pelo interior dos tubos cedendo calor gua que est envolvendo esses tubos, conforme mostram as figuras II.1 e II.2. Exemplos: Caldeiras ATA, Caldeiras ICESA, Caldeiras TENGE, Caldeiras AALBORG, etc.</p> <p>11</p> <p>Figura II.1</p> <p>12 Figura II.2</p> <p>As caldeiras fogotubulares so as unidades de gerao de vapor de menor porte, estando limitadas produo de no mximo 20 t/h de vapor e presso no superior a 300 psi (20 Kgf/cm2). VANTAGENS: menor investimento (tm menor custo e so mais econmicas do que as similares aquotubulares) exigem pouca alvenaria manuteno mais fcil tratamento de gua menos rigoroso atendem bem variao de demanda de vapor, devido ao grande volume de gua que encerram. apresentam alta eficincia de transferncia de calor por rea de troca trmica ( 40% maior que as aquotubulares ).</p> <p>DESVANTAGENS: presso de trabalho limitada (=20 Kgf/cm2), devido ao fato de que a espessura da chapa dos corpos cilndricos crescem com o dimetro; partida mais lenta, devido ao grande volume de gua; pequena taxa de vaporizao, logo, ocupam muito espao em relao rea de aquecimento; circulao deficiente de gua; no produz vapor superaquecido, somente vapor saturado.</p> <p>b) Caldeiras Aquotubulares (Tubos de gua) Quando necessita-se de maiores produes e presses de vapor, utiliza-se as caldeiras aquotubulares. Nestes equipamentos os gases de combusto atravessam toda caldeira pela parte externa dos tubos cedendo calor gua contida no interior dos mesmos.</p> <p>13</p> <p>Figura II.3</p> <p>Figura II.4</p> <p>As Caldeiras Aquotubulares por possurem uma estrutura tubular que compem a parte principal da absoro de calor, permite a obteno de grandes superfcies de aquecimento. Nestes tipos de caldeiras as produes de vapor chegam a atingir at</p> <p>14</p> <p>750 t/h, com presses de at 200Kgf/cm2 e temperatura de 450 a 500 C, existindo unidades com presso crtica (226 atm) e supercrtica (350 atm). As Caldeiras Aquotubulares podem ser classificadas em trs grandes categorias: Caldeiras aquotubulares de tubos retos...</p>