modelo trabalho confiabilidade apresentação

Implementao de estratgias avanadas na fornalha utilizando a interface Labview

Pablo Fernandes Costa de Marinho

TROCADORES DE CALORTrocadores de Calor so componentes importantes no sistema de presso. Eles incluem vaporizadores, refervedores, condensadores.

Alguns problemas que ocorrem em trocadores de calor e que podem afetar a segurana operacional so tratados a seguir :

1Pablo Fernandes Costa de Marinho

TROCADORES DE CALORIncrustamento

O incrustamento afeta a transferncia de calor e gerar uma queda de presso. A reduo da capacidade de transferncia de calor do trocador pode gerar srios problemas.

A incrustao pode ser reduzida por seleo correta do tubo e pelo o uso de velocidades de fluido adequados.

Pode ser adotado um fator de incrustao que equivalente a ter um coeficiente de transferncia de calor. Porm o uso de um largo fator de incrustamento no necessariamente conservativo, pois pode resultar em temperaturas superiores esperada e uma maior corroso ou a deposio de coque no equipamento.2Pablo Fernandes Costa de Marinho

TROCADORES DE CALORA incrustao pode tambm ocorrer devido a fatores tais como a interrupo de funcionamento de uma bomba, a falha no filtro, a transferncia de detritos provenientes de outros equipamentos, e assim por diante.

A utilizao de equipamento muito compacto pode dar origem formao de depsitos devido falta de turbulncia. Em caso em que os tubos de um refervedor incrustando por polimerizao entre os tubos. Os tubos originais foram substitudos pela metade do nmero de tubos com aletas, de modo que a turbulncia foi aumentada e a transferncia de calor satisfatria restaurada. 3Pablo Fernandes Costa de Marinho

TROCADORES DE CALORO uso de alta capacidade, trocadores de calor compactos com tubos longos e altas velocidades de fluido intensifica o problema da vibrao do tubo. Vibrao do tubo pode causar danos aos tubos, aos trocadores do casco e aos seus suportes, ou para a tubulao a ele conectada, pode transmitir as flutuaes de presso destrutivos a partir do permutador e pode gerar altos rudos. A vibrao pode ser suficientemente grave a ponto de gerar diversas falhas na tubulao dentro de 1 ou 2 dias.


TROCADORES DE CALORUm tubo de permutador de calor pode ser considerado como uma viga fixada em ambas as extremidades e com carga distribuda. Para tal sistema, a frequncia natural :

Onde:k = 1,136l = Comprimento da viga (tubo)E = Modulo Elstico w = massa por comprimento


TROCADORES DE CALORO tubo pode ser entrar em ressonncia por vrtices. A frequncia de vrtices tem sido estudada por YN Chen, que obteve para gases uma correlao em termos de nmero de Strouhal S:

Onde:S = nmero de Strouhalu = Velocidade do fluidod = Dimetro da tubulao


TROCADORES DE CALORRuptura de tubo

Em um trocador de calor com alta presso de gs ou vapor no tubo e com baixa presso de liquido na casco, a ruptura do tubo pode produzir uma sobrepresso no casco.

A escala de tempo para o aumento de presso local e global diferencia pela ordem da magnitude, o primeiro ocorre pela cerca de 1ms e o segundo acima de 10ms. Porm os tempos so muito dependentes das condies do casco particularmente a quantidade de gs ou vapor. 7Pablo Fernandes Costa de Marinho

TROCADORES DE CALORTrocadores de calor e vasos de presso devem ser protegidos com o dispositivo de alivio de capacidade suficiente para aliviar a presso em caso de uma falha interna.

recomendado que seja assumido que a rea para vazo de gs ou vapor de alta presso do tubo interno do casco seja o dobro da rea transversal do tubo, que o pior caso para falhas de um tubo simples.


AQUECEDORES E FORNOSAquecedor de chama outro componente importante no sistema de presso. Eles incluem tubos em unidades de petrleo, fornos de plantas de olefinas e aquecedores para os reatores e para outros fins.


AQUECEDORES E FORNOSAs principais fontes de perigo dos aquecedores de chama so:

Exploso no acendimento ocorre no momento de ignio do queimador ou por falha da chama.

Ruptura do tubo usualmente causada por falha na alimentao ou por sobreaquecimento.

Tambm podemos acrescentar como causas de exploses em aquecedores por vazamento de materiais inflamados de outras partes da planta.


AQUECEDORES E FORNOSMuitas exploses ocorrem no momento de ignio do queimador, quando feita uma tentativa de acender a chama. Uma situao comum quando a planta parada e formada uma nuvem de combustvel, tornando a atmosfera explosiva. Na tentativa de reacender o queimador novamente ocorre uma exploso devido o excesso de combustvel.

A principal ao manter uma boa isolao na linha principal de combustvel para o queimador. Para isolao no suficiente uma simples vlvula. Deve-se usar duplo bloqueio e vlvula de sangria. H diferentes visualizaes de qual mtodo o melhor e essa escolha pode ser afetada pelo tipo do combustvel.


AQUECEDORES E FORNOSOs tipos de partida do queimador podem ser por centelha de ignio, piloto constantemente ligado ou um piloto com temporizador.

A partida do queimador dada com o inicio da vazo de gs abaixo da vazo de gs. Esse perodo no maior que 5 segundos, tempo necessrio para a ignio ser checada e ento a vazo de combustvel estabilizada. essencial que se houver falha da chama o queimador, o mesmo deve ser desligado imediatamente.

A sequncia de operao para start-up do queimador deve ser cuidadosamente especificada e a sequencia da operao cuidadosamente seguida. Essa operao pode ser melhorada com o uso de operaes automatizadas e intertravamentos. 12Pablo Fernandes Costa de Marinho

AQUECEDORES E FORNOS desejvel que a fornalha onde a relao de rendimento do calor necessrio para vaporizar o lquido seja alta, caso o fluxo de alimentao seja reduzido isso pode resultar em um aumento desproporcional na temperatura de sada do tubo.

Muitos casos de ruptura de tubos em aquecedores de chamas ocorrem porque a vazo do processo cai muito ou cessa totalmente. Caso isso acontea essencial que a chama seja extinta imediatamente.13Pablo Fernandes Costa de Marinho

AQUECEDORES E FORNOSOs princpios de falha segura devem ser aplicados em um design de sistema de controle. O sistema de controle de temperatura de sada do fluido de sada da fornalha feito variando a vazo do fluido manipulado.

essencial que os instrumentos de medio do sistema de alarme e intertravamento seja diferente do de controle.

Os principais parmetros so: presso e vazo de combustvel, vazo de ar da combusto, razo entre combustvel e ar, vazo e temperatura de sada do fluido, estado da chama, e temperatura do tubo. 14Pablo Fernandes Costa de Marinho

AQUECEDORES E FORNOSO sistema de intertravamento deve ser feito fechando a vlvula de combustvel e purgando a fornalha. Essa condio deve acontecer nos casos de: Falha de alimentao eltrica, baixa presso de combustvel, falha na chama, baixa presso do ar de combusto, baixa presso do fluido de processo ou sada de temperatura alta.

Os dispositivos de verificao do estado da chama deve ter sistema de autoverificao peridico. Alm da chama principal deve ser monitorada a chama piloto, nos casos em que elas no so desligadas aps o acendimento da chama principal. 15Pablo Fernandes Costa de Marinho

COMPRESSORESPara que servem?

Ao pressurizar o gs o mesmo pode:

Deslocar-se a longas distncias em tubulaesSer armazenado em reservatrios (acumular energia)Realizar trabalho mecnico, atuando sobre dispositivos16Pablo Fernandes Costa de Marinho

COMPRESSORESO compressor uma mquina que tem como principal funo aumentar a presso de um gs ou fluido gasoso. Equipamentos como compressores e bombas so itens particularmente importantes em sistema de presso. No s pelo potencial de presso dos prprios equipamentos, mas tambm por todo o resto da planta que ficam submetidos presso e variao de vazo que causa vibraes. 17Pablo Fernandes Costa de Marinho

COMPRESSORESO compressor uma mquina que tem como principal funo aumentar a presso de um gs ou fluido gasoso. Equipamentos como compressores e bombas so itens particularmente importantes em sistema de presso. No s pelo potencial de presso dos prprios equipamentos, mas tambm por todo o resto da planta que ficam submetidos presso e variao de vazo que causa vibraes. 18Pablo Fernandes Costa de Marinho

COMPRESSORESOs compressores so desenvolvidos com sistemas de proteo de presso, temperatura e vibrao. Essa proteo feita atravs da medio dessas variveis por instrumentos, logo esse instrumentos tambm devem ter uma confiabilidade compatvel com o equipamento ao qual ele est ligado.

O compressor deve possuir sistema de purga, porm a purga constante considerado indesejado devido o riscos. Porm se um sistema de purga permanente for instalado, ele dever ser desativado quando o equipamento no estiver em uso.

Uma poro de liquido dentro de um compressor pode ser to destrutiva como uma bola de metal, portanto importante antes de um start-up checar se no h liquido em nenhuma parte do compressor.19Pablo Fernandes Costa de Marinho

COMPRESSORESCompressores alternativos Os compressores alternativos so compressores volumtricos que conseguem a elevao de presso atravs da reduo do volume de uma cmara ( cilindro ) ocupada pelo gs. Esse aumento conseguido atravs de um pisto ou embolo ligado a um sistema rotativo biela-manivela, no seu percurso na direo da cabea do compressor ( cabeote ).20Pablo Fernandes Costa de Marinho

COMPRESSORES ALTERNATIVOS

Fase de Admisso: Ao se deslocar o pisto, a vlvula de suco abre, permitindo a entrada do volume Vd de gs no cilindro, na presso P1, a mesma do reservatrio de suco.

Fase de Compresso: Com as vlvulas de suco e descargas fechadas, o pisto comprime o gs. O gs ao atingir a presso P2, abre-se a vlvula de descarga, permitindo a sada do gs para o reservatrio de descarga.


Fase de Descarga: O pisto desloca todo o gs que estava contido no cilindro para o reservatrio de descarga a uma presso constante P2, igual do reservatrio.

Fase de Expanso: Quando o pisto se deslocar ligeiramente, haver uma rpida expanso da pequena massa de gs no interior do cilindro. O gs ao atingir a presso P1, igual do reservatrio de suco, a vlvula de suco se abre e cilindro recebe nova massa de ar e o ciclo se repete.

COMPRESSORES ALTERNATIVOS22Pablo Fernandes Costa de Marinho

COMPRESSORESCompressores alternativos Deve-se proceder instalao do compressor, o mais prximo possvel da aplicao, num local de fcil acesso para se fazer uma manuteno eficaz e com uma boa ventilao para no haver o perigo de concentrao de gases (no caso dos compressores de refrigerao ) e de aquecimento excessivo do equipamento ( se por ventura a temperatura for muito elevada pode provocar o desligar no programado e diminuio da vida do lubrificante ).

No caso principalmente dos compressores a ar por estes terem tendncia a formar gua na instalao ( como foi dito anteriormente pode ser prejudicial), utiliza-se purgas para a retirar, no entanto se o ambiente tiver condies mais adversas, avalia-se a necessidade de instalar algo para secagem do ar.23Pablo Fernandes Costa de Marinho

COMPRESSORES ALTERNATIVOS24Pablo Fernandes Costa de Marinho

Um compressor centrfugo aumenta a presso do gs, acelerando-o enquanto ele escoa rapidamente atravs do impelidor, e convertendo posteriormente esse energia cintica em presso pela passagem do gs em um difusor.

A operao desse compressor portanto semelhante de uma bomba centrfuga. Contudo, a diferena significativa na performance de ambos se deve ao fato do gs ser um fluido compressvel.

COMPRESSORES CENTRFUGOS25Pablo Fernandes Costa de Marinho

Compressores centrfugos so principais mquinas de trabalho em processos industriais. Eles podem ser construdoscom custos muitos elevados. Embora a compresso obtida seja inferior a dos compressores alternativos, ele pode atingir uma vazo bastante maior.

O compressor centrfugo de um modo geral tem ainda presses limitadas, devido a:Sistema de selagem do eixo, principal fator limitante;Velocidade mxima do gs ( menor que a velocidade do som);Estrutura mecnica do impelidor.


Mltiplos EstgiosComo a transferncia de energia limitada pela rotao admissvel, frequentemente h a necessidade de empregar compressores de mltiplos estgios ou at em srie.

COMPRESSORES CENTRFUGOS




Os principais sintomas de mau funcionamento desses compressores so falha no rotor, eixo, rolamento ou vibrao.

Os rotores podem est desbalanceados ou deslocados axialmente. Esse desbalanceamento a frequente causa de falha dos rolamentos. Por esse motivo a falha dos rolamentos so as mais comuns em compressores centrfugos.

Vibraes podem causar danos para o eixo do compressor, assim como pode ser transmitida para a tubulao.


Um dos principais problemas de segurana encontrado nos compressores centrfugos gerado pelo efeito de Surge.

Imagine que existe um certo consumo de um determinado compressor e instantaneamente este consumo cesse, a presso ir aumentar rapidamente e o compressor tentar fechar sua vlvula de entrada para poder controlar a presso, isto causar um turbilhonamento interno nos estgios de compresso, o que pode causar diverso danos.


Para cada velocidade, existe uma vazo mnima abaixo da qual o compressor no pode ser operado numa condio estvel, este valor de vazo mnima conhecido como limite de surge. Este ponto alcanado quando o gs no tem velocidade suficiente para superar o aumento da presso, logo o fluxo invertido.Logo vlvulas de controle antisurge so usadas para evitar essa condio de instabilidade aumentando a vazo de suco, aliviando a presso de descarga e diminuindo a relao de compresso.


O surge incontrolado pode acarretar srios problemas mecnicos ao compressor, como danos aos mancais, impelidores, eixo e principalmente aos selos do compressor, alm de reduzir a vida til do equipamento e diminuir consideravelmente sua eficincia atravs de recirculaes internas ocasionadas por folgas internas.

Surges progressivos podem resultar em uma completa destruio do compressor.


O controle antisurge em compressores centrfugos consiste na instalao de uma vlvula de controle antisurge em uma linha de recirculao entre a descarga e a suco. O controlador antisurge deve ser programado para comandar a abertura da vlvula medida que o ponto de operao do compressor se aproxime da linha de surge, aliviando a presso de descarga e aumentando a vazo ou fluxo de forma que a vazo do compressor fique acima da vazo mnima. O controle antisurge possui 6 entradas analgicas.



FT = Transmissor de vazo ou fluxo PT = Transmissor de presso TT = Transmissor de temperatura ST = Transmissor de velocidade FY = Solenoide da vlvula de controle antisurge.34Pablo Fernandes Costa de Marinho

BOMBASBombas de processo

A maioria dasbombas de processamentoso centrfugas,embora as bombas alternativas sejam necessrias em alguns casos.Em alguns tipos de processos necessrio bombas backup em stand-by. Essa bomba debackup,tem que est preparada para ser iniciadarapidamentee ser confivel.Caso exista potenciaispontosfracosnas tubulaesde descarga, tal comouma mangueiraflexvel,adequadoainstalaruma vlvula de isolamentode emergnciaentreumabombaeorecipiente de alimentao.35Pablo Fernandes Costa de Marinho

BOMBASUm fenmeno que causa bastantes danos para as bombas centrifugas a cavitao. quando a presso do lquido cai abaixo da presso de vapor, avaporizaodo lquido ocorre, e o efeito final ser acavitao: bolhas de vapor podem reduzir ou parar o fluxo de lquido. O colapso violento das bolhas de cavitao cria uma onda de choque que pode literalmente escavar material dos componentes internos da bomba (geralmente a borda do propulsor) e criar rudo que mais frequentemente descrito como "bombear cascalho".

NPSH (NetPositiveSuctionHead) , o que significa na prtica carga lquida positiva de sucoou apenascarga positiva de suco. aenergia(carga) medida empressoabsolutadisponvel na entrada desucode umabomba hidrulica.


BOMBASBombas de Deslocamento Positivo

So menos comuns em planta de processo do que as bombas centrfugas, e so utilizados principalmente para o trabalho de alta presso.

O lado de descarga de uma bomba de deslocamento positivo requer proteo contra sobrepresso. O arranjo mais comum o fornecimento de uma vlvula de alvio de presso com a sua descarga voltou para o lado de suco.37Pablo Fernandes Costa de Marinho

TUBULAO E ACESSRIOSTubulaes para Compressores:

A tubulao de suco de um compressor deve ser o mais curta possvel e com o menor nmero possveis de acidentes;A tubulao de suco deve ser drenvel (separadores automticos ou vasos coletores), para evitar a entrada de qualquer quantidade de lquido no compressor. Filtros de admisso de ar devem ficar elevados (aproximadamente 2,0 m acima do solo);38Pablo Fernandes Costa de Marinho

TUBULAO E ACESSRIOSNa tubulao de descarga deve haver uma vlvula de segurana descarregando para rea segura e, logo aps, uma vlvula de bloqueio;

Amortecedores de pulsao de sada devem ficar o mais prximo possvel do compressor.

Devido as fortes vibraes nas linhas ligadas aos compressores alternativos, se necessrio devem ser previstas ancoragens, amortecedores de vibrao ou juntas de expanso especiais. 39Pablo Fernandes Costa de Marinho

ACIDENTE DE FLIXBOROUGH


ACIDENTE DE FLIXBOROUGHCausas

Um dos reatores havia sido removido para reparos, uma vez que apresentava uma trinca, e no seu lugar foi instalada uma tubulao temporria de 0,7 m de dimetro. Esta tubulao foi fabricada e instalada muito rapidamente pela equipe de manuteno local, sem um projeto adequado s mos. Na realidade, projeto um termo que dificilmente poderia ser usado neste caso, dado que o nico desenho disponvel era um croqui a giz no piso da oficina.

A tubulao tambm no foi adequadamente ancorada; estava meramente apoiada em andaimes.

A equipe que fabricou a tubulao tinha muita experincia prtica e entusiasmo, mas no sabia que o projeto de tubulaes de grande calibre para operar em presses e temperaturas razoveis (150 oC e 10 barg) era um trabalho para especialistas. Apesar de haver vrios engenheiros qumicos na fbrica, nenhum deles manifestou quaisquer dvidas sobre a integridade da tubulao.41Pablo Fernandes Costa de Marinho

ACIDENTE DE FLIXBOROUGHGerenciamento das modificaes

Na ocasio ainda no havia o reconhecimento de como as modificaes poderiam afetar o nvel de segurana de uma determinada instalao ou alterar as intenes de projeto e operao. Dessa forma no havia uma identificao formal de uma modificao e nem procedimentos de controle. Tais procedimentos de controle deveriam garantir que os aspectos de segurana da instalao modificada sejam verificadas em detalhe, a fim de garantir que os riscos sejam mantidos sob controle, que a integridade da instalao no seja afetada, que os critrios e intenes de projeto no sejam degradados e que no venha contrariar a legislao vigente


ACIDENTE DE FLIXBOROUGHO Evento e a Consequncia

Flixborough uma pequena cidade no condado de Humberside, regio nordeste da Inglaterra, que entrou para a histria no dia 1 de Junho de 1974. Neste local operava uma planta de caprolactama, onde ocorreu uma ruptura de tubulao e um grande vazamento de ciclohexano quente, cuja massa foi mais tarde estimada em 30 - 50 ton. Este vazamento vaporizou-se e originou uma nuvem de vapor no confinada, que explodiu momentos depois.

A onda de sobre-presso gerada pela exploso e o incndio subsequente causaram a morte de 28 pessoas. Alm destes, outros 36 funcionrios internos e mais 53 pessoas do pblico nos arredores sofreram leses graves. A planta foi integralmente destruda e o investimento necessrio para a reconstruo da planta e as indenizaes ao pblico vizinho foram estimados em US$ 180 milhes.43Pablo Fernandes Costa de Marinho

PROTEO CONTRA SOBREPRESSOSistemas de presso devem ser fornecidos com proteo contra falhas, particularmente falhas de sobrepresso. A proteo vista aqui considera situaes em que o aumento de presso relativamente gradual. Proteo contra exploso por sobrepresso ser tratado em outro capitulo.

Todo sistema de presso e recipiente de gs transportveis devem ser providos de dispositivos de proteo, e qualquer dispositivo destinado a liberao de contedo deve faz-lo de forma segura, tanto quanto for possvel.

exigido para sistemas com escoamento permanente, para a atmosfera ou para um espao presso atmosfrica, que seja mantido aberto e livre de obstruo em todos os momentos.


PROTEO CONTRA SOBREPRESSOBS 5500: 1991, exige que todo vaso de presso seja protegidos contra o excesso de presso ou vcuo. Se a fonte de presso ou de temperatura, no entanto, externo ao vaso e controlada de modo a que a sobrepresso do recipiente no possa ocorrer, o padro no requer o uso de um dispositivo de proteo.

Assim, uma proteo de sobrepresso no ser necessria se a fonte de presso uma bomba que tem uma presso de descarga mxima menos do que a presso de construo da embarcao.45Pablo Fernandes Costa de Marinho

PROTEO CONTRA SOBREPRESSOPara que um navio que subdividido, cada compartimento deve ser tratado como um recipiente separado e adequadamente ligado a um dispositivo de proteo. Por outro lado, a BS 5500 admite que em navios ligados em conjunto em um sistema tubulao de capacidade adequada, livre de potenciais bloqueios pode ser considerado como um sistema de vasos para aplicao de alvio de presso.

Os dispositivos de proteo previstos na norma so principalmente vlvulas de segurana e discos de ruptura que cumpram BS 6759: 1984 e BS 2915: 1990, respectivamente, mas tambm permite que outros dispositivos, desde que sejam adequadas e confiveis. Ela exige a manuteno de um registo de todos os dispositivos de proteo instalados na embarcao. 46Pablo Fernandes Costa de Marinho

PROTEO CONTRA SOBREPRESSOPrincipais necessidades do sistema de alvio:

Segurana fsica das pessoas. Minimizar as perdas qumicas durante os distrbios de presso. Segurana dos equipamentos. Evitar danos propriedade vizinha. Reduzir valor do seguro.


PROTEO CONTRA SOBREPRESSOFontes de sobrepresso

API RP 521 fornece orientao detalhada sobre as causas da sobrepresso. Os principais eventos podem ser resumidos como se segue:

Ligao a uma fonte de alta pressoAumento da entrada de calorFalha do tubo trocador de calorFluxo reverso.


PROTEO CONTRA SOBREPRESSOUm trocador de calor, como um refervedor, logo aps ser limpo podem ter temporariamente a sua eficincia aumentada.

Sempre que h um conjunto de colunas em srie, a perda de entrada de calor para uma coluna podem causar sobrepresso da coluna seguinte, devido a transportar de extremidades leves nas partes inferiores da primeira coluna, em seguida, o que sobrecarrega a segunda coluna.

Sobrepresso pode ser provocada pela expanso do lquido em uma seco da linha entre duas vlvulas de bloqueio fechado.

Um caso particular do aumento da entrada de calor um incndio na planta. 49Pablo Fernandes Costa de Marinho

PROTEO CONTRA SOBREPRESSOMecanismos de Defesa:

A primeira ao a ser tomada para diminuir os riscos a reduo da quantidade de materiais perigosos e o nmero de operaes perigosas na planta.

Controlar o processo dentro de regies de operaes seguras.

A instalao do Sistema de Alvio para lquidos ou gases antes que presses excessivas sejam atingidas.

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