Inspeo de vasos sob presso

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1. INTRODUOEntende-se como "Vaso de Presso" todos os reservatrios, de qualquer tipo, dimenses ou finalidades, no sujeitos a chama, que contenham qualquer fluido, projetado para resistir com segurana uma presso interna superior a 1 Kgf/cm2 ou inferior presso atmosfrica; ou submetidos presso externa. Em refinarias de petrleo, indstrias qumicas e petroqumicas os vasos de presso constituem um conjunto importante de equipamentos que abrangem os mais variados usos. Nas refinarias

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1 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 1. INTRODUO Entende-secomo"VasodePresso"todososreservatrios,dequalquertipo,dimensesou finalidades,nosujeitosachama,quecontenhamqualquerfluido,projetadopararesistircom seguranaumapressointernasuperiora1Kgf/cm2ouinferiorpressoatmosfrica;ou submetidos presso externa. Emrefinariasdepetrleo,indstriasqumicasepetroqumicasos vasos de presso constituem um conjuntoimportantedeequipamentosqueabrangemosmaisvariadosusos.Nasrefinariasde petrleo, os vasos de presso so utilizados, principalmente, para os seguintes motivos: - ARMAZENAMENTO DE GS : por motivos econmicos, os gases so armazenados sob presso normalmenteliquefeitos,paraquesepossatergrandepeso armazenadonumvolumerelativamentepequeno.Exemplo: esferas de GLP. -PROCESSAMENTO:inmerosprocessosnecessitam,parasuarealizao,deumambiente pressurizado.Exemplo:vasosemunidadesdedestilao,reforma, craqueamento, gerao de vapor, etc. Aconstruodeumvasodepressoenvolveumasriedecuidadosespeciaisrelacionadoscomo seu projeto, fabricao, montagem, inspeo e testes. Pois a falhas de um vaso de presso, quando em operao, alm de provocar perda de produto e parada de um processo, pode acarretar perda de vidas. Assim, um vaso de presso, normalmente considerado um EQUIPAMENTO DE GRANDE RISCO DE PERICULOSIDADE. 2. COMPONENTES ASubcomissodeInspeodeEquipamentosdoInstitutoBrasileirodePetrleoemfevereirode 1963aprovouaGuian.2deInspeodeEquipamentosquepadronizouaNomenclaturaaser usadaparaequipamentoseacessriosnasrefinariasdepetrleo.Afigura1mostraumresumoda nomenclatura usada para os vasos de presso. Com o objetivo de melhor familiarizar o tcnico de inspeo com os acessrios internos usualmente encontrados nos vasos de presso alguns tens indicados na figura 1 sero melhor detalhados: 2.1. ALAPO (item 9.5 da figura 1) Emtorresdeprocessocomdimetroacimade1metroasbandejassodivididasemseespara possibilitarsuaentradanoequipamento,jque,emgeral,asbocasdevisitatemnomximo915 milmetros de dimetro. 2 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho LEGENDA : 1. CASCO 1.1.-Revestimentometlicointerno (clad ou lining ). 1.2. - Revestimento de proteo contra fogo ( fire-proofing ). 2. TAMPOS OU CALOTAS 2.1. - Elipsoidal. 2.2. - Toroesfrico. 2.3. - Hemisfrico. 2.4. - Cnico. 2.5. - Torocnico. 3. BOCAL OU CONEXO 3.1. - Pescoo. 3.2. - Flange. 3.3. - Meia luva. 4. BOCA DE VISITA 5. VIGIA 6. JUNTAS DE VEDAO 7. BRAO DE CARGA. 8. TUBOS INTERNOS 8.1. - Retirada de produto. 8.2. - Distribuidor. 8.3. - Serpentina. 8.4. - Feixe tubular. 9. BANDEJA 9.1. - Assoalho da bandeja. 9.2. - Borbulhador de campnula. 9.2.1. - Suporte. 9.2.2. - Cruzeta. 9.2.3. - Colarinho. 9.2.4. - Campnula. 9.3. - Vertedor. 9.3.1. - Vertedor central. 9.3.2. - Vertedor lateral. 9.4. - Caixa de retirada. 9.5. - Alapo. 9.6. - Vigas de sustentao. 10. PANELA 10.1. - Fundo. 10.2. - Vedao. 10.3. - Chamin. FIGURA 1 - Nomenclatura adotada pela guia de Inspeo do I.B.P (LEGENDA). 11. DEFLETOR 11.1. - Anel. 11.2. - Disco. 11.3. - Saia. 11.4. - Prato perfurado. 12. CHAPA DE DESGASTE 13. ANTIVRTICE 14. PORCAS, PARAFUSOS OU ESTOJOS 15. FILTRO 16. ENCHIMENTO 17. SUSTENTAO DO ENCHIMENTO 18. TIRANTE 19. POTE OU BOTA 20. RETENTOR DE GOTCULAS 21. BOCA DE INSPEO 22. GRADE 23. ANEL DE REFORO 24. ANEL DE SUSTENTAO DO ISOLAMENTO 25. ISOLAMENTO 26. BERO 27. APOIOS 27.1. - Saia cilndrica. 27.2. - Saia cnica. 27.3. - Colunas. 27.4. - Boca de visita da saia. 28. ANEL DE SUSTENTAO DE ACESSRIOS 29. GRAMPO DE FIXAO 29.1. - Grampo. 29.2. - Parafuso. 29.3. - Arruela. 29.4. - Porca. 30. GRAMPO DE FIXAO 3 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 1 - (Continuao) -Figura relativa a legenda da pgina anterior. CANTONEIRA CHAPA CHAPA 7 8.2 8.1 8.3 1 1.1 2 2.4 3.1 3.2 4 5 9.1 9.2 9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.2.4 9.3.1 9.3.2 10.1 10.2 10.3 15 11.1 11.2 11.3 11.412 16 17 22 20 19 18 23 27.1 27..2 27.3 27.4 26 25 1 6 29.1 29.2 29.4 29.3 24 30 28 14 3.3 4 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho Para facilitar a inspeo e limpeza das torres durante uma parada operacional, bem como facilitar a montagem e desmontagem, em todas as bandejas uma das sees de fcil remoo, normalmente, chamada de ALAPO ou boca de visita da bandeja. Esta seo facilmente identificada pois seu sistema de fixao atravs de arruela ovais, enquanto nas demais sees da bandeja as arrula so redondas. As arruelas ovais possibilitam a remoo do alapo sem que seja necessrio remover os parafusosqueprendemestasarruelas,reduzindooservioeevitandoaqueda e/ou perda de peas durante a abertura das bandejas, antes da limpeza interna da torre. Por isso, usa-se a expresso abrir e no remover alapes ( figura 2 ). Existemalgunscasosemqueosalapessofixadoscomfeixesdeaberturarpida,usado principalmente em equipamentos onde as sees de bandejas so soldadas entre si. FIGURA 2 - Fixao de alapes. 2.2. BORBULHADORES DE CAMPNULA (item 9.2 da figura 1) So assim chamados porque sua principal funo borbulhar gs em contra-fluxo numa lamina de lquido formada sobre o assoalho da bandeja, cujo nvel determinado pela altura do colarinho do borbulhador,quedeveseriguala altura da chapa de nvel da bandeja, situada sobre o assoalho da bandeja e prxima ao vertedor. Osborbulhadorespodemterformacircularouretangular,comumadasextremidadesabertae dentadaeaoutrafechada.Soinstaladoscomaextremidadeabertavoltadaparaoassoalhoda bandeja, como mostra a figura 3, onde tambm podem ser vistas as diversas maneiras de fixao dos borbulhadores ao assoalho da bandeja, sendo os esquemas 3 e 8, os mais usados. OBS.Muitosprofissionaischamamosborbulhadoresdecampnula,simplesmentede borbulhadores. ALAPO ARRUELAOVAL ARRUELA REDODNDA 5 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 3 - Mtodos de fixao dos borbulhadores de campnula. 2.3. BORBULHADORES TIPO VLVULA (item 31 da figura 1) Osborbulhadores tipo vlvula ou simplesmente vlvulas, so assim chamados porque ao contrrio dos borbulhadores de campnula, regulam o fluxo do gs borbulhado atravs de um movimento de sobe-desce,dentrodeumcursopr-fixadopelasexignciasdoprocesso,comoumavlvulade controle. Estasvlvulastemumformatodediscocomumdimetrodeaproximadamente5cmepossuem trspernasespaadasde120,comumcomprimentoquepodevariarde3a10mm, aproximadamente. So mantidas junto ao assoalho da bandeja pela, deformao das pontas de suas pernas, de maneira que sua movimentao seja possvel, sem que se soltem do assoalho, com mostra a figura 4. 2.4.ANELDESUSTENTAODEACESSRIOSINTERNOS(item28da figura 1) As bandejas e outros internos podem se unidos ao casco do vaso de duas maneiras : solda ou atravs de grampos fixados a um anel de sustentao soldado ao casco. 2.4.1.Unio por Solda Osinternoscujasuaexistncianoimpedeo acesso ao interior do equipamento, no precisam ser removidosparamanuteno,nosodescartveisapsumdeterminadoperodoesodomesmo material do casco, costumam ser soldados diretamente ao casco. Todos os outro acessrios que no 6 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho satisfazem essas exigncias, so fixados por grampos presos a um anel de sustentao, de material similar ao casco, soldado a este. 2.4.2. Unio por Grampos (Item 29 da Figura 1) A utilizao de grampos que fazem a ligao do acessrio interno com o casco do vaso, atravs do aneldesustentaotemcomoprincipalvantagemafacilidadederemoodoacessrioeevitaa necessidadedesoldasdissimilares,quandoestessodematerialdiferentesdocasco.Afigura5 mostra detalhes dessa unio. Asseesdebandejastemqueserunidasdemaneiraaevitardesnveisnoassoalhoe/ou vazamentosquepossamcomprometeronveldabandeja.Essauniofeitacomumrebaixoem uma das sees da bandeja e uma unio travs de parafuso com porcas, como mostra o esquema da figura 6. Asdemaispartesqueformamumabandeja,como:vertedores(item9.3dafigura1),chapasde nveletc.sounidosaocascodamesmamaneiraqueasbandejas,apenasusandocomopea intermediriaanisdefixaonaposiolongitudinalaocasco,algumasvezeschamadasde orelhas. FIGURA 4 - Borbulhadores tipo vlvula. 7 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 5 - Unio de acessrios internos ao casco. FIGURA 6 - Unio entre sees de bandeja. ESTOJO CHANFRADO ALAPO SECO DE BANDEJA PORCA SEXTAVADA ARRUELA PORCA SEXTAVADA ARRUELA SECO DE BANDEJA GRAMPO NO 20F PARAFUSO SOLDA PARAFUSO/GRAMPO ARRUELA DE MAT. ISOLANTE ARRUELA PORCA SEXTAVADA ANEL DE SUSTENTAO DA BANDEJA GUARNIO DE MAT. ISOLANTE PAREDE DO VASO 8 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 2.5. VIGAS DE SUSTENTAO (item 9.6. da figura 1) Emequipamentosdegrandesdimetros(acimade1,5metros)usualautilizaodevigasde sustentaoparamelhorarasuportaoe a rigidez das sees de bandejas e outros internos. Essas vigas so integrais e atravessam todo o dimetro do vaso, sendo fixadas por parafuso e porcas, em pequenas chapas soldadas ao casco, popularmente chamadas de orelhas. 2.6. ENCHIMENTO (item 16 da figura 1) Emalgumastorresdeprocessousadasparaaseparaaoouextraodelquidosougases,as bandejassaosubstiudasporenchimento.Enchimentos,sopequenaspeasnaformacilndrica, esfricaoudeselacujafinalidadeaumentarorendimentodoprocesso.Essaspequenaspeas recebemnomesvariadosemfunodesuaformaedetalhesconstrutivos,commostraafigura7e so colocadas no interior do equipamento de maneira aleatria num espao pr-determinado, como mostra a figura 8. FIGURA 7 - Constituintes de um enchimento. Outrotipodeenchimento,maismoderno,ochamadodeleitoestruturado,cujafinalidadea mesma do descrito anteriormente. A figura 9 mostra a instalao de um leito estruturado no interior deumatorredeprocesso.Normalmente,asplacasqueformamoleitosodematerialplstico resistente ao meio, o principal limite deste tipo de interno a temperatura de projeto do vaso. SELASANIS PALLANIS RASCHING ESFERAS ANIS LESSING 9 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 8 - Leito recheado com anis de pall. FIGURA9 - Leito estruturado. ANELPALL (PALL RING) DISTRIBUIO ALEATRIA GRADE DE SUPORTAO VISTA INTERNA DO VASO TELHAS ARRUMADAS DE MANEIRA A POSSIBILITAR AO PRODUTO VRIOS CAMINHOS DIFERENTES 10 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 2.7. RETENTORES DE GOTCULAS ( item 20 da figura 1 ) Retentoresdegotculaspodemserusadostantopararetergotculascomopartculasslidas.Os retentoresdegotculassousadosparaevitaroarrastedelquidoemcorrentesdevapores.Os vaporesemmovimentonointeriordeumvasoarrastamgotculasqueaopassarempeloretentor ficam retidas nas suas malhas. As gotculas acumuladas formam gotas que caem novamente sobre o nvel lquido do vaso. Assim, os vapores saem secos evitando problemas futuros (figura 10). Osretentoressofabricadoscomfiosdearameformandomalhascomdimensescontroladase adequadas as exigncias do processo. A exemplo das bandejas, os retentores tambm so divididos emsees,conpactadasemontadasentregradesligadasporarames,oquefacilitaseumanuseio, montagem, aumento ou reduo do nmero de camadas do retentor e permitem a sua instalao no interiordosvasos.Osmateriaismaisusadosnafabricaodosfios,queconstituemoretentore parte estrutural, so : ao carbono ou inoxidvel austentico para a parte estrutural e ao inoxidvel, monel ou plstico para os fios que compoem a malha do retentor. FIGURA 10 - Retentores de gotculas. Os retentores de partculas so usados para reter as partculas slidas contidas na corrente de gases e sofabricadosdamesmamaneiraqueosretentoresdegotculas.Omaterialparticuladoretidona malhaserremovidoapenasnasparadasoperacionais,quandooconjuntodeveserremovidopara limpeza e manuteno. DEMISTER ENTRADA DE PRODUTO SADA DE GS RETENTOR DE GOTCULAS DRENAGEM FASE LQUIDA 11 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho Quandoaespessuradamalhadoretentorestiverinferioraoprojetadooupartedelaestiver danificadapodemseradicionadasmaiscamadasousubstitudasasdanificadas,sem a necessidade de mexer nas demais camadas, desde que o fio usado na malha esteja em boas condies fsicas. A falta de limpeza desses retentores pode limitar a sada de produto do vaso. Os retentores de gotculas ou partculas slidas so popularmente chamados de DEMISTER. 3. CLASSIFICAO Nos vasos de presso podemos distinguir trs dimenses, como sendo necessrias em todos os vasos : dimetro interno (DI), dimetro externo (DE) e comprimento entre tangentes (CET). O Comprimento entre tangentes (CET), representa o comprimento total entre as linhas de tangncia, traadas entre o corpo e as calotas de um vaso de presso. Baseando-se na posio em que essas trs dimenses esto em relao ao solo, podemos classificar os vasos de presso como mostrado a tabela 1. CLASSIFICAO DO VASO (figura 11) TIPO DE CASCO POSIO DE DI E DE EM RELAO AO SOLO POSIO DE CET EM RELAO AO SOLO CILNDRICO VERTICAL CILNDRICOPARALELOSPERPENDICULAR CILNDRICO INCLINADO CILNDRICOINCLINADOSINCLINADA CILNDRICO HORIZONTAL CILNDRICOPERPENDICULARESPARALELA ESFRICOESFRICOINDEFINIDAINDEFINIDA TABELA 1 - Classificao dos vasos de presso. Apartirdessaclassificao,podemserdefinidosoutrostiposdevasos,mudando-sealgumdos componentesdovaso.Porexemplo:mudando-seascalotasdeumvasocilndricovertical,para calotas cnicas, teremos um vaso cilndrico cnico, etc. 12 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 11 - Classificao dos vasos de presso. CET DIDE CILNDRICO HORIZONTAL CET DI DE CILNDRICO VERTICAL DI DE ESFRICO CET DI DE CILNDRICO INCLINADO 13 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 4. SUPORTAO 4.1. INTRODUO Todos os vasos de preso devem ter suporte prprio no se admitindo, mesmo para vasos leves ou de pequenasdimenses, que fiquem suportados pelas tubulaes a ele ligadas. O apndice G, da diviso 1, seo VIII, do cdigo ASME, considerando que um vaso suportado na posio vertical ou horizontal ter cargas concentradas impostas ao casco, nas regies de apoio, faz uma srie de recomendaes prticas a serem adotadas no projeto de suporte e ligaes de um vaso de presso. Dentre essas recomentdaes merecem destaque as descritas a seguir : * Todos os suportes devem ser projetadas de forma a evitar tenses excessivas localizadas* Deveserevitadograndesconcentraesdetenses,nasproximidadesdemudanasde formato, de nervuras de reforo e prximo as unies soldadas ; * Quando uma saia cilndrica for fixada no casco por uma solda de ngulo, situada acima da lnhadetangnciadotampo,atensolocalizadadeflexosimilardeumajunta sobreposta circunferncial, podendo ser considerada satisfatria ; * Quandoasaiaforfixadaabaixodalinhade tangncia do tampo, so introduzidas tenses localizadas e pode ser necessrio um aumento na espessura da parede do vaso ; * Os vasos horizontais podem ser suportados por selas ou suportes equivalentes, excetuados osexcessivamentepequenos,oapoioproporcionadopelasselasdeveestender-seno mnimo, sobre 1/3 da circunferncia do casco do vaso. * Aquantidadedesupores,paravasoshorizontais,deveseramenorpossvel, preferencialmente dois, no comprimento do vaso. 4.2. SUPORTES PARA VASOS HORIZONTAIS Normalmenteosvasosdepressohorizontaissosuportadospordoisberos,distribuindo-se igualmente o peso do vaso e do seu contedo. Teoricamente,considerando-seovasocomoumavigacomosextremosembalano,osberos deveriamserlocalizadosdetalformaaobterummomentofletornomeiodovoigualaos momentos fletores nos pontos de apoio, como mostra a figura 12. EsteproblemafoiestudadoporZICKque,levandoemconsideraooefeitoenrrigecedordos tampos sobre a parte cilndrica, construiu um baco permitindo localizar adequadamente os suportes de um vaso de presso horizontal. A figura 13 mostra desenhos dos suportes de vasos de presso horizontais mais usados na indstria. 14 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 12 - Momento fletor atuante devio aos apoios de um vaso de presso horizontal. FIGURA 13 - Suportao para vasos horizontais. CHAPA DE REFORO ESTRUTURA DE CHAPAS CHUMBADORES C/ FUROS OVALADOS P/ DILATAO CHUMBADORES C/ FUROS REDONDOS. SOLDA 120o REFORO SUPORTE TIPO BERO PARAFUSOS CHUMBADORES C/ FUROS OVALADOS P/ DILATAO CHUMBADORES C/ FUROS REDONDOS. REFORO VASOS HORIZONTAIS SUPERPOSTOS 15 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 4.3. SUPORTES PARA VASOS VERTICAIS Osvasosverticaispodemsersuportadospormeiodesaiascilndricasoucnicas,colunasou sapatas (lugs). Sempre que possvel, devem ser usadas colunas. ConformeaNormaPetrobrs,aseleodotipodesuportedevasosverticaisdeveserfeitade acordo com a figura 14, a no ser que outras exigncias sejam aplicveis. Demaneirageral,astorressosuportadaspormeiodesaias,sendoqueaespessuramnimadas saias 6,3 mm. FIGURA 14 - Seleo do tipo de suporte mais adequado para vasos verticais. OBS.Deveserprevistaasoldagemaovasodeumachapadematerialigualaodovaso, antes da soldagem de qualquer acessrio externo nos seguintes casos: a) Vasos de ao liga, ao inoxidvel e metais no ferrosos; b) Vasos de materiais para baixa temperatura (menor que15 C); c) Vasos de ao de baixa liga, com number "P" diferente do material do acessrio. A figura 15 mostra os suportes para vasos verticais mais usados na indstria. COLUNAS DE SUPORTAO 2.000 DIMETRO ( mm) 300 2.0003.000 6.000 CET (mm ) SAIA DE SUPORTAO 16 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 15 - Suportao para vasos verticais. saia cilndrica VASO COM SAIA CILNDRICA saia cnica VASO COM SAIA CNICA sapatas VASO SUPORTADO EM SAPATAS saia inferior saia intermediria VASOS SUPERPOSTO colunas de sustentao VASO SOBRE COLUNAS 17 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 5. CDIGOS DE CONSTRUO Asnormasecdigosdeprojetoforamestabelecidasnoscomafinalidadedepadronizare simplificaroclculoeprojetodosvasosdepresso,masprincipalmenteparagarantircondies mnimas de segurana para a sua operao. Aprticatemcomprovadoqueaobservnciadessasnormastornamuitobaixaaprobabilidadede ocorrnciadeacidentesgraves.Poressarazo,emboramuitasvezesnosejamdeusolegal obrigatrio,nemeximamdequalquerresponsabilidadeoprojetista,soemgeraladotadascomo requisito mnimo de segurana por quase todos os projetistas e usurios dos vasos de presso. Umcdigoounormadeprojetorepresentaumconjuntocoerentedepremissasqueso caractersticasdodocumento,relacionandocritriosdeclculo,coeficientesdesegurana, padronizao e especificao de materiais, detalhes de fabricao e inspeo, extenso mnima dos exames nao destrutivos e critrios de aceitao a serem adotados para os materiais e juntas soldadas. Essestensnodevem ser desvinculados, ou seja, no se deve aplicar apenas parte do documento, mas sim o documento como um todo. Podemosdividiroscdigosdeprojetodevasosdepressoemdoisgrandesgruposapartirda filosofia de projeto neles implcita. Agrandemaioriadoscdigosdeprojetosestabeleceoulimitaastensesdemembranasnas diversaspartesdeumvasodepressoaumafraoarbitrriadolimitederesistnciaou escoamentodomaterialemqueovasofoifabricadoeincluemregras,baseadasnaexperincia adquiridaaolongodosanos,paraodimensionamentodecomponentesespeciaiscomotampose bocais. Este o projeto tradicional ou convencional dos vasos de presso, bastante utilizado. Seguemestafilosofia,oA.D.Merkblatt;SNCT;ASMEVIIIDiviso1eaB.S.5500(Projeto Simplificado). Ooutrogrupo,maisrecentementedesenvolvido,temporfilosofiaaadoo de maiores tenses de projeto,associadasaumarigorosaecriteriosaanlisedetensesdosequipamentos.Oprojeto conformeestafilosofiadesenvolveu-sebastantecomaindstrianuclearecomaintroduode tcnicas computacionais que passaram a facilitar a anlise de tenses em descontinuidades, bocais, etc. Seguem esta linha de projeto o ASME VIII Diviso 2 e a B.S.5500 (Projeto baseado em anlise de tenses). Os principais cdigos relacionados com o projeto, fabricao, montagem, testes e inspeo de vasos de presso so os seguintes: 5.1. CDIGO INGLS ElaboradopelaBritishStandardsInstitution,ocdigoB.S.5500,UnfiredFusionWeldedPressure Vessels,abordaaspectosrelativosamateriais,projeto,fabricao,inspeoetestesdosvasosde presso. Inclui vrios apndices, entre os quais destacamos os seguintes: 18 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho - APNDICE A:trata do critrio para anlise de tenses para equipamentos ou condies de projeto que no puderem ser enquadrados nas frmulas mais simplificadas declculo.bastantesimiliaraoApndice4doCdigoASME,Seo VIII, Diviso 2. - APNDICE B:Consideraoefeitocombinadodepressoeoutroscarregamentos,como peso e vento. - APNDICE C:Trata da anlise de fadiga. - APNDICE G:Tratadastensescausadasporcargaslocalizadas(Reaesdeapoioe esforos provenientes de dilatao de tubulaes). 5.2. CDIGO ALEMO Elaborado pela Associao dos Construtores de Vasos de Presso, este cdigo alemo constitudo das seguintes sees: Srie G - Parte Geral Srie A - Acessrios Srie B - Projeto Srie H - Soldagem Srie W - Materiais 5.3. CDIGO FRANCS AnormafrancesafoielaboradapeloSindicaNationaldelaChandronnerie,TlerieeTuyanterie Industrialle (SNCTTI). A que est relacionada com vasos de presso a SNCTTI n 1. 5.4. CDIGO INTERNACIONAL Elaboradasobresponsabilidadeda"InternationalStandardOrganization",peloTechincal Committee n 11 (TC-11), a norma DIS 2694 baseada nas normas europias. Esta norma destina-se a ser adotada em todos os pases membros da ISO, mas at hoje no tem tido grande aplicao. 5.5. CDIGO BRASILEIRO A norma brasileira foi elaborada pela Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT). A norma relacionada com vasos de presso a NB-109. 19 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 5.6. CDIGO AMERICANO A American Society of Mechanical Engineers um comit organizado em 1911 com a finalidade de padronizarregrasparaaconstruodecaldeirasavaporeoutrosvasosdepresso.Estecomit atualmente chamado de Boiler and Pressure Vessel Cominittee. Hojeafunodessecomitestabelecerregrasparaqueosmtodosdeprojetos,fabricao, montagem, inspeo e testes utilizados possam oferecer condies operacionais mais seguras e com menor taxa de deteriorao. O cdigo ASME, pode ser considerado um cdigo dinmico, pois o comit de Vasos de Presso e Caldeirasreune-seregularmenteparadiscutirpropostasadicionaiseexecutarasrevisesquese fizerem necessrias. Este cdigo dividido em vrias sees: Seo I - Caldeiras Seo II - Especificao de Materiais Seo III - Vasos Nucleares (Div. 1 e 2) Seo IV - Caldeiras para Aquecimento Seo V - Ensaios No-Destrutivos Seo VI -RecomendaoquantoaseguranaeOperaodeCaldeirasparaAquecimento Seo VII - Recomendaes quanto a segurana e Operao de caldeiras Seo VIII -VASOS DE PRESSO DIVISO 1 - PROJETO PADRO DIVISO 2 - PROJETO ALTERNATIVO Seo IX - Qualificao de Soldadores, Operadores de Solda e de Diversos Processos de Soldagem. Seo X - Vasos de Presso em Plstico Reforado com Fibra de Vidro. Seo XI - Recomendaes para a Inspeo em Servio de Reatores Nucleares. 5.6.1. Limitaes do Cdigo ASME-Seo VIII Os seguintes tipos de vasos de presso no se encontram no escopo do ASME-Seo VIII-Diviso 1 e Diviso 2: 20 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho - Os cobertos por outras sees do ASME; - Aquecedores flamo-tubulares; - Recipientes pressurizados que componham, em parte ou no todo, equipamentos roativos ou alternativos; - Componentes de tubulao, como tubos, flanges, parafusos, juntas, vlvulas, etc. - Vasos para armazenamento de gua com presso de projeto menor do que 300 psig (21,0 Kgf/cm2) ou temperatura de projeto menor do que 210 F (99 C); - Vasos para armazenamento de gua, aquecida por vapor ou outro meio indireto, quando nenhuma das seguintes limitaes for excedida:a) aquecimento de 200.000 BTU/hora b) temperatura de 210F (99 C); c) capacidade de 120 gal. (454 litros); - Vasos com uma presso de operao interna ou externa menor que 15 psi; - Vasos com o dimetro interno, largura, altura ou diagonal da seo transversal inferior a 6". Os limites fsicos de projeto, seja na Diviso 1 ou Diviso 2, so: a) Quando uma tubulao ligada externamente ao vaso : - Primeira junta circunferencial de uma ligao soldada; - Primeira rosca de uma unio roscada.; - Face do primeiro flange de uma ligao flangeada. b) Quando partes no pressurizadas so soldadas diretamente ao equipamento o limite ajunta soldas de ligao desta parte no pressurizada ao vaso. 5.6.2. Diviso 1 - Seo VIII - Cdigo ASME o PROJETO CONVENCIONAL de um vaso de presso. A filosofia de projeto da diviso 1 est bem explcita no pargrafo UG-23 (c), do cdigo, onde se l: A espessura de parede de um vaso de presso, dimensionado de acordo com as regras estabelecidas nesta diviso, deve ser tal que : a tensomxima primria geral de membrana, resultante dos carregamentos a que esteja sujeito oequipamento,durantesuaoperaonormal,noexcedaoslimitesdetensoadmissveldo material do vaso e que, excetuando-se alguns casos especiais, os carregamentos aos quais o vaso esteja sujeito, no provoquem uma tenso primria de membrana, mais flexo, superior a 1,5 a tenso mxima admissvel do material do vaso. A DIVISO 1 do cdigo ASME est dividida da seguinte forma: - Sub-sees (A, B e C); - Apndices Obrigatrios; - Apndices No-Obrigatrios. A tabela 2 mostra de maneira resumida o contedo de cada uma dessas sub-sees e quando utiliz-las. 21 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 5.6.3. Diviso 2 - Seo VIII - Cdigo ASME um PROJETO ALTERNATIVO para os vasos de presso. Na Diviso 2, as regras so mais restritivas quanto ao material a ser utilizado. Por isso, permite-se: a utilizaode maiores valores de intensificao de tenses de projeto, na faixa de temperaturas em que estes so limitados pelo limite de resistncia ou escoamento; a utilizao de procedimentos de clculomaisdetalhadoseprecisos,tornandopossvelumareduonocoeficientedesegurana. Almdisso,paraassegurarmelhoranaqualidadeosprocessosdefabricaosorestringidos, reduzindoospontosdeconcentraodetenses;soadotadasmaioresexignciasnaqualificao dosprocedimentosdesoldagem,aumentandoaeficinciadajuntasoldada;emaiorextensode inspeo, reduzindo a quantidade de defeitos internos. SUB-SEOPARTEREQUISITOSAPLICAO AUG GERAISTODOS OS VASOS B UW UR UF UB SOLDAGEM REBITAMENTO FORJAMENTO BRAZAGEM VASOSCOM PARTES SOLDADAS VASOS COM PARTES REBITADAS VASOS COM PARTES FORFADAS VASOS COM UNIDAS POR BRAZAGEM C UCS UNF UHA UCI UCL UCD UHT AO CARBONO E BAIXA LIGA METAIS NO FERROSOS AO ALTA LIGA FERRO FUNDIDO REVESTIMENTOS FERROS FUNDIDOS MALEVEIS AO DE ALTA RESISTNCIA VASOS COM PARTES EM AO CARBONO OU BAIXA LIGA VASOS COM PARTES EM METAIS NO FERROSOS VASOS COM PARTES EM AO DE ALTA LIGA VASOS COM PARTES EM FERRO FUNDIDO VASOS COM PARTES REVESTIDAS( CLAD OU LINING ) VASOS COM PARTES EM FERRO FUNDIDO MALEVEL VASOS COM PARTES EM AO DE ALTA RESISTNCIA OBS. Para qualquer vaso sempre ser necessria consultar uma parte de cada uma das sub-sees A,B e C,dependendo das caractersticas de fabricao. TABELA 2 - Consulta ao cdigo ASME A filosofia de projeto da Diviso 2 estabele regras especficas para o caso do projeto de vasos mais comuns, assim como a Diviso 1. Quando isto ocorre uma completa anlise de tenses necessria e pode ser feita de acordo com os procedimentos estabelecidos nos seguintes apndices: - Apndice 4: Projeto Baseado em Anlise de Tenses - Apndice 5: Projeto Baseado em Anlise de Fadiga - Apndice 6: Anlise Experimental de Tenses OBS. Na Diviso 2 no h limites para a presso de projeto do vaso 22 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho A DIVISO 2 est dividida da seguinte forma: - Parte AG - Requisitos Gerais - Parte AM- Materiais - Parte AD- Projeto - Parte AF - Fabricao - Parte AR - Dispositivos de Alvio de Presso - Parte AI - Inspeo e Radiografias - Parte AT - Testes - Parte AS - Marcao e Relatrios - Apndices Obrigatrios - Apndices No Obrigatrios 5.6.4. Comparao entre as Divises 1 e 2 da Seo VIII do Cdigo ASME As PRINCIPAIS diferenas entre as duas divises do cdigo ASME, so as seguintes: a) Espessura mnima de parede - A diviso 1 utiliza frmulas de clculo simplificadas. - A diviso 2 exige uma anlise de todas as tenses atuantes em cada parte do vaso.(apndice 4). b) Critrio de resistncia mecnica -Adiviso1usacomocritrioamaiortensonormaldevidoaLamouaRankine:Amaior tensodetraoeamaiortensodecompressonodevemultrapassarastenseslimites obtidas respectivamente nos ensaios de trao e compresso convencionais. - A diviso 2 usa como critrio a maior tenso de cisalhamento devido a Saint-Venant e a Tresca: Amaiortensodecisalhamentonodeveultrapassarametadedatensolimitedetrao, determinada no ensaio de trao convencional. c) Anlise de Fadiga - A diviso 2 considera a possibilidade de falha por fadiga e d regras para esta anlise.(apndice 5) d) Escolha de materiais -Adiviso2fazexignciasadicionaisparaacertificaodomaterialaserutilizadona fabricao do equipamento. (parte AM) Exemplo: Maior nmero de corpos de prova nos exames destrutivos exigidos ou maior quantidade de exames no destrutivos (requisitos adicionais AM-2 a AM-5). - A diviso 2 mais restrita na escolha de materiais, porm permite que sejam atingidas tenses admissveis mais elevadas. 23 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho e) Processo de fabricao -Adiviso2exigerequisitosadicionaisreferentesaprocedimentosdesoldagem,tratamento trmico, etc (artigos AF-1 a AF-8). f) Inspeo e testes - Embora os critrios de aceitao sejam os mesmos para as duas divises, a diviso 2 no aceita as limitaes de abrangncia de exames no destrutivos permitidas na diviso 1. Exemplo: A diviso 2 no admite radriografia parcial (spot) em juntas soldadas. g) Geral -Adiviso2nolimitaapressomximadeoperao,enquantoadiviso1limitaem 3.000psi (212 Kgf/cm2). 5.7. NORMA PETROBRS APetrobrspossuiumaComissodeNormasTcnicas(CONTEC),quesubdivididaem subcomisses tem elaborado Normas a serem seguidas no projeto, fabricao, montagem, inspeo, testes e transporte dos equipamentos para suas instalaes. Aexemplodeoutroscdigos,asNormasPetrobrsestodivididasportiposdeservio, especializao e equipamentos, sendo elaborados por subcomisses diferentes. Deumamaneirageral,nasubcomisso02-Caldeiraria,estoasNormasPetrobrsdemaior aplicaonoprojeto,fabricao,montagem,testesetransportedosvasosdepresso.Entretanto, paraainspeo,almdasNormasdasubcomiso02devemserusadostambmasNormasda subcomisso 27, exames no destrutivos. Emgeral,nasrefinariasdaPetrobrs,osvasosdepressoconstrudosantesde1967utilizaramas exignciasdocdigoASME.Entretanto,atualmente,comumautilizaodasNormasPetrobrs junto com o cdigo ASME. ANormaPetrobrsrecomendaqueoprojetodetodososvasosdepressosejamfeitosdeacordo comaltimaedio,daseoVIII,diviso1,docdigoASME.Entretanto,admite-seoprojeto executado de acordo com outros cdigos, quando aprovado pela Petrobrs. A utilizao da diviso 2, da seo VIII, do cdigo ASME admitida em um dos casos descritos seguir: 1 - Quando a espessura da parede do vaso exceder a 50 mm.2 - Nos vasos projetados para presses superiores a 212 Kgf/cm2 . 3 - Nos casos de construo ou projeto especiais, no entender da Petrobrs. Atabela3,mostraumfluxogramasimplificadodeutilizaodasNormasPetrobrsnoprojeto, fabricao e montagem dos vasos de presso. CONSIDERAESGERAIS:ConformeaNormaPetrobrs,quandohouverdivergnciasentre esta e outros documentos, deve ser observada a seguinte ordem de preferncia: 24 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho a) Desenhos bsicos do vaso, folha de dados, ou outro documento especfico para o vaso; b) As Normas Petrobrs; c) Outros cdigos referidos nas Normas Petrobrs. TIPO DE EQUIPAMENTOASSUNTONORMA A CONSULTAR VASOS DE PRESSO EMGERAL CONDIES DE OPERAO, PROJETO E TESTES ACESSRIOS INTERNOS ACESSRIOS EXTERNOS BOCAIS SUPORTES PARA VASO HORIZONTAL SUPORTES PARA VASO VERTICAL REQUISITOS DE FABRICAO REQUISITOS DE MONTAGEM N-254 N-253 e N-2049 N-253 e N-2054 N-253 e N-2012 N-253 e N-2013 N-253 e N-2014 N-253 e N-268 N-253 e N-269 ESFERAS DE GS ESPECFICOS N-1281 PERMUTADORES ESPECFICOS N-466 VASOS REVESTIDOS COM AO INOXIDVEL ESPECFICOSN-1707 VASOS PARA SERVIOS A BAIXA TEMPERATURA ESPECFICOSN-1552 VASOS PARA SERVIO COM HIDROGNIO ESPECFICOSN-1704 VASOS PARA SEVIO COM SODA ESPECFICOSN-1705 VASOS SUJEITOS A CST. ESPECFICOSN-1706 TABELA 3 - Aplicao das normas Petrobrs para vasos de presso. 25 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 6. DEFINIES Oapndice3,docdigoASMEnaseorelativaavasosdepressoapresentaostermos relacionados com os vasos de presso. A seguir esto descritos os termos mais usuais: 6.1. PRESSO DE OPERAO a presso no TOPO de um vaso de presso em posio normal de operao, correspondente a uma determinadatemperaturadeoperao.ElanodeveexcederaPMTAdovaso,sendomantida abaixo da presso de ajuste dos dispositivos de alvio de presso do vaso. 6.2. TEMPERATURA DE OPERAO OU DE TRABALHO a temperatura da parede do vaso quando sujeito presso de operao. OBS.Quandonumequipamentoexistiremzonascomdiferentestemperaturasdeoperao, podemos estabelecer condies de projeto distintas para cada uma dessas zonas. 6.3. PRESSO DE PROJETO a presso que ser utilizada no dimensionamento do vaso, devendo ser considerada como atuando no TOPO do equipamento. OCdigoASME,SeoVIII,estabelecequeapressodeprojetodeverserdeterminada considerando-se as condies de presso e temperatura mais severas que possam ocorrer em servio normal. DeacordocomosprocedimentosadotadospelaPETROBRS,apressodeprojetodeum equipamento, associada a uma temperatura de projeto, ser o maior dos seguintes valores: - 1,1.PMO1 quando for utilizada vlvula de alvio de presso convencional ou balanceada; - PMO ou PMO + 0,36 Kgf/cm2 quando for utilizada vlvula de segurana operada por piloto; - 1,5 kgf/cm2. OBS.Quando aplicvel, a altura esttica do lquido armazenado deve ser adicionada presso de projeto para dimensionar-se qualquer parte do vaso submetida a esta coluna de lquido. 6.4. TEMPERATURA DE PROJETO a temperatura da parede do vaso correspondente a presso de projeto. O Cdigo ASME estabelece queestatemperaturanodeversermenorqueatemperaturamdiadasuperfciemetlicanas condies normais de operao. Com a finalidade de padronizar seus equipamentos a norma Petrobrs adota o seguinte critrio, para estabelecer a temperatura de projeto de um vaso de presso: 1PMO = presso mxima de operao. 26 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho - Vasos operando entre 15 C e 400 C: TMO2 + 30C - Vasos operando acima de 400 C: TMO - Vasos operando abaixo de 15 C: TMinO3 OBS.:Vasoscompossibilidadedeoperaoemcondiesdistintasdeoperaodevemter inicialmentesuascondiesdeprojetoestabelecidasparacadacondiodeoperao,de acordocomosparmetrosestipuladospelaPETROBRS.Posteriormente,seradotada condiomaiscrticadeprojeto,apartirdasrelaesentreapressodeprojetoetenso admissvel na temperatura de projeto. 6.5. PRESSO MXIMA ADMISSVEL DE TRABALHO a presso mxima, no TOPO do vaso, em posio de operao normal, que acarreta no componente maissolicitadodoequipamento,umatensoigualatensoadmissveldomaterial,natemperatura considerada, corrigida pelo valor da eficincia de junta adotada no projeto do equipamento. Apressomximaadmissveldetrabalhocalculadaparaatemperaturadeprojetocomovasona condio corroda. Para determin-la devemos considerar a presso mxima que poder atuar em cada componente do vaso, devendo ser levado em conta no clculo a tenso decorrente da coluna de lquido atuantenovasonacondiodeoperao.Asespessurasdecorrentesdastolernciasdefornecimento das chapas e sua conformao, devem ser descontadas. A PMTA a base para a determinao da presso de ajuste dos dispositivos de alvio de presso que protegemovaso.ApressodeprojetopodeserutilizadaemlugardaPMTA,quandoestanofor calculada. 6.6. PRESSO DE AJUSTE DO DISPOSITIVO DE ALVIO DE PRESSO O cdigo ASME Seo VIII, Diviso 1 aborda os requisitos para dispositivos de alvio de presso, em sua parte UG, pargrafos UG-125 a UG-136 e no apndice 11. Numvasodepressoinstalamosdispositivosdealviodepressoparaproteocontracondies anormais de operao e contra a excesso de presso provocado por fogo. Para condies anormais de operao, o dispositivo de alvio de presso, quando 1 (um) s dispositivo utilizado,devetersuapressodeajustenosuperiorapressomximaadmissveldetrabalhodo equipamento. 6.7. TENSES ADMISSVEIS Tenses admissveis de um determinado material so as tenses utilizadas para o dimensionamento dos diversos componentes de um vaso de presso. As tenses admissveis esto relacionadas com a tenso de escoamento ou de ruptura. 2TMO = temperatura mxima de operao. 3TMinO = temperatura mnima de operao. 27 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho Denomina-secoeficientedesegurana(C.S.)relaoentre as tenses de escoamento ou ruptura e a admissvel (Sadm) de um determinado material. Inmeros so os fatores que afetam a fixao dos valores das tenses admissveis de um cdigo. Entre os principais citaremos: - TIPO DE MATERIAL:Para os materiais frgeis adota-se um coeficiente de segurana maior do que o adotado para os materiais dteis. - CRITRIO DE CLCULO:Umatensoadmissvelsdeverseraplicadaemcombinaocomo critriodeclculoparaoqualfoiestabelecida.Clculosgrosseirose grandesaproximaesexigemaadoodeelevadoscoeficientesde segurana. - TIPO DE CARREGAMENTO:Aconsideraodeesforoscclicosealternados,choquese vibraes exige uma reduo sensvel no valor da tenso admissvel determinada para esforos estticos. - TEMPERATURA:A resistncia mecnica de um material diminui com o aumento da temperatura e consequentemente, a tenso admissvel tambm diminuir. - DISTRIBUIO DE TENSES:Defeitosdefabricaocomoovalizao,decorrenteda calandragemincorretadechapas;reduodaespessurados tamposemconsequnciadesuaprensagemoumartelamento; desalinhamento de solda, etc., resultam numa distribuio real de tenses diferente da terica. - SEGURANA:Equipamentos de grande periculosidade, envolvendo srio risco humano e material, exigem elevados coeficientes de segurana. OcritriodeprojetoadotadopelocdigoASMEseoVIIIdiviso1,estabelececomotenso admissvel, para chapas de materiais ferrosos, o MENOR VALOR entre os especificados na tabela 4, em funo da temperatura de projeto. C.S. = ( Sesc ouSrupt ) / Sadm 28 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho TEMPERATURA DE PROJETO ( C) TENSO ADMISSVEL ( o menor valor entre ) MOTIVOS DA LIMITAO ABAIXO OU IGUAL A 370 - 1/4 DA TENSO DE RUPTURA. - 2/3 DO LIMITE DE ESCOAMENTO. -imprecises no levantamento das cargas atuantes. -heterogeneidades das propriedades mecnicas dos materiais. ACIMA DE 37O - 100% DA TENSO QUE PROVOCA UMA DEFORMAO DE 1% APS 100 HORAS NA TEMPERATURA DE PROJETO. - 67% DA TENSO MDIA DE RUPTURA NA TEMPERATURA DE PROJETO. - 80% DA MENOR TENSO DE RUPTURA APS 100.000 HORAS NA TEMPERATURA DE PROJETO. reduo da resistncia mecnica dos materiais devido ao fenmeno da fluncia. TABELA 4 - Critrios de projeto do ASME seo VIII diviso 1 Paraadiviso2ocritriodeprojetoadotadoumpoucomenosconservativoeestabelececomo tensoadmissvel,parachapasdemateriaisferrosos,oMENORVALORentreosespecificadosna tabela 5, em funo da temperatura de projeto. TEMPERATURA DE PROJETO ( C) TENSO ADMISSVEL ( o menor valor entre ) MOTIVOS DA LIMITAO ABAIXO OU IGUAL A 370 - 1/3 DA TENSO DE RUPTURA. - 2/3 DO LIMITE DE ESCOAMENTO. -imprecises no levantamento das cargas atuantes. -heterogeneidades das propriedades mecnicas dos materiais. ACIMA DE 37O - 100% DA TENSO QUE PROVOCA UMA DEFORMAO DE 1% APS 100 HORAS NA TEMPERATURA DE PROJETO. - 67% DA TENSO MDIA DE RUPTURA NA TEMPERATURA DE PROJETO. - 80% DA MENOR TENSO DE RUPTURA APS 100.000 HORAS NA TEMPERATURA DE PROJETO. reduo da resistncia mecnica dos materiais devido ao fenmeno da fluncia. TABELA 5 - Critrios de projeto do ASME seo VIII diviso 2. 29 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 6.8. ESPESSURA DE PAREDE PARA VASOS DE PRESSO 6.8.1. INTRODUO A espessura de parede de um vaso de presso deve ser, o MAIOR valor entre: -espessuramnimacalculadapararesistirpressointernae/ouexternaatuantenovasoedemais carregamentos adicionando-se a sobre espessura de corroso, quando aplicado. -espessuramnimaestrutural.Estaespessuradestina-seagarantirestabilidadeestruturaldovaso, para permitir a sua montagem, e evitar o colapso pelo prprio peso ou por ao do vento. OBS.Aespessuramnimadevidoaresistnciaestruturalpodeprevalecersobreacalculadaparaos vasos de dimetro muito pequeno ou para presses muito baixas. 6.8.2. COMPOSIO DA ESPESSURA DE UM VASO DE PRESSO A figura 16representa esquematicamente a composio da espessura nominal das partes de um vaso de presso. FIGURA 16 - Composio da espessura de parede de um vaso de presso A sobre espessura de corroso ( C ) o valor determinado com base na corroso prevista e na vida til especificada no projeto do vaso. Como regra geral, quando a taxa de corroso prevista for superior a 0,3 mm/ano, ou quando a sobre espessura para corroso prevista for maior do que 6 mm, recomenda-se que seja usado outro material de maior resistncia corroso. eN eMCA eP LEGENDA : eM = espessura mnima. C = sobre espessura para corroso. A = adio para espessura comercial e conformao. eP= espessura de projeto. eN = espessura nominal. PAREDE DO VASO 30 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho Quando no for possvel estabelecer valores confiveis para a taxa de desgaste e o material base for ao carbonooubaixaligarecomenda-seautilizaodosvaloresdescritosaseguiremfunoda agressividade do meio: a) Servios com gua ou hidrocarbonetos: C = 3 mm;b) Potes de acumulao (botas) para hidrocarbonetos: C = 6 mm; c) Servios com vapor e ar: C = 1,5 mm; d) Armazenamento de gases: C = 1,5 mm; e) Servio com meios aquoso cidos ou alcalinos: C = 6 mm. A sobre espessura de corroso pode ser dispensada apenas nos casos em que o desgaste por corroso, eroso ou outro processo for reconhecidamente desprezvel ou for aplicado revestimento interno anti-corrosivoouanti-erosivo.importantelembrarqueasobreespessuradecorrosodenadaadianta contraalgunsprocessosdedeterioraoquenoocorremcomperdadematerial,comoacorroso sobtenso, corroso intergranular, fadiga, fluncia, grafitizao, etc. Aespessuramnimacalculadausando-seasfrmulasdocdigodeconstruoadotado,adicionadaa sobre espessura de corroso chamada de espessura de projeto ( eP ). Aespessurafinaladotadaparaaspartesdeumvasodepresso,usualmentechamadadeespessura nominal(eN),ovalordaespessuradeprojetoadicionadoaquantianecessriaparacompensaras perdasnaconformaoeparaajustaraespessuradeprojetoaumaespessuranormaldemercado. Assim, a espessura nominal sempre ser maior ou igual a espessura de projeto. 6.8.3. PRINCIPAIS FATORES QUE INTERFEREM NO CLCULO DA ESPESSURA O fator de maior preocupao dos projetistasno clculo da espessura mnima das partes de um vaso de presso a influncia do estado de tenses ao qual o material ser submetido, na resistncia mecnica dos materiais. Pois os clculos baseiam-se em informaes determinadas em testes onde os corpos de provasocarregadosunidirecionalmente,comonoensaiodetrao,enasutilizaesprticasos materiais estaro submetidos a esforos combinados, resultando num estado bi ou triaxial de tenses. Almdoproblemadescritoacimaoprojetistatambmdeverconsideraroutrosfatorescomo: imprecisesnolevantamentodetodasascargasatuantes,imprecisesquantoahomogeneidadedas propriedades mecnicas do material e os desvios de fabricao em relao ao projeto. Devido aos problemas e incertezas descritos acima os cdigos de construo utilizam para o clculo da espessuraatenso admissvel do material com o intuito de garantir que o material trabalhe dentro do regimeelsticoerelativamentelongedolimitedeescoamento(e). Afigura17mostra esquematicamente o descrito. 31 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 17 - Relao entre a tenso admissvel usada no clculo da espessura e as propriedades do material determinadas no ensaio de trao. 6.8.4. TIPOS DE TENSES QUE ATUAM NUM VASO DE PRESSO Astensesquepodemestaratuandonasparedesdeumvaso,quandoesteestiversobrepressoso classificadasemtrstipos:tensesprimrias,secundriaselocalizadas.Astensesprimriasso, normalmente,asnicasaseremconsideradasnoclculodaespessuradosvasos,pelamaioriados cdigos de construo utilizados, as outras duas so consideradas apenas em casos especficos. 6.8.4.1. TENSES PRIMRIAS Sochamadasdetensesprimriasaquelasdecorrentesdascargasatuantesnasparedesdovasoe necessriasparasatisfazeracondiodeequilbrioestticoentreforasemomentos.Essastenses podem ser de trao, compresso ou cizalhamento. Soexemplosdetenses primrias aquelas decorrentes de cargas do tipo: presso interna ou externa, pesos, ao do vento, etc. Astensesprimriasnormaispodemserdemembranaoudeflexo.Atensodemembranaa componentedatensoprimriamaissignificativaesupostamenteconstanteaolongodetodaa espessura da parede do vaso. Atensoprimriaseriaigualatensodemembranaseaespessuradeparedefossenula,comoa espessura no nula teremos como tenso primria a soma das tenses membrana e flexo. Atensodemembranadevidoapenasapressointernasersempreumatrao,porqueaparededo vasotendeaaumentardedimenso.Astensesdeflexoaparecemporqueoraiodecurvaturada parede aumenta, como conseqncia da presso interna. A tenso de flexo varia ao longo da espessura deparede,sendomximadetraonasuperfcieinternaemximadecompressonasuperfcie externa. deformao e adm margem de segurana 32 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho Assim, a tenso primria resultante na superfcie interna ser a tenso de membrana mais a tenso de flexoenasuperfcieexternaatensodemembranamenosatensodeflexo.Astensesdeflexo sero tanto maiores quanto maior for a espessura do vaso. Quando o dimetro do vaso for muito maior do que a espessura , as tenses de flexo sero pequenas e podem ser desconsideradas na determinao da tenso resultante. 6.8.4.2. TENSES SECUNDRIAS Astensessecundriassoaquelasresultantesnodecargasaplicadas,masdevidoasrestries geomtricasdoprpriovaso,oudevidoarestriescausadasporestruturasligadasaovaso.Essas tenses so conseqncia dos vasos no serem livres para se deformar ou dilatar. 6.8.5. TENSES DE CLCULO Noclculodaespessuraparavasosdepressosoconsideradasbasicamenteastensesprimrias circunfernciais e longitudinais, sendo desprezadas as tenses radiais. 6.8.5.1. TENSES RADIAIS As tenses radiais causadas pela presso interna so esforos de compresso na parede do vaso e para a grande maioria das condies operacionais ( presses inferiores a 211 Kgf/cm2 ) so desprezveis. 6.8.5.2. TENSES CIRCUNFERNCIAIS Astensescircunfernciaissoaquelasquetendemaromperovasosegundoasuageratrizquando este estiver sobre presso interna. ( figura 18 ) Em geral so as mais crticas e so calculadas conforme a expresso matemtica a seguir: tenso circunferncial = ( presso interna ) x (raio mdio ) espessura 33 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 18 - Tenses circunfernciais atuantes num vaso de presso. 6.8.5.3. TENSES LONGITUDINAIS Astenseslongitudinaissoaquelasquetendemaromperovasosegundoasuaseotransversal quando este estiver sobre presso interna. ( figura 19 ) Em geral so menos crticas e so calculadas conforme a expresso matemtica a seguir: FIGURA 19 - Tenses longitudinais atuantes num vaso de presso. 2 x espessura tenso longitudinal = ( presso interna ) x (raio mdio ) tenses circunfernciais devido a presso interna tenses longitudinais devido a presso interna tendncia a ruptura transversal34 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 6.8.6. FRMULAS DE CLCULO DA ESPESSURA A frmula de clculo da espessura para as partes de um vaso de presso variam em funo do cdigo adotado, da geometria da parte do vaso e se essa parte do vaso est sujeita a presso interna ou externa. Asfrmulasdoscdigossobaseadasnateoriadamembranacontendoalgunscoeficientesde seguranas empricos. Dessa forma, no so levados em considerao os esforos de flexo. Aseguirseromostradosalgunsexemplosdefrmulas de clculo de espessura adotadas pelo cdigo ASME seo VIII diviso 1. 6.8.6.1. CLCULO DA ESPESSURA PARA CASCOS OpargrafoUG-27docdigoASMEseoVIIIdiviso1estabeleceumroteiroefrmulasparao clculo da espessura mnima para o casco de vasos de presso com base na presso interna ou externa aoqualovasoestarsubmetido.Apscalculadaessaespessuramnimanecessrioverificarsea mesma ser suficiente para resistir a outros carregamentos descritos no pargrafo UG -16 (b). (ver item 6.8.7 ). A seguir sero apresentadas algumas dessas frmulas de clculo, para vasos sujeitos a presso interna. 6.8.6.1.a. CASCO CILNDRICO AespessuramnimarequeridaouaPressoMximadeTrabalhoAdmissvel(PMTA)devesera MaiordasespessurasouaMENORdaspressescalculadasparaastensescircunfernciase longitudinais utilizando as frmulas a seguir: 6.8.6.1.a.1. Espessura mnima requerida considerando a tenso circunferncial ou 6.8.6.1.a.2. Espessura mnima requerida considerando a tenso longitudinal ou ONDE:t = espessura mnima requerida, em cm. ( t = eMda figura 16 ) P = presso interna de projeto ou a PMTA, em Kgf/cm2 R = raio interno da parte do vaso em questo, em cm. S = tenso admissvel do material ( tabelas na sec. II da parte D do cdigo ASME , para Ao carbono e Baixa liga, usar a tabela UCS-23) E = eficincia das juntas soldadas da parte do vaso em questo ( tab. UW-12 ) OBS.As frmulas acimas sero vlidas se t 0,5.RouP 0,385.S.E tP. RSE 0,6. P= PS E tR t=+. ., . 0 6 tP. R2SE 0,4. P=+ PS E tR t=20 4. ., . 35 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 6.8.6.1.b. CASCO ESFRICO AespessuramnimarequeridaouaPressoMximadeTrabalhoAdmissvel(PMTA)devesera MAIOR das espessuras ou a MENOR das presses calculadasutilizando a frmula a seguir: Espessura mnima requerida ou OBS. 1.As frmulas s sero vlidas se t 0,356.RouP 0,665.S.E 2. A frmula para tampos esfricos a mesma que a usada para cascos esfricos. 6.8.6.2. CLCULO DA ESPESSURA PARA TAMPOS OpargrafoUG-32docdigoASMEseoVIIIdiviso1estabeleceumroteiroefrmulasparao clculodaespessuramnimaparaostamposdeumvasodepressocombasenapressointernaou externa ao qual o vaso estar submetido. Aps calculada a espessura mnima necessrio verificar se a mesma ser suficiente para resistir a outros carregamentos descritos no pargrafo UG -16 (b). (ver item 6.8.7 ). 6.8.6.2.a. TAMPO ELPTICO AespessuramnimarequeridaouaPressoMximadeTrabalhoAdmissvel(PMTA)devesera MAIOR das espessuras ou a MENOR das presses calculadasutilizando a frmula a seguir: ou ONDE: KDh= +|\||(((16222.. OBS. No tampo padro 2:1Dh 2 = 2e K = 1,00 Valores de K( usar os valores mais prximos, no preciso interpolar ) D/2h3,02,92,82,72,62,52,42,32,22,12,0 K1,831,731,641,551,461,371,291,211,141,071,00 D/2h1,91,81,71,61,51,41,31,21,11,0 K0,930,870,810,760,710,660,610,570,530,50 tP. R2SE 0,2. P= PS E tR t=+20 2. . ., . PS E tD K t=+20 2. . .. , .tP D KS E P=. .. . , . 2 0 2 36 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 6.8.6.2.b. TAMPO TORESFRICO A espessura mnima requerida ou a Presso Mxima de Trabalho Admissvel (PMTA) deve ser a maior das espessuras ou a menor das presses calculadasutilizando a frmula a seguir: tP LS E P=0 8850 1, . .. , .ou Pt S EL t=+. ., . , . 0 885 0 1 ouONDE: MLr= +|\||143 . OBS.No tampo padro 2:1 M = 1,32 pois: r = 0,17 D e L = 0,9 D onde: D = dimetro interno do vaso. Valores de M( usar os valores mais prximos, no preciso interpolar ) L/r1,001,251,501,752,002,252,502,753,003,253,50 M1,001,031,061,081,101,131,151,171,181,201,22 L/r4,004,505,005,506,006,507,007,508,008,509,0 M1,251,281,311,341,361,391,411,441461,481,50 L/r9,5010,0010,5011,0011,5012,0013,0014,0015,0016,0016,66 M1,521,541,561,581,601,621,651,691,721,751,77 NOTA IMPORTANTE: Conforme o pargrafo UG 32 do ASME a espessura mnima para o tampo padrptoresfrico(falsaelipse)podesercalculadausandoafrmuladeclculoparatampoelptico padro 2:1. PS E tL M t=+20 2. . .. , .tP L MS E P=. .. . , . 2 0 2 t h D TAMPO ELPTICO PARA r 0,006 L PARADEMAIS VALORES DEr 37 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 6.8.7. ESPESSURA MNIMA REQUERIDA ( eMda figura 16 ) OpargrafoUG16(b)docdigoASMEseoVIIIdiviso1estabelecequeaespessuramnima adotada para as partes de um vaso de presso, aps sua produo final, deve ser MAIOR OU IGUAL a 1,6 mm., sem considerar o valor da sobre espessura de corroso, com as seguintes excees: a) essa espessura no se aplica a espelhos de trocadores de calor; b) essa espessura no se aplica a tubulaes internas ou externas ao vaso; c) para tubules de caldeira ou coletores de caldeira no sujeitos a chama a espessura mnima de 6,4 mm, sem considerar a sobre espessura de corroso. d) para os vasos em servio com ar comprimido, vapor ou gua a espessura mnima de 2,4 mm, sem considerar a sobre espessura de corroso. OpargrafoUG22docdigoASMEseoVIIIdiviso1,estabelecequenoclculodaespessura mnimarequeridaparaaspartesdeumvasodepressodevemserconsideradososseguintes carregamentos: a) presso de projeto interna ou externa do vaso; b) peso do vaso nas condies normais de operao ou condies de teste; c) reaes estticas de outros equipamentos, tubulaes ou estruturas ligadas ao vaso; d) a existncia de internos no vaso e o tipo de apoio ou suportao adotada; e) a possibilidade do vaso ou seusbocais estarem sujeitos a carregamento cclico; f) ao do vento; g) reaes de impacto devido a choque de fludos; h) gradientes de temperaturae diferencial trmico de expanso. Devidoaessasexignciasdocdigoecomointuitodefacilitaradefiniodaespessuramnima estruturalosprojetistaadotamcomovalormnimoomaiorvalorentre4,0mmeocalculadopela expresso matemtica:e = 2,5 + 0,001.Di+ C ONDE:e = espessura mnima estrutural, em mm. Di = dimetro interno da parte considerada, em mm. C = sobre espessura de corroso da parte considerada, em mm. t L r D TAMPO TOROESFRICO 38 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho Paravasosdepequenodimetrooupressesdeprojetomuitobaixasaespessuramnimacalculada devidoapressointernaouexternasomenoresqueovalorobtidocomocritriodescritoacima. Assim, por facilidade, muitas vezes adotado o valor da espessura mnima estrutural como espessuramnima requerida para o vaso. Isso poderia ser evitado com a utilizao de reforos localizados apenas nas regies do vaso onde necessrio. 6.8.8. EXEMPLO DE APLICAO DeterminaraespessuramnimarequeridaeaPMTAnacondiocorrodaequenteparaumvasode presso com 60.000 horas de operao, considerando os dados descritos a seguir. - Vaso horizontal suportado por dois beros. - Dimetro interno = 2.000 mm. - CET = 8.000 mm. - Tampos toresfricos com L/r = 16,66 e L = 1.200 mm. - Material do casco e tampos = ASTM A 516 gr. 60. - Espessura atual: - casco = 30 mm.e tampos = 32 mm. - Sobre espessura de corroso = 3 mm. - Cdigo de construo: ASME seo VIII diviso 1. - Radiografia total - Servio: Tambor de topo da torre fracionadora - Presso de projeto = 20 Kgf/cm2. - Temperatura de projeto = 300o C. OBS. A resoluo ser feita durante a exposio. 7. MATERIAIS 7.1. INTRODUO Os fatores, normalmente, a serem considerados na escolha do material para a fabricao de um vaso de presso,soprincipalmenteosseguintes:resistnciamecnica,deteriorao,scondies operacionais, facilidades de manuteno e fabricao e condies de mercado. Entretanto,omaterialmaiscomumenteempregadonaconstruodosvasosdepressooao carbono,sendotambmutilizadosaosliga,inoxidveiseoutrosmateriaisquandoseprecisamaior resistnciamecnica,oumaiorresistnciadeteriorao,ouemcondicesextremasdetemperatura (altas e baixas). SegundoaNormaPetrobrsN-253,comoregrageral,soadmitidososmateriaisconstantesnas normas ASME Seo II (partes A, B e C) e Seo VIII. Entretanto, so aceitos materiais equivalentes aosdanormaASME,quandodesociedadesdenormalizaoreconhecidasinternacionalmente(BS, DIN, JIS etc). Independentemente dos limites de temperatura, para cada material, estabelecidos em outros cdigos, a Petrobrs estabelece seus prprios limites na Norma N-253 (tabela 6). Para as partes pressurizadas, os limitessoemfunodaresistnciamecnica,enquantoque,paraaspartesnopressurizadas,esto baseadas na temperatura de escamao do material (scaling temperature). 39 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho MATERIAL TEMPERATURA LIMITE DE UTILIZAO (C) PARTES PRESSURIZADAS PARTES NO PRESSURIZADAS AO CARBONO DE QUALIDADE ESTRUTURAL. 150530 AO CARBONO NO ACALMADO.400530 AO CARBONO ACALMADO COM Si.450530 AO LIGA COM Mo.500530 AO LIGA 1 Cr + Mo.530530 AO LIGA 2 Cr + 1 Mo.530570 AO LIGA 5 Cr + Mo.480600 AO INOXIDVEL : 405, 410, 410S. (3)480600 AO INOXIDVEL : 304, 316. (1) e (2)600800 AO INOXIDVEL : 304L, 316L.400800 AO INOXIDVEL : 310. (2)6001100 TABELA 6 - Limites de temperatura para os aos mais usuais na indstria. NOTAS: (1)Paratemperaturasdeprojetosuperioresa550C,recomenda-seousodeaos inoxidveis tipo "H". (2)Chama-seatenoparaapossibilidadedeformaode"FaseSigma",para temperaturasacimade600C,resultandoemseverafragilizaodomaterial. Essa mudana na estrutura metalrgica ocorre principalmente para os aos 316 e 310. (3) Esses materiais so suscetveis fragilizao quando expostos em torno de 475C por perodos longos. 7.2. MATERIAIS MAIS USUAIS Essecaptulofazumresumodasprincipaiscaractersticas,limitesdeutilizaoecuidadosdasligas metlicas mais usadas na fabricao de vasos de presso para a indstria petroqumica. 7.2.1. AO CARBONO Oaocarbonoomaterialmaisusadonafabricaodosvasosdepresso.Suaspropriedadesoinflunciadas pela: composio qumica; mtodo de produo; tipo, forma e quantidade de impurezas; econdies de projeto. O elemento qumico que mais influe nas propriedades do ao carbono o carbono, por isso o ao leva seunome,comoidentificao.Ainflunciadoteordecarbonoe/ououtroselementosqumicos costumasermedidaporumavarivelchamadaCARBONOEQUIVALENTE(Ceq ),determinada pela expresso matemtica abaixo, conforme recomendao do The Welding Institute. 40 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho Um aumento do carbono equivalente produz, principalmente os seguintes efeitos sobre as propriedades do ao carbono e carbono-mangans : - Aumento nos limites de resitncia trao e de elasticidade; - Aumento na dureza e temperabilidade; - Reduo da dutilidade e soldabilidade. Devido a esses efeitos os valores recomendados de carbono equivalente para os aos a serem aplicados na fabricao de vasos de presso so: - PARTES SOLDADAS E SUJEITAS A PRESSO: Ceq 0,45% - PARTES SOLDADAS SEM PRESSO : Ceq 0,50% NOTA.Os aos com carbono equivalente acima de 0,50% apresentam alta suscetibilidade a trincas a frio durante os processos de soldagem. Osaoscarbonopodemseracalmados4comadiesdesilciooualumnio,duranteseuprocessode produo.Umaoacalmadotemmenorquantidadedeheterogniedadesemenortamanhodegro, comoconsequnciasuaspropriedadesmecnicasseromaishomogneasesuasuscetibilidadea defeitos internos ser menor. Aresitnciamecnicadoaocarbonocomeaaserreduzidaemtemperaturassuperioresa370C, devidoaofenmenodafluncia,sendoqueaps420CapossibilidadedeGRAFITIZAO5pode acelerar mais ainda essa reduo. Emtemperaturassuperioresa530Coaocarbonosofreintensaoxidao,quandoexpostoameios oxidantes o que inviabiliza econmicamente sua utilizao. Abaixo de 15 C a resitncia ao impacto do ao carbono comea a ser reduzida, inviabilizando seu uso em temperaturas abaixo de - 30 C. Na faixa de 15 a - 30 C o cdigo ASME recomenda adoo de medidasadicionais,como por exemplo, a exigncia de teste Charpy na qualificao dos processos de soldagem, etc. A resitncia corroso do ao carbono, tambm muito baixa para a maioria dos fluidos e atmosferas comumidaderelativaacimade60%.Poressarazo,adicionadonasuaespessuraumasobre-espessura para desgaste por corroso. Em vistas dos motivos descritos acima, na fabricao de vasos de presso a utilizao dos aos carbono costumaserrestritafaixade-30Ca420C,sendonecessrioscuidadosadicionaisquandoa temperatura de projeto do vaso estiver prxima dos valores extremos. 4aos acalmados = so aos com menos bolhas devido a adio de Si e/ou Al, que alm de removerem o oxignio do ao lquido, tambm atuam como refinadores de gro. 5GRAFITIZAO = a reao de separao do carbono da cementita para a forma de carbono graftico que ocorre aps longa exposio do ao carbono em temperaturas acima de 420C. Ceq= %C + (%Mn) / 6 + (%Cr + %Mo + %V) / 5 + (%Ni + %Cu) / 15 41 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 7.2.2. Ao Liga Denomina-se ao liga a todo ao que possue qualquer quantidade de outros elementos qumicos, alm dosnormalmenteexistentes,nacomposioqumicadeumaocarbono6.Dependendodasomados elementosdeligapresentesnacomposioqumicadoao,estessoclassificadoscomomostraa tabela 7. SOMA DOS ELEMENTOS DE LIGA ( em % ) CLASSIFICAO DO AO at 5BAIXA LIGA de 5 a 10MDIA LIGA acima de 10ALTA LIGA TABELA 7 - Classificao dos aos liga. Osaosligasoempregadosnoscasosemqueautilizaodoaocarbonoinadequada.Para aplicaesacimade420C,prefere-seousodeaosligacomcromoemolibdnioenoscasosde temperatura inferiores 30 C, so empregados aos com nquel. A utilizao dos aos liga est limitada pela possibilidade de precipitao de fases frgeis quando estes so expostos a temperaturas acima de 420 C ou abaixo de - 45 C por longos perodos. 7.2.3. Aos Inoxidveis Aosinoxidveissoaosdealtaligacomumteordecromoacimade12%nasuacomposio qumica,oquelhesconferemumamelhoranaspropriedadesmecnicasemtemperaturasentre400e 650 C e excelente resistncia a corroso em meios oxidantes at 1100 C, proporcional aos teores de cromo e nquel presentes na liga. De acordo com sua microestrutura e composio qumica os ao inoxidveis so classificados como na tabela 8. CLASSIFICAO DO AOMICROESTRUTURAELEMENTOS QUMICOS INOXIDVEL AUSTENTICOAUSTENTICACr + Ni INOXIDVEL FERRTICOFERRTICACr + Al INOXIDVEL MARTENSTICOMARTENSTICACr TABELA 8 - Classificao dos aos inoxidveis. Osaosaustenticosmantmocomportamentodtilmesmoemtemperaturasextremamentebaixas, podendo ser empregados at - 250 C, sem perda da tenacidade. 6A composio qumica usual do ao carbono : C = 0,008 a 2,06% ; P = 0,04 a 0,10% ; S = at 0,06% ; Mn = 0,25 a 1,0% ; Si=0,05 a 0,3%; Al,H,O,N = traos.42 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho Osaosaustenticosemgeral,excetoosestabilizados7eosdebaixocarbono,estosujeitosaum fenmeno chamado de SENSITIZAO8. Os aos sensitizados esto sujeitos a corroso intergranular, principalmente quando expostos a meios cidos. Quandoexpostosasoluesaquosasdecidoclordricooumeioscomcloretos,osaosinoxidveis austenticos esto sujeitos a corroso por pitting e/ou sobtenso. 7.3. ESPECIFICAES MAIS EMPREGADAS EM VASOS DE PRESSO Os tipos de ao carbono mais utilizados, na faixa de temperatura recomendvel (-30 C a 420 C), so: SA-285 Gr C; SA-515 Gr 60 e Gr 70; SA-516 Gr 60 e 70. Numa abordagem bem ampla poderamos classificar o SA-285 Gr C como um ao de mdio carbono, adequado para partes no pressurizadas ou para servios no txicos, em presses e temperaturas no muitoelevadas;osSA-515Gr60e70comoaosdemdiocarbono,acalmadoscomsilcio,para temperaturasmaiselevadas;eoSA-516Gr60e70comoaosdemdiocarbono,acalmadoscom alumnio, para servios em baixas temperaturas. Um ao carbono, de qualidade estrutural, bastante aplicado na fabricao de vasos de presso o SA-283 Gr C. O Cdigo ASME permite sua utilizao, mesmo para partes pressurizadas, desde que no se destineacaldeirasouacasosemqueatemperatradeprojetoestejaabaixode-29Couacimade 343C. Numa faixa de temperatura mais elevada e para servios com hidrognio so muito utilizados os aos ligaMoeCr-Mo,sendo mais comuns as seguintes especificaes : SA-204 Gr A/B/C (1/2 Mo); SA-387 Gr 11(1 1/4 Cr-1/2 Mo); SA-387 Gr 22 (2 1/4 Cr - 1 Mo). Numafaixadetemperaturamaiselevadaseriamindicadososaosinoxidveisaustenticos,cujas principais especificaes so : SA-240 Gr 340 (AISI 304); SA-240 Gr 304 L (AISI 304 L); SA-240 Gr 316 (AISI 316); SA-240 Gr 316 L (AISI 316 L); SA-240 Gr 321 (AISI 321). Para baixas temperaturas so utilizados: - Aos Liga ao Nquel : SA-203 Gr A/Gr B (2 1/4 Ni); SA-203 Gr D/Gr E(3 1/2 Ni); SA-353 (9 Ni); - AosInoxidveisAustenticos,nasespecificaes:SA-240Gr340(AISI304);SA-240Gr304L (AISI304L);SA-240Gr316(AISI316);SA-240Gr316L(AISI316L);SA-240Gr321(AISI 321); - Metaisnoferrosos,comoasligasdeAlumnio/Magnsio-SB-209(5083)easligasde Alumnio/Slico - SB-209 (6061). Muitasvezes,quandoalmdaresistnciamecnicanecessrioqueomaterialsejaresistente corroso,torna-senecessrioautilizaodechapasrevestidas.Nestecasoachapabase,queresistir 7Aos inoxidveis austenticos estabilizados so aos que contm na sua composio qumica Ti, Nb ou Ta, ou ambos, com a finalidade de precipitarem carbonetos com maior ponto de solubilizao do que os carbonetos de cromo. 8SENSITIZAO a precipitao de carbonetos de cromo que ocorrem em aos com mais do que 12% de cromo quando expostos a temperaturas na faixa de 450C a 850C.43 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho aos esforos mecnicos usualmente de ao carbono e a chapa de revestimento fina (em geral 3mm), de um material mais nobre como o ao inoxidvel ferrtico ou martenstico; ou o monel9. 7.4. DIMENSES Devemseradotadasdepreferncia,comoespessurasnominais(comerciais)osseguintesvalores,em milmetros:4,75-6,30-8,00-9,50-11,20-12,50-14,00-16,00-17,5019,00-20,60-22,40- 23,60 - 25,00 - 28,60 - 31,50 - 34,90 - 37,50 - 41,30 - 44,40 - 47,40 - 47,50 - 50,0. Para espessuras superiores a 50,0 mm devem ser adotados valores inteiros em milmetros. As tolerncias de fornecimento das chapas no precisam ser consideradas, desde que as chapas estejam de acordo com as normas ASTM A-20 e PB-35. Paratamposabauladoseoutraspeasprensadasouconformadas,deveserprevistoumadequado acrscimo na espessura, para compensar a perda de espessura na prensagem ou conformao, de forma queaespessurafinaldapeaacabadatenha,nomnimo,ovalordesejado.Atabela9mostraas redues de espessura adotadas por um fabricante nacional de tampos (EICA). ESPESSURA DA CHAPA A SER CONFORMADA ( mm ) REDUO NA ESPESSURA APS CONFORMAO (mm ) 6,352,0 8,02,3 9,52,3 12,72,5 15,82,8 19,03,0 22,03,2 25,43,8 31,84,0 38,04,5 TABELA 9 - Reduo de espessuras dechapas para a conformao de tampos toriesfrico2:1. Nos vasos em que forem previstas diferentes espessuras de chapas para os diversos anis, permite-se ao projetista modificar para mais essas espessuras, com a finalidade de acertar as alturas dos anis, com as dimenses comerciais das chapas. Deve-sesempreacrescentarumaadequadasobre-espessuraparacorrosonasespessurascalculadas, excetoquando,acorrosoforreconhecidamenteinexistenteoudesprezvel,ouforaplicadoum revestimento anti-corrosivo. Chapas com espessura igual a 4,75 mm devem ter as seguintes dimenses : 6000 mm de comprimento por1500mmdelargura, para as demais espessuras recomenda-se adotar 12000 mm de comprimento por 2440 mm de largura. 9Monel = liga Ni/Cu, com aproximadamente 67% de Ni e 32% de Cu que alta resistncia corroso em meios cidos fortes, como o cido clordrico e o fluordrico.44 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 7.5. CLASSIFICAO DOS MATERIAIS CONFORME O CDIGO ASME Comointuitodefacilitarrefernciasagruposdemateriaiscompropriedadessimilares,ocdigo ASMEagrupa os materiais em duas classificaes considerando composio qumica e soldabilidade, dois fatores de grande influncia em nas propriedades mecnicas de uma junta soldada.(tabela 10). CLASSIFICAO DO METAL BASE CARACTERSTICAS PRINCIPAIS UTILIZAOBSICA GRUPO P(P NUMBER) METAISBASEQUETEMA MESMASOLDABILIDADEE PROPRIEDADESMECNICAS SIMILARESNUMAJUNTADE SOLDA HOMOGNEA. QUALIFICAO DE PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM. GRUPO G(G NUMBER) METAISBASEDOMESMO GRUPO P COM RESISTNCIA AO ENSAIOCHARPYDIFERENTES APS SOLDA HOMOGNEA. QUALFICAO DE PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM, COM EXIGNCIAS DE IMPACTO. (ENSAIO CHARPY) TABELA 10 - Classificao dos metais base conforme o cdigo ASME. Atabela11mostraumaclassificaosimilarparaassoldas,considerandoacomposioqumicado metal depositado e a soldabilidade do consumvel utilizado. CLASSIFICAOCARACTERSTICAS PRINCIPAIS UTILIZAOBSICA GRUPO A(A NUMBER) COMPOSIO QUMICA DO METAL DEPOSITADO SIMILARES. QUALIFICAO DOS PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM. GRUPO F(F NUMBER) HABILIDADE REQUERIDA NO MANUSEIO DO CONSUMVEL SIMILARES. QUALIFICAO DE SOLDADORES E OPERADOES DE SOLDA. TABELA 11 - Classificao das soldas conforme o cdigo ASME. 8. REVESTIMENTOS Devido a necessidade da disponibilidade de materiais que possuam ao mesmo tempo boas resistncias mecnica e ao desgaste, em muitas aplicaes, mais econmico a utilizao de materiais revestidos. Afilosofiaemseoptarpormateriaisrevestidos,areduodocustopelautilizaodeummaterial menosnobre,comometalresistente,unindoasuperfciedeste,queficarexposta ao meio agressivo, outro material de baixa espessura, apenas com a finalidade de evitar o desgaste superficial. Dependendodasuperfcierevestidadomaterialemrelaoaoequipamento,orevestimento classificadoeminterno,quandoasuperfcierevestidaestvoltadaparaointeriordoequipamentoou externo, quando estiver voltada para fora do equipamento. 45 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho Atabela12mostraumaclassificaodosrevestimentosusadosemvasosdepresso,considerando apenas o tipo de desgaste que se deseja evitar. TIPO DE DESGASTECLASSIFICAO DO REVESTIMENTO TIPO DE REVESTIMENTO MAIS USUAL EM VASOS DE PRESSO CORROSOANTICORROSIVOMETLICOEROSOANTIEROSIVO NO METLICO POR TEMPERATURAREFRATRIOSNO METLICO TABELA 12 - Classificao dos revestimentos quanto ao tipo de desgaste. Adurabilidadedeumrevestimentodependefundamentalmentedesuaadernciaaometalbase.Com base no mtodo de aplicao ao substrato (metal base) os revestimentos so classificados como mostra a tabela 13. Os metais bsicos mais usados em vasos de presso quando da utilizao de revestimentos so:- AO CARBONO: para temperaturas de projeto at 400 C; - AO BAIXA LIGA: para temperaturas de projeto entre 400 e 530 C. Paratemperaturasdeprojetoacimade530C,emgeral,nomaisatrativoeconmicamentea utilizaoderevestimentos,preferindo-se,nessescasos,aplicarummaterialmaisnobrequealie resistncia mecnica e ao desgaste. Os revestimentos metlicos mais usados em vasos de presso so os aplicados por CLAD ou LINING, a tabela 14 mostra um resumo comparativo das principais caractersticas desses revestimentos. Os revestimentos tipo LINING, em geral, tem uma performace inferior aos do tipo CLAD e s devem ser aplicados quando da impossibilidade da utilizao do clad, como em: bocais de pequeno dimetro, modificaes realizadas aps a montagem do vaso, alto custo etc. Experincias desenvolvidas pela Petrobrs mostraram ser mais recomendada aplicao de LININGna formadetirascom:100a140mmdelargurapor900a1500mmdecomprimento,dispostasno sentidolongitudinalquandoaplicadonaspartescilndricaseradialnostampos,comomostradonas figuras 20 e 21. AnormaASTM-A-263ageralmenteusadanafabricaodechapascladeadascommetalbaseem ao carbono ou baixa liga. Esta norma exige um teste de aceitao de aderncia do clad, que conciste naaplicaodeumacargacisalhantedenomnimo14Kgf/cm2,sobreocladdeumcorpodeprova preparado como mostrado na figura 22. 46 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho CLASSIFI-CAO DO REVESTI-MENTO TIPO DE REVESTI-MENTO MTODO DE APLICAO LIGAO AO SUBSTRATO ALTERAES NO METAL BASE CLAD METLICOLAMINAO OU EXPLOSO TOTAL MUITO PEQUENA LINING METLICO TIRAS SOLDADAS (FIGURA 20 ) DEPSITO CONTNUO DE SOLDA PARCIAL TOTAL CRIAO DE PEQUENAS ZONAS DE LIGAO COM FUSO DO METAL BASE TODA A CHAPA TER UMA ZONA DE LIGAO COM FUSO DO METAL BASE PLSTICO OU ELAST-MEROS NO METLICO PULVERIZAO A PISTOLA E CURA A QUENTE TOTAL DESPREZVEL CONCRETOS OU REFRA-TRIOS NO METLICO PINOS, GRAMPOS, TELAS OU AMBOS. PARCIAL CRIAO DE PEQUENAS ZONAS DE LIGAO COM FUSO DO METAL BASE PINTURA NO METLICO REAO QUMICA TOTAL NENHUMA TABELA 13 - Classificao dos revestimentos quanto o mtodo de aderncia. OBS. As zonas de ligao com fuso do metal base podem nuclear ou propagar descontinuidades ou defeitos no metal base. FIGURA 20 - Mtodos de aplicao de lining. 47 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 21 - Mtodo recomendado para a aplicao de lining em tampos. FAIXA DE TEMPERATURA (C) MATERIAL RECOMENDADO PARA O REVESTIMENTO APLICAO AT 300 AOS INOXIDVEL AUSTENTICOS ESTABILIZADOS OU COM BAIXO CARBONO MEIOS SEM CLORETOS OU CIDOS FORTES 300 A 700 AOS INOXIDVEIS FERRTIOS COM BAIXO CARBONO MEIOS NEUTROS, ALCALINOS OU LEVEMENTE CIDOS AT 350MONELMEIOS CIDOS FORTES, COMO HCl E HF AT 60CHUMBOGUA SALGADA TABELA 14 - Principais caractersticas dos revestimentos tipo clad e lining. Osrevestimentosnometlicos,denominadosconcretos,sobastanteutilizadosnorevestimentode vasos de presso, sendo classificados em dois grupos: -CONCRETOSIMPLES:concretosempregadoscomumasfinalidade.Porexemplo,osconcretos isolantes. -CONCRETODUPLO:concretosempregadoscommaisdeumafinalidade.Porexemplo,concretos ondeaprimeiracamadaisolanteeasegundacamada,aplicadasobrea primeira, resistente eroso. A tabela 15 mostra um resumo das principais caractersticas desses concretos. Devemos ressaltar ainda, um concreto simples, normalmente chamado de FIRE-PROOF, largamente utilizadoemvasosdepresso,localizadosemreaschamadasdeclassificadas10.Esterevestimento consistedeumaargamassarefratria,aplicadanaestruturade sustentao e/ou suportao dos vasos, comafinalidadedeimpedirodesabamentoouinclinaodestes,quandosubmetidosaum aquecimento excessivo, durante incndios, devido a reduo da resistncia mecnica do material usado na fabricao 10 rea classificada uma rea onde possvel ocorrer vazamento de produtos que podem entrar em ignio espontnea, na temperatrura ambiente. 48 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho dos suportes ou esruturas. O fire-proof isola o matrial por um curto perodo de tempo, enquanto so tomadasprovidnciasdecombateaoincncido.Seumtododeaplicaoomesmoutilizadopor qualquer outro concreto simples (figura 23). CLASSIFICAO DO CONCRETO VELOCIDADE DO FLUXO TIPO DE CAMADA MTODO DE APLICAO SIMPLES BAIXA MDIA OU ALTA EXTERNA EXTERNA PINOS OU GRAMPOS TOTALMENTE COBERTOS (FIGURA 20) TELA HEXAGONAL (FIGURA 21) DUPLO QUALQUER INTERNA EXTERNA PINOS OU GRAMPOS TOTALMENTE COBERTOS (FIGURA 20) TELA HEXAGONAL (FIGURA 21) TABELA 15- Principais caractersticas dos concretos usados em vasos de presso. FIGURA 22 - Teste de aceitao de clad conforme ASTM-A-263. 63,5 W a 19,1 t t + 0,127 63,5 76,2 OBS. 1. t = T - a 2. a = 3,18mx. 3. w = 1,5 a. 4. todas as medidas esto em milmetros. 5. a = espessura do clad a ser testado. APLICAO DA CARGA BLOCOS DE CISALHAMENTO CLAD EM TESTE CORPO DE PROVA W a CLAD REMOVIDO 63,5 t T 19,1 25,4 CLAD A SER TESTADO 49 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 23 - Atracao de concreto atravs de pinos ou grampos. CONCRETO REFRATRIO PINOS DE ANCORAGEM CASCO DO VASO 75 ESPESSURA DO CONCRETO 32 6 16 45o 5 DETALHE DA TELA HEXAGONAL TELA HEXAGONAL METAL BASE FIGURA 24 - Atracao de concreto atravs de tela hexagonal. 50 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 25 - Atracao de concreto duplo. 9. JUNTAS SOLDADAS 9.1. TIPOS DE JUNTAS Aescolhadajuntasoldadaaserusadanafabricaooumontagemdeumvasodepressodepende basicamente dos seguintes fatores: a) Resistncia mecnica esperada da junta soldada em relao a resistncia do metal de base (eficincia de junta). b) Condies operacionais: juntas que sero expostas a fluidos que provoquem corroso ou eroso, depois de soldadas, no podem conter irregularidades, frestas ou outros problemas que facilitem a deteriorao da solda. c)Grauderestrio:otipodejuntapodeajudaraminimizarasdistoreseaocorrnciadetrincas devido as contraes da solda. d) Facilidade de soldagem: algumas juntas esto limitadas pelo acesso. e)Dimensesdometalsoldado:pequenasaberturasderaizepequenosngulosrequeremmenor deposio de metal, mas a eficincia de junta deve ser respeitada. f)Tipodecarregamento:certostiposdejuntassoadequadasapenasparatensesaplicadasnuma nica direo. Similarmente, tenses estticas e dinmicas exigem juntas diferentes. Essesfatoresapresentadosacima,sosuficienteparamostrararesponsabilidadeeadificuldadena escolha do tipo de junta Segundo a seo VIII do cdigo ASME os tipos de juntas mais comuns em vasos de presso so: TELA HEXAGONAL ESPESSURA DA CAMADA INTERNA DE CONCRETO PINO DE CABEA RETANGULAR METAL BASE CONCRETO ISOLANTE CONCRETO ANTI EROSIVO 51 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho JUNTAS DE TOPO De maneira geral, o tipo de junta mais usual quando a principal necessidade resistncia mecnica. Entretanto,exigemmaiordeposiodemetal,oquepodeacarretarmaioresproblemasdevidoas tenses de contrao, bem como, maior custo. JUNTAS SOBREPOSTAS As juntas sobrepostas so unidas por soldas de filete e/ou, soldas "plug", por isso tem menor volume de metaldepositadodoqueasjuntasdetopo.Assim,sopreferidaspormotivoseconmicosede facilidade de preparao, quando e onde o cdigo utilizado permitir. A figura 26 mostra os tipos de juntas mais recomendados pelo cdigo ASME, para as soldas de unio casco/calotas. atracao de bocais, bocas de visita, suportes e acessrios num vaso de presso exige tipos de juntas diferentes que devem ser analisadas separadamente. A figura 27 mostra exemplos de juntas deste tipo aceitas pela seo VIII do cdigo ASME. OBS.:1.Adistnciaentreduassoldas,emqualquercaso,nodevesermenordoque4vezesa espessura da chapa mais fina, com o mnimo de 30 milmetros. 2.Todasassoldassubmetidasaosesforosdepresso,nocascoenostampos,devemserde topo, com penetrao total, feitas pelos dois lados e radiogrveis. Quando a solda interna for impraticvel,podeserfeitaapenasaexterna,adotando-seumprocedimentoquegarantaa qualidade da raiz da solda. 9.2. EFICINCIA DE JUNTA (E) A Norma Brasileira (NB-109), define eficincia de junta como o cociente entre as resistncias trao do metal depositado e metal base, ou seja, OcdigoASME,usaotermoeficinciadejuntaparadefinirograudeinspeoaseradotadoaps soldagem, levando em considerao o tipo de junta adotada. Essa correlao est definia no pargrafo UW-12 da seo VIII e resumida na tabela 16. Obs.: SegundoaNormaPetrobrs,paraqualquervasodepressoobrigatrioquetodasasjuntas soldadasdocascoetampostenhampelomenosinspeoradiogrficaporamostragem(spot), no sendo admitidas soldas no radiografadas, mesmo nos casos em que o cdigo de construo permita. EFICINCIARESISTNCIA TRAO DO METAL DEPOSITADO DE= JUNTA RESISTNCIA TRAO DO METAL BASE 52 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 26 - Juntas soldadas aceitas pelo cdigo ASME para unies casco/casco ou casco/calotas. FIGURA 27 - Juntas soldadas aceitas pelo cdigo ASME para a atracao de bocais. JUNTA SOBREPOSTA SOLDADA PORUM S LADO E SOLDA TAMPO. JUNTA SOBREPOSTA SOLDADA PORUM S LADO JUNTA DE TOPO COM PENETRAO TOTAL ECONCORDNCIA. JUNTA DE TOPO COM PENETRAO TOTAL SOLDA TAMPO JUNTA SOBREPOSTA SOLDADA PORUM S LADO E JUNTA DE TOPO. JUNTA SOBREPOSTA OPCIONAL MATA JUNTA MATA JUNTA JUNTA DE TOPO COM PENETRAO TOTAL, BOCAL PENETRANTE E CHAPA DE REFORO EXTERNA. JUNTA DE TOPO COM PENETRAO TOTAL E BOCAL PENETRANTE. JUNTA DE TOPO COM PENETRAO TOTAL E BOCAL PENETRANTE. JUNTA DE TOPO COM PENETRAO TOTAL COMMATA JUNTA . EBOCAL PENETRANTE. JUNTA DE TOPO COM PENETRAO TOTAL SEM MATA JUNTA JUNTA DE TOPO COM PENETRAO TOTAL E MATA JUNTA . 53 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho TIPO DE JUNTA LIMITAES CATEGORIA DE JUNTA GRAU DO EXAME RADIOGRFICO Juntas de topo, soldada por ambos os lados ou soldada por um lado com qualidade similar a primeira, sem mata junta que permanea aps a soldagem. Nenhuma A,B,C, e D TOTAL 1,00 SPOT 0,85 SEM 0,70 Juntas de topo soldada por um lado, sem mata junta que permanea aps soldagem, que no esteja includa acima Nenhuma A, B, C e D 0,90 0,80 0,65 Juntas de topo soldada por um lado, com mata junta que permanea aps soldagem Aplicvel somente para juntas circunfernciais com espessura at 15,8 mm e quando o dimetro externo for menor do que 24 polegadas. A, B e C NA NA 0,60 Junta sobreposta soldada de ambos os lados. Junta longitudinal com espessura at 9,5 mm Juntas circunfernciais com espessura at 15,8 mm A B e C NA NA 0,55 Junta sobreposta, com solda simples e solda tipo plug Juntas circunfernciais de unio casco/calota, onde o dimetro externo da calota no seja superior a 24 polegadas e espessura do casco at 12,7 mm Junta circunferncial para atracao de camisa no casco, quando a espessura da camisa no ultrapassar a 15,8 mm e a distncia entre os plugs de solda, no ultrapasse 1.1/2 vezes o dimetro do plug de solda B C NA NA 0,50 Junta sobreposta, com solda simples, sem solda tipo plug Atracao de calotas em casco, onde a espessura requerida do filete, no seja superior a 15,8 mm.Atracao de calotas em casco com dimetro menor do que 24 polegadas e espessura requerida do filete at 6,3 mm A e B NA NA 0,45 TABELA 16 - Resumo simplificado da tabela UW-12 do cdigo ASME. 9.3 CATEGORIA DE JUNTA O termo CATEGORIA DE JUNTA usado pelo cdigo ASME para agrupar as soldas de um vaso de pressoqueestarosujeitasanveisdetensessimilares,quandoemoperao,levandoem consideraoapenasalocalizaodajunta(figura28).Deveserressaltado,quejuntasdemesma categoriapodemserdetiposdiferentes,bemcomoterrequisitosderadiografiadiferentes,poisestas variveis depende mais de outros fatores do que da localizao da junta no vaso. OBS.:OpargrafoUW-2daseoVIIIdocdigoASMEusaumacorrelaoespecialentre categoria de junta, tipo de junta e grau de inspeo nos seguintes casos: a) Vasos que operam com substncias letais; b) Vasos que operam com temperaturas abaixo de -30 C; c) Caldeiras no sujeitas a chama, com presso de projeto acima de 345 KPa; d) Vasos sujeitos ao fogo direto. 54 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 28 - Categorias de junta, conforme o cdigo ASME. Analisandoafigura28podemosfazerumacorrelaoentretipoecategoriadejuntassoldadasnum vaso de presso, como mostra a tabela 17. CATEGORIA DE JUNTA TIPO DE JUNTA RESISTNCIA MECNICA DESEJADA A 1.TODAS AS LONGITUDINAIS 2.TODAS DAS ESFERAS 3.CIRCUNFERNCIAIS CASCO/CALOTAS QUANDO ANTES DA LINHA DE TANGNCIA MAIOR B 1. CIRCUNFERENCIAIS DA PARTE CILINDRICA 2. CIRCUNFERENCIAIS CASCO/CALOTAS APS A LINHA DE TANGNCIA CCIRCUNFERNCIAISBOCAIS/FLANGES DUNIO CASCO/BOCALMENOR TABELA 17 - Correlao entre categoria de junta e tipo de junta, conforme o cdigo ASME. Oagrupamentodetiposdejuntaeseucorrelaocomacategoriadejuntafeitopelocdigovisao seguinte: - Agrupar juntas com exigncias de tenso similares quando o vaso estiver em operao; - Generalizar exigncias cujo estado de tenses tenham influncia; - Definir exigncias mnimas por grupos de juntas; - Definir uma eficincia de junta mnima, em funo da extenso de solda radiografada. C B C C B D A B A D B A D C D A B C D A A AB 55 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho 9.4. REQUISITOS DE RADIOGRAFIA DE UMA JUNTA SOLDADA Levando em considerao a categoria de junta, tipo de junta, produto a ser armazenado e as condies de projeto do vaso, o pargrafo UW-11 do cdigo ASME defini os requisitos mnimos de radiografia para uma junta soldada de um vaso novo, que deve ser satisfeito antes que o vaso entre em operao. A tabela 18 faz um resumo desses requistos mnimos. GRAU DE RADIOGRA-FIA EXTENSO DA JUNTA A SER RADIOGRA-FADA TIPO DE JUNTA SOLDADA CRITRIO DE ACEITAO DA RADIOGRA-FIA USO OBRIGATRIO EM TOTAL TODA A JUNTA TOPO UW-51 1.ARMAZENAMENTO DE SUBSTNCIAS LETAIS 2.QUANDO EXIGIDO PELA TAB.UCS-5711 3.PRESSO DE PROJETO ACIMA DE 345 Kpa 4.QUANDO EXIGIDO PELA TAB. UW-12 (tabela 16) PARCIAL 150 mm + AS INTERSEC-ES COM JUNTAS DE CATEGORIA A TOPO UW-51 1.JUNTAS DE CATEGORIA B,C e D 2.BOCAIS COM DIMETRO ACIMA DE 10 mm OU ESPESSURA ACIMA DE 20 mm POR AMOSTRA-GEM UW-52 TOPO E NGULO UW-52 QUANDO EXIGIDO PELA TAB.UW-12 (tabela 16). TABELA 18 - Requisitos de radiografia para vasos de presso, conforme cdigo ASME. 9.5. RESISTNCIA MECNICA DE UMA JUNTA SOLDADA Com base no exposto nos intens anteriores podemos concluir que a resistncia mecnica de uma junta soldada num vaso de presso depende, basicamente, dos seguintes fatores: * TIPO DE CHANFRO Os tens que mais interferem na definio do tipo de chanfro a ser empregado numa junta soldada so:- ACESSO AO LOCAL PARA A EXECUO DA SOLDA; - PROCESSO DE SOLDAGEM MAIS ADEQUADO; - ESPESSURA DA JUNTA; - PENETRAO DESEJADA (total ou parcial). 11A tabela UCS-57 do cdigo ASME est reproduzida na tabela 19 deste trabalho. 56 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho * CARACTERSTICAS DO CONSUMVEL Lembrandoqueumajuntasoldadadeveseromaishomogneapossvelaometalbase,pode-sedizer que os fatores que melhor caracterizam a escolha de um consumvel so: - Composio qumica; - Resistncia mecnica desejada. * EFICINCIA DE JUNTA A eficincia de uma junta soldada fica definida basicamente por: - Procedimento de soldagem utilizado; - Extenso do exame radiogrfico. * NVEL DE TENSES NUMA JUNTA SOLDADA Todajuntasoldadaestsujeitaaumestadodetensesquepodeserconsideradocomoasomadas tenses introduzidas pelo processo e vriveis de soldagem utilizados, peso prprio, carga do vento e condiesoperacionais.Considerandoque,comexceodestaltimasitada,asdemaistensesso aproximadamente iguais em todas as juntas soldadas, podemos concluir que as soldas mais solicitadas seroaslongitudinais,poisquandoovasoestiverpressurizadoastensescircunferenciaissero aproximadamente o dobro das longitudinais, como mostra a figura 29. FIGURA 29 - Estado de tenses num cilindro pressurizado. Numa esfera esse fato no ocorre, pois nesse caso as tenses longitudinais e circunferenciais seroiguaiseasjuntassoldadasestarosolicitadasigualmente,comtensesdaordemdastenses circunferenciais que atuam num cilindro pressurizado (figura 30). P LONG.. LONG.. CIRC. CIRC.LONG CIRC. 57 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho FIGURA 30 - Estado de tenses numa esfera pressurizada. EssasconstataesnoslevamamelhorentenderaoagrupamentodejuntassoldadasqueoASME utilizaquandodefineasjuntasdemesmacategoriaeasexignciasderadiografia,almdealertaro inspetor quanto a possibilidade de defeitos em soldas que so mais solicitadas. NMERO P DE CLASSIFICAO DO MATERIAL NMERO DO GRUPO DE CLASSIFICAO DO MATERIAL ESPESSURA NOMINAL ACIMA DA QUAL EXIGIDO RADIOGRAFIA TOTAL DA JUNTA SOLDADA ( mm ) 11,2 e 331,7 31,2 e 319 41 e 215,8 51 e 20 9A115,8 9B115,8 10A119 10B215,8 10C115,8 10F619 TABELA 19 - Exigncias de radiografia total, conforme o pargrafo UCS-57 do cdigo ASME. P LONG.. LONG.. CIRC. CIRC.LONGCIRC. OBS.ASTENSESCIRCUNFERENCIAISELONGITUDINAISDEUMA ESFERASOASTENSESCIRCUNFERENCIAISDEUM CILINDRO. 58 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho ANEXOS 59 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho VALORES DE ESPESSURAS MNIMAS CONFORME ASME SEO VIII 1. DIVISO 1 - UG.22 VASOS DE ALTA RESISTNCIA (PARTE UHT): 6,4 MM. VASOS P/ GUA, AR COMPRIMIDO, VAPOR: 2,4 MM. VASOS EM GERAL, NO INCLUDOS ACIMA: 1,6 MM. 2. DIVISO 2 VASOS EM AO CARBONO OU BAIXA LIGA: 6,4 MM. VASOS EM AO INOX. OU NO FERROSOS: 3,2 MM. EMENDA PARA TAMPOS DISPOSIES DOS CORDES DE SOLDA RECOMENDADAS PARA EVITAR CONCENTRAO DE TENSES NA REGIO DE MAIOR CONFORMAO DO TAMPO A(S) SOLDA(S) NO PODEM FICAR INTEIRAMENTE FORA DO CRCULO INTERNO SOLDA SOLDAS TAMPO COM TRS CHAPASTAMPO COM DUAS CHAPAS R 0,75 R R 0,75 R MN. 0,2 R R TAMPO EM GOMOSFEITO POR PRENSAGEM 60 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho ESPESSURAS DE TAMPOS CONFORME ASME UG-32 E AP. 1 1. TAMPO ELPTICO ou ONDE: KDh= +|\||(((16222.. 2. TAMPO TORIESFRICO ONDE: MLr= +|\||143 . 3. TAMPO CNICO tP RCOS E P=-.. (S. , . ) 0 6 OU Pt S ER t=+. . .cos, . .cos 0 6 4. TAMPO ESFRICO ou PS E tD K t=+20 2. . .. , .tP D KS E P=. .. . , . 2 0 2 PS E tL M t=+20 2. . .. , . tP L MS E P=. .. . , . 2 0 2 ou tP. R2SE 0,2. P= PS E tR t=+20 2. . ., . 61 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho PMTA DO VASO CONFORME ASME 1. CLCULO DA PMTA DO VASO (CONDIO CORRODO E QUENTE) 1.1.CADA PARTE DO VASO TEM SUA PMTA - PRESSO MXIMA DE TRABALHO ADMISSVEL 1.2.A PMTA DEVE SER CALCULADO COM A FRMULA DO CDIGO DE CONSTRUO, CONSIDERANDO O VASO NA CONDIO CORRODA E A INFLUNCIA DA TEMPERATURA NA TENSO ADMISSVEL DO MATERIAL 1.3.QUANDO APLICVEL, A PRESSO DE COLUNA DE LQUIDO NA CONDIO DE OPERAO DO VASO DEVER SER CONSIDERADA NA PMTA DO VASO 1.4.A PMTA DO VASO SER A MENOR DAS PMTA DE TODAS AS PARTES DO VASO - ( CURVA GH NA FIGURA ABAIXO - Pma) 2. OBTENO DA PMTA DO VASO ATRAVS DO GRFICO ACIMA 2.1 CURVA AB: VARIAO DA PRESSO DEVIDO A COLUNA DE LQUIDO 2.2 CURVA CD: VARIAO DA PRESSO DEVIDO A PRESSO DE OPERAO + COLUNA DE LQUIDO 2.3 CURVA EF: PMTA DE CADA PARTE DO VASO 2.4 CURVA GH: PMTA DO VASO - PONTO DE INTERSEO DAS CURVAS CD E EF COM O DESLOCAMENTO PARALELO DA CURVA CD AT TOCAR A CURVA EF PMTA DO VASO CONFORME ASME 62 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho PRESSO DE TESTE HIDROSTTICO DO VASO CONFORME ASME PARTE UG-99 (PT) 1. CLCULO DA PT DO VASO (CONDIO CORRODO E QUENTE) 1.1. DETERMINAR A PMTA DE CADA PARTE DO VASO1.2. DETERMINAR A PT PARA CADA PARTE DO VASO 1.3.QUANDO APLICVEL, A PRESSO DE COLUNA DE LQUIDO NA CONDIO DE OPERAO DO VASO DEVER SER CONSIDERADA NA PT DO VASO 1.4. A PT DO VASO SER A MENOR DAS PMTA DE TODAS AS PARTES DO VASO - (CURVA LM DA FIGURA ABAIXO) 2. OBTENO DA PT DO VASO ATRAVS DO GRFICO ACIMA 2.1 CURVA AB: VARIAO DA PRESSO DEVIDO A COLUNA DE LQUIDO 2.2 CURVA CD: VARIAO DA PRESSO DEVIDO A PRESSO DE OPERAO + COLUNA DE LQUIDO 2.3 CURVA EF: PMTA DE CADA PARTE DO VASO 2.4 CURVA GH: PMTA DO VASO - PONTO DE INTERSEO DAS CURVAS CD E EF COM O DESLOCAMENTO PARALELO DA CURVA CD AT TOCAR A CURVA EF 2.5 CURVA JK: PT DE CADA PARTE DO VASO (PT = 1,5. PMTA)2.6 CURVA LM: PT DO VASO - PONTO DE INTERSEO DAS CURVAS AB E JK COM O DESLOCAMENTO PARALELO DA CURVA AB AT TOCAR A CURVA JK 63 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho REFORO EM ABERTURAS 1. EXIGNCIAS DO CDIGO ASME PARTE UG-36 A INSTALAO DE REFORO EM BOCAIS OBRIGATRIO QUANDO O DIMETRO DA ABERTURA FOR MAIOR OU IGUAL A 3.1/2 E A ESPESSURA DO VASO NA REGIO INFERIOR OU IGUAL A 10 MM. 2. CONSIDERAES TCNICAS 2.1.REFORO CONCENTRA TENSES PORQUE IMPEDE A DEFORMAO DO VASO QUANDO ESTE PRESSURIZADO 2.2.REFORO MAIOR DO QUE O NECESSRIO AUMENTA A CONCENTRAO DE TENSES 2.3.O REFORO VISA RECOMPOR A RESISTNCIA DA PAREDE DO VASO DEVIDO ABERTURA 2.4.QUANTO MAIS PRXIMO O REFORO ESTIVER DA BORDA DA ABERTURA E QUANTO MAIS SIMTRICO EM RELAO A ABERTURA MENOR SER O AUMENTO DE TENSES E MELHOR SER A DISTRIBUIO DE TENSES NA REGIO DO BOCAL. 2.5.TIPOS DE REFORO ACEITOS PELO ASME FIGURA UW-16 em 0,7 em 0,7 em 0,7 em OBS. em= menor espessura da junta soldada REFORO COM PESCOO MAIS ESPESSO REFORO COM ANEL DE REFORO REFORO COM ANEL MAIS ESPESSO NO CASCO DO VASO 64 CURSO:INSPEO E MANUTENO EMVASOS DE PRESSO-PARTE 1 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho TENSO ADMISSVEL X CDIGOS DE CONSTRUO 1. CDIGO ASME SEO VIII DIV. 1 1.1. AT 370o C: O MENOR ENTRE: L.R / 4OUL.E / 1,5 1.2. ACIMA DE 370o C: O MENOR ENTRE OS VALORES ACIMA ETENSO QUE PROVOCA 1% DE DEFORMAO EM 100.000 HORAS 2. CDIGO ASME SEO VIII DIV. 2 2.1 AT 370o C: O MENOR ENTRE: L.R / 3OUL.E / 1,5 2.2. ACIMA DE 370o C: O MENOR ENTRE OS VALORES ACIMA ETENSO QUE PROVOCA 1% DE DEFORMAO EM 100.000 HORAS 3. CDIGO B.S. 5500 3.1. AT 370o C: - AOS FERRTICOS: O MENOR ENTRE: L.R / 2,35OUL.E / 1,5 - AOS AUSTENTICOS: O MENOR ENTRE: L.R / 2,5OUL.E / 1,5 3.2. ACIMA DE 370o C: O MENOR ENTRE OS VALORES ACIMA E(TENSO DE RUPTURA POR FLUNCIA EM 100.000 HORAS) / 1,3 4. CDIGO ALEMO - A.D. MERKLATT 4.1. AT 370o C: L.E / 1,5 4.2. ACIMA DE 370o C: O MENOR ENTRE O VALOR ACIMA E : - TENSO QUE PROVOCA 1% EM 100.000 HORAS, E - (TENSO DE RUPTURA POR FLUNCIA EM 100.000 HORAS) / 1,5