petrobras n-0042

N-42 REV. F 11 / 2013

PROPRIEDADE DA PETROBRAS 63 páginas, Índice de Revisões e GT

Projeto de Sistema de Aquecimento

Externo de Tubulação, Equipamento e Instrumentação, com Vapor

Procedimento

Esta Norma substitui e cancela a sua revisão anterior.

Cabe à CONTEC - Subcomissão Autora, a orientação quanto à interpretação do texto desta Norma. O Órgão da PETROBRAS usuário desta Norma é o responsável pela adoção e aplicação das suas seções, subseções e enumerações.

CONTEC Comissão de Normalização

Técnica

Requisito Técnico: Prescrição estabelecida como a mais adequada e que deve ser utilizada estritamente em conformidade com esta Norma. Uma eventual resolução de não segui-la (“não-conformidade” com esta Norma) deve ter fundamentos técnico-gerenciais e deve ser aprovada e registrada pelo Órgão da PETROBRAS usuário desta Norma. É caracterizada por verbos de caráter impositivo.

SC - 17

Prática Recomendada: Prescrição que pode ser utilizada nas condições previstas por esta Norma, mas que admite (e adverte sobre) a possibilidade de alternativa (não escrita nesta Norma) mais adequada à aplicação específica. A alternativa adotada deve ser aprovada e registrada pelo Órgão da PETROBRAS usuário desta Norma. É caracterizada por verbos de caráter não-impositivo. É indicada pela expressão: [Prática Recomendada].

Cópias dos registros das “não-conformidades” com esta Norma, que possam contribuir para o seu aprimoramento, devem ser enviadas para a CONTEC - Subcomissão Autora.

Tubulação As propostas para revisão desta Norma devem ser enviadas à CONTEC - Subcomissão Autora, indicando a sua identificação alfanumérica e revisão, a seção, subseção e enumeração a ser revisada, a proposta de redação e a justificativa técnico-econômica. As propostas são apreciadas durante os trabalhos para alteração desta Norma.

“A presente Norma é titularidade exclusiva da PETRÓLEO BRASILEIRO S. A. - PETROBRAS, de aplicação interna na PETROBRAS e Subsidiárias, devendo ser usada pelos seus fornecedores de bens e serviços, conveniados ou similares conforme as condições estabelecidas em Licitação, Contrato, Convênio ou similar. A utilização desta Norma por outras empresas/entidades/órgãos governamentais e pessoas físicas é de responsabilidade exclusiva dos próprios usuários.”

Apresentação

As Normas Técnicas PETROBRAS são elaboradas por Grupos de Trabalho - GTs (formados por Técnicos Colaboradores especialistas da Companhia e das suas Subsidiárias), são comentadas pelas Unidades da Companhia e das suas Subsidiárias, são aprovadas pelas Subcomissões Autoras - SCs (formadas por técnicos de uma mesma especialidade, representando as Unidades da Companhia e as suas Subsidiárias) e homologadas pelo Núcleo Executivo (formado pelos representantes das Unidades da Companhia e das suas Subsidiárias). Uma Norma Técnica PETROBRAS está sujeita a revisão em qualquer tempo pela sua Subcomissão Autora e deve ser reanalisada a cada 5 anos para ser revalidada, revisada ou cancelada. As Normas Técnicas PETROBRAS são elaboradas em conformidade com a Norma Técnica PETROBRAS N-1. Para informações completas sobre as Normas Técnicas PETROBRAS, ver Catálogo de Normas Técnicas PETROBRAS.

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Sumário

1 Escopo ................................................................................................................................................. 6

2 Referências Normativas ...................................................................................................................... 6

3 Termos e Definições ............................................................................................................................ 6

4 Condições Gerais ................................................................................................................................ 9

4.1 Simbologia .............................................................................................................................. 9

4.2 Identificação ........................................................................................................................... 9

4.3 Requisitos Gerais para Sistema de Aquecimento Externo com Vapor ............................... 10

4.4 Isolamento Térmico .............................................................................................................. 11

4.5 Aquecimento de Tubulação ................................................................................................. 11

4.5.1 Diâmetros Utilizados para Ramal de Aquecimento ..................................................... 11

4.5.2 Seleção do Sistema de Aquecimento .......................................................................... 11

4.5.3 Comprimento Máximo Básico Contínuo de Cada Ramal de Aquecimento ................. 12

4.5.4 Seleção dos Troncos de Suprimento de Vapor e de Recolhimento de Condensado . 13

4.5.5 Profundidade Total das Bolsas .................................................................................... 13

4.5.6 Detalhes de Instalação................................................................................................. 14

4.5.7 Sistema de Purga ......................................................................................................... 14

4.6 Aquecimento Externo de Equipamentos .............................................................................. 15

4.6.1 Vasos de Pressão ........................................................................................................ 15

4.6.2 Detalhes Típicos das Instalações de Vapor de Aquecimento em Bombas ................. 15

4.6.3 Requisitos Gerais para o Sistema de Purga ................................................................ 15

4.7 Aquecimento de Instrumentos ............................................................................................. 15

4.8 Cálculo do Consumo de Vapor ............................................................................................ 16

4.9 Cálculo da Capacidade do Purgador ................................................................................... 16

4.10 Materiais para Linhas de Aquecimento .............................................................................. 16

Anexo A - Figuras .................................................................................................................................. 17

Anexo B - Roteiro de Cálculo de Aquecimento de Tubulações por Traço de Vapor ............................ 56

B.1 Objetivo .......................................................................................................................................... 56

B.2 Roteiro ............................................................................................................................................ 56

B.2.1 Calor Fornecido pelo Ramal ao Tubo de Processo (QST) ................................................ 56

B.2.1.1 Calor por Radiação do Ramal para o Tubo de Processo (QR) ................................. 56

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B.2.1.2 Calor por Condução do Ramal para Tubo de Processo (Qc) ................................... 57

B.2.2 Calor Perdido pelo Tubo de Processo ao Ambiente (QA)................................................. 59

B.2.2.1 Convecção e Radiação Externa (Qe) ....................................................................... 59

B.2.2.2 Condução no Isolamento Térmico (Qk) .................................................................... 60

B.2.2.3 Radiação, Condução e Convecção na Camada de Ar entre o Tubo de Processo e o Isolamento Térmico (QI) ........................................................................................... 61

B.2.3 Perda Direta de Calor para o Ambiente (QDIR) ................................................................. 61

B.3 Consumo De Vapor Em Regime Permanente (Cv) ....................................................................... 62

B.4 Lista de Variáveis e Propriedades ................................................................................................. 62

B.4.1 Variáveis Utilizadas .......................................................................................................... 62

B.4.2 Propriedades Utilizadas .................................................................................................... 62

Figuras

Figura 1 - Profundidade de Bolsa ............................................................................................................ 8

Figura 2 - Identificação de Sistemas de Aquecimento ............................................................................ 9

Figura 3 - Identificação de Sistema de Aquecimento em Trecho de Mudança de Número de Linha ..... 9

Figura 4 - Identificação de 2 ou Mais Sistemas no Mesmo Suprimento de Vapor ............................... 10

Figura 5 - Identificação de Sistema que Aquece Derivação ................................................................. 10

Figura A.1 - Esquema Geral De Aquecimento Por Vapor ..................................................................... 17

Figura A.2 - Arranjos Típicos de Suprimento de Vapor ........................................................................ 18

Figura A.3 - Tomadas Verticais para 2 ou Mais Linhas de Aquecimento Verticais .............................. 19

Figura A.4 - Arranjo Típico de Recolhimento de Vapor e Recolhimento de Condensado .................... 20

Figura A.5 - Arranjo Típico de Suprimento para Dois Ramais de Aquecimento ................................... 20

Figura A.6 - Vapor de Aquecimento para Troncos e Ramais ............................................................... 21

Figura A.7 - Ancoragens Típicas para Linhas de Aquecimento de DN Ø 3/4” e Maiores em Tubos de Aço carbono ou aço inoxidável ......................................................................................... 22

Figura A.8 - Guias para Linhas de Aquecimento .................................................................................. 22

Figura A.9 - Curvas de Expansão (Dilatadores) para Linhas de Aquecimento, Usando Vapor Saturado de Pressões Até 1,7 Mpa (17 Kgf/cm2) ............................................................ 23

Figura A.10 - Aquecimento De Válvulas ............................................................................................... 24

Figura A.11 - Aquecimento de Flanges ................................................................................................. 24

Figura A.12 - Detalhe Típico para Aquecimento de Estação de Controle ............................................ 25

Figura A.13 - Aquecimento de Linhas Horizontais e Verticais com Um Ramal de Aquecimento (RA) . 25

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Figura A.14 - Fixações Típicas para Ramais de Aquecimento ............................................................. 26

Figura A.14.1 - Aquecimento com 3 RA (Linhas Horizontais) .................................................... 26

Figura A.14.2 - Aquecimento com 4 RA (Linhas Verticais) ......................................................... 26

Figura A.14.3 - Aquecimento com 2 RA (Linhas Horizontais) .................................................... 26

Figura A.14.4 - Aquecimento com 2 RA (Linhas Verticais) ......................................................... 26

Figura A.15 - Arranjos de Tubulação .................................................................................................... 27

Figura A.15.1 - Suprimento de Vapor ......................................................................................... 27

Figura A.15.2 - Retorno de Condensado .................................................................................... 27

Figura A.16 - Instalações Típicas para Aquecimento de Vasos ........................................................... 28

Figura A.17 - Instalação Típica de Vapor de Aquecimento para Bombas ........................................ 29

Figura A.18 - Esquema Aquecimento Comum para Linhas de Pequeno Diâmetro ......................... 30

Figura A.19 - Linha de Aquecimento para Válvulas de Controle e Tomadas de Pressão em Linhas Aquecidas ............................................................................................................................ 30

Figura A.20 - Aquecimento para Medidor de Fluxo - Serviço com Líquido de Selagem ...................... 31

Figura A.20.1 - Caso 1 ................................................................................................................ 31

Figura A.20.2 - Caso 2 ................................................................................................................ 32

Figura A.21 - Aquecimento para Medidor de Fluxo com Caixa de Aquecimento ................................. 33

Figura A.22 - Aquecimento para Medidor de Fluxo com Caixa de Aquecimento - Serviços de Vapor (Usado em Regiões com Temperatura Abaixo de 0 °C) ...................................................................... 34

Figura A.23 - Alarme de Nível em Vaso ................................................................................................ 35

Figura A.24 - Controlador de Nível em Vaso ........................................................................................ 36

Figura A-25 - Controlador e Visor de Nível em “Bridle” ........................................................................ 36

Figura A.26 - Visor de Nível Duplo em Vaso ......................................................................................... 37

Figura A.27 - Caixa com Aquecimento a Vapor .................................................................................... 38

Figura A.28 - Aquecimento de Ramais para Manômetros .................................................................... 39

Figura A.28.1 - Manômetro Montado a Distância ....................................................................... 39

Figura A.28.2 - Manômetro com Sifão (Temperatura Abaixo de 0 ºC ........................................ 40

Figura A.28.3 - Manômetro Comum ............................................................................................ 40

Figura A.29 - Aquecimento para Medidor de Pressão - Serviço com Líquido de Selagem .................. 41

Figura A.30 - Ábaco para Cálculo do Aquecimento de Tubulações ..................................................... 42

Figura A.31 - Detalhes de Montagem do Sistema com Perfil de Alumínio ........................................... 43

Figura A.31.1 - Fixação e Montagem do Conjunto ..................................................................... 43

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Figura A.31.2 - Montagem Junto a Patins................................................................................... 43

Figura A.31.3 - Montagem Junto a Luvas ................................................................................... 43

Figura A.31.4 - Montagem em Curva ou Acessórios (Tês, Reduções) ...................................... 44

Figura A.31.5 - Montagem Junto a Soldas Circunferênciais da Tubulação ............................... 44

Figura A.32 - Geometria do Perfil .......................................................................................................... 45

Figura A.33 - Detalhes de Montagem do Sistema com Fita de Alumínio ............................................. 46

Figura A.33.1 - Montagem em Trecho Reto ............................................................................... 46

Figura A.33.2 - Montagem em Válvulas ou Filtros (1 Ramal Reto) ............................................ 46

Figura A.33.3 - Montagem em Válvulas ou Filtros (1 Ramal Enrolado) ..................................... 46

Figura A.34 - Montagem da Fita em Configurações Complexas do Ramal de Aquecimento (Exemplo: Ramal em Hélice) 47

Figura A.35 - Comprimento Máximo Para Ramal 3/4” .......................................................................... 48

Figura A.36 - Comprimento Máximo para Ramal 1/2” .......................................................................... 49

Figura A.37 - Comprimento Máximo para Ramal 3/4” com Fita ou Perfil de Alumínio ......................... 50

Figura A.38 - Comprimento Máximo para Ramal 1/2” com Fita ou Perfil de Alumínio ......................... 51

Figura A.39 - Consumo de Vapor para Ramal de 3/4” .......................................................................... 52

Figura A.40 - Consumo de Vapor para Ramal de 1/2” .......................................................................... 53

Figura A.41 - Consumo de Vapor para Ramal de 1/2” ou 3/4” com Fita ou Perfil de Alumínio ............ 54

Figura A.42 - Instalações Típicas para Aquecimento de Tanque de Enxofre ....................................... 55

Figura B.1 - Passo da Hélice do Traço de Vapor .................................................................................. 57

Figura B.2 - Dimensões Características De Montagem Da Fita ........................................................... 58

Figura B.3 - Perfil de Alumínio - Perímetro da Fita ............................................................................... 59

Figura B.4 - Ângulos de Troca Térmica Direta ...................................................................................... 60

Tabelas

Tabela 1 - Seleção de Sistemas de Aquecimento de Alta Performance .............................................. 12

Tabela 2 - Diâmetro do Tronco de Suprimento ..................................................................................... 13

Tabela 3 - Diâmetro do Tronco de Recolhimento de Condensado ....................................................... 13

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1 Escopo 1.1 Esta Norma fixa as condições exigíveis para a elaboração de projetos de sistemas de aquecimento externo de tubulações, equipamentos e instrumentos, utilizando-se vapor d’água, destinados às unidades industriais, compreendendo instalações de perfuração e produção terrestres e em plataformas marítimas, áreas de processo, áreas de utilidades, parques de armazenamento, terminais, bases de provimento, instalações auxiliares e estações de oleodutos. 1.2 Esta Norma não se aplica aos projetos de outros tipos de sistemas de aquecimento, tais como: aquecimento por camisa externa de vapor e aquecimento elétrico. 1.3 Esta Norma se aplica a projetos para a PETROBRAS, iniciados a partir da data de sua edição. 1.4 Esta Norma contém Requisitos Técnicos e Práticas Recomendadas. 2 Referências Normativas Os documentos relacionados a seguir são indispensáveis à aplicação desta Norma. Para referências datadas, aplicam-se somente as edições citadas. Para referências não datadas, aplicam-se as edições mais recentes dos referidos documentos (incluindo emendas).

PETROBRAS N-58 - Símbolos Gráficos para Fluxogramas de Processo e de Engenharia; PETROBRAS N-59 - Símbolos Gráficos para Desenhos de Tubulação; PETROBRAS N-75 - Abreviaturas para os Projetos Industriais; PETROBRAS N-76 - Materiais de Tubulação Para Instalações de Refino e Transporte; PETROBRAS N-116 - Sistemas de Purga de Vapor em Tubulações e Equipamentos; PETROBRAS N-250 - Montagem de Isolamento Térmico a Alta Temperatura; PETROBRAS N-381 - Execução de Desenho e Outros Documentos Técnicos em Geral; PETROBRAS N-550 - Projeto de Isolamento Térmico a Alta Temperatura; PETROBRAS N-1618 - Material para Isolamento Térmico; PETROBRAS N-1931 - Tubulação Para Instrumentação.

3 Termos e Definições Para os propósitos desta Norma são adotados os termos e definições indicadas em 3.1 a 3.18. 3.1 aquecimento externo aquecimento utilizando-se tubos com vapor d’água dispostos externamente à tubulação, equipamento ou instrumento a ser aquecido 3.2 temperatura de equilíbrio temperatura do equipamento ou tubulação, para determinadas condições ambientais, em regime permanente e na condição de inexistência de fluxo de produto. A temperatura de equilíbrio é obtida quando o calor fornecido pelo sistema de aquecimento se iguala ao calor perdido para o ambiente

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3.3 Sistema de Aquecimento (SA) sistema constituído pelos ramais de suprimento, aquecimento e sistema de purga 3.3.1 sistema de aquecimento convencional sistema para o qual a transferência de calor se dá, basicamente, por contato direto do ramal de aquecimento com a tubulação 3.3.2 sistemas de aquecimento de alta performance sistemas para os quais a transferência de calor do ramal de aquecimento para a tubulação é significativamente aumentada, possibilitando obter-se temperaturas mais próximas à do vapor. Destacam-se: sistema com perfil de alumínio e sistema com fita de alumínio 3.4 ramal de aquecimento ou traço de vapor linha de pequeno diâmetro, disposta externamente à tubulação ou equipamento, com a função de promover o aquecimento da tubulação ou equipamento (ver Figura A.5) 3.4.1 ramal de aquecimento reto apresenta configuração reta e paralela à tubulação 3.4.2 ramal de aquecimento helicoidal apresenta configuração em forma de hélice, enrolado externamente à tubulação ou equipamento 3.5 tronco principal de vapor tubulação de onde são alimentados os sistemas de aquecimento com vapor (ver Figura A.1) 3.6 tronco principal de condensado tubulação para onde é descarregado o condensado coletado pelos troncos de recolhimento de condensado (ver Figura A.1) 3.7 ramal principal de vapor tubulação de interligação entre o tronco principal de vapor e o tronco de suprimento de vapor (ver Figura A.1) 3.8 tronco de suprimento de vapor tubulação de onde são alimentados os diversos ramais de aquecimento de vapor (ver Figura A.1) 3.9 ramal de suprimento tubulação intermediária que interliga o tronco de suprimento a ramais de aquecimento (ver Figura A.1)

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3.10 ramal de condensado linha de pequeno diâmetro que transfere o condensado coletado no sistema de purga para o tronco de recolhimento ou tronco principal de condensado (ver Figura A.1) 3.11 tronco de recolhimento de condensado tubulação para onde é descarregado o condensado pelos sistemas de aquecimento (ver Figura A.1) 3.12 Vapor de Aquecimento (VA) vapor d’água saturado ou superaquecido que se constitui no fluido de aquecimento 3.13 sistema de purga ver PETROBRAS N-116 3.14 perfil de alumínio peça perfilada, fabricada por extrusão, utilizada para acoplar o ramal de aquecimento à tubulação, de forma a aumentar a troca de calor por condução térmica (ver Figura A.32) 3.15 fita de alumínio fita de largura 1/2” ou 3/4” e espessura 0,5 mm, disposta em forma de hélice externamente à tubulação e ramal de aquecimento, de forma a aumentar a troca térmica por condução e radiação (ver Figura A.33) 3.16 massa termocondutora massa de alta condutividade térmica utilizada para incrementar a transferência de calor por condução, entre 2 superfícies (ver 4.5.2.4) 3.17 comprimento básico contínuo de um ramal de aquecimento comprimento de tubo medido desde a válvula de bloqueio até o purgador 3.18 profundidade de bolsa compreende-se como a distância vertical, medida entre pontos baixos e altos sucessivos em um ramal de aquecimento, no sentido do fluxo, conforme Figura 1

NOTA: PROFUNDIDADE TOTAL DAS BOLSAS = A + B + C

Figura 1 - Profundidade de Bolsa

A

B

C


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4 Condições Gerais 4.1 Simbologia 4.1.1 Toda linha aquecida por vapor de aquecimento deve ser representada pelos símbolos e abreviaturas constantes das PETROBRAS N-58, N-59 e N-75. 4.1.2 Com relação a equipamentos e a instrumentos aquecidos, para os quais não existam símbolos nas normas citadas no 4.1.1, deve ser feita a indicação dos símbolos que venham a ser utilizados em todos os documentos (tais como: fluxogramas de engenharia, plantas de tubulação e folhas de dados) onde os equipamentos e instrumentos aquecidos apareçam. 4.2 Identificação 4.2.1 A identificação de um sistema de aquecimento (SA) em plantas de tubulação deve ser conforme a Figura 2.

4° SA da linha

Sentido dofluxo de vapor

Número cronológico dalinha onde será instalado

Identificação de SA

3° SA da linha

SA - 234 - 3

SA - 234 - 4

da linha

Início de um SA

Final de um SA

de ramais de aquecimentoN° indicativo da quantidade

Ramal de aquecimento

(3)

Tubulação aquecida

Figura 2 - Identificação de Sistemas de Aquecimento 4.2.2 Sempre que uma tubulação aquecida mudar de número, o número do SA continua inalterado até o ramal de condensado. Desse ponto em diante deve receber o número de outra linha conforme a Figura 3.

SA-237-1

10" - HC - 400 - 237 - Ba

SA-228-17

12" - HC - 400 - 228 - Ba

SA-228-17

Figura 3 - Identificação de Sistema de Aquecimento em Trecho de Mudança de

Número de Linha




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4.2.3 Quando se instalar 2 ou mais sistemas no mesmo suprimento de vapor, deve-se fazer a identificação conforme o exemplo da Figura 4.

SA

234-11

229-7

232-10

Figura 4 - Identificação de 2 ou Mais Sistemas no Mesmo Suprimento de Vapor 4.2.4 Quando um sistema de uma determinada linha aquecer também uma derivação, deve ser indicada a quantidade de sub-ramais que aquecem a derivação, conforme Figura 5.

instalar os sub-ramais

Linha principal com três ramais de aquecimento

O mesmo sub-ramal

alternadamente

vai e volta (1)+(1)

Repres. em planta

(3)

Somente 1 sub-ramal

Repres. em planta

quando indicado

aquece a derivação

Situação real

(1)

(3) (3)

(1)Mudança aço-cobre

(3)

Figura 5 - Identificação de Sistema que Aquece Derivação

4.2.5 Deve ser feita uma lista dos sistemas de aquecimento, em formulário próprio, respeitando a PETROBRAS N-381. O modelo é apresentado no Anexo C. 4.3 Requisitos Gerais para Sistema de Aquecimento Externo com Vapor 4.3.1 Não deve ser utilizada conexão roscada nas ligações. Utilizar solda de topo com o processo “TIG” ou solda de encaixe. Em sistemas passíveis de desmontagem utilizar flanges. 4.3.2 Utilizar aço-carbono em todo o sistema, a exceção dos casos em que for tecnicamente conveniente o uso de tubo de aço carbono ou de aço inoxidável. Observar o limite admissível de pressão X temperatura para tubos de aço carbono ou aço inoxidável conforme padronização Xb da PETROBRAS N-76.



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4.3.3 No caso de conformação e mudança de direção de tubo de aço-carbono, curvar a quente com areia, com raio de curvatura mínimo igual a 5 vezes o diâmetro externo do tubo. 4.3.4 O arranjo dos tubos ao redor de válvulas, bombas, etc., deve permitir sua remoção sem a necessidade de remoção do aquecimento. 4.3.5 Na alimentação das linhas de aquecimento (vapor e condensado) devem ser instalados suspiros em todos os pontos altos e drenos em todos os pontos baixos que não possuírem purgadores, mesmo que não sejam indicados no projeto. 4.4 Isolamento Térmico 4.4.1 As tubulações, equipamentos e instrumentos aquecidos devem ser isolados para a conservação de calor, em conjunto com as linhas de aquecimento. 4.4.2 Os materiais para isolamento a serem utilizados estão previstos na PETROBRAS N-1618 em função da sua melhor aplicação. 4.4.3 A montagem do isolamento deve estar de acordo com a PETROBRAS N-250. Deve-se garantir a inexistência de materiais de isolamento térmico entre o ramal de aquecimento e a tubulação. 4.4.4 A espessura do isolamento deve ser determinada pela PETROBRAS N-550. Em casos específicos, a espessura pode ser calculada e definida em função do sistema de aquecimento utilizado, de forma a permitir a economia decorrente de uma possível redução do número de ramais de aquecimento. 4.5 Aquecimento de Tubulação 4.5.1 Diâmetros Utilizados para Ramal de Aquecimento Os diâmetros utilizados para ramais de aquecimento devem ser de 3/8” para aço carbono ou aço inoxidável, 1/2” para aço inoxidável (OD) e 1/2” e 3/4” para aço-carbono. 4.5.2 Seleção do Sistema de Aquecimento O sistema de aquecimento deve ser especificado de forma a se obter a temperatura de equilíbrio requerida. 4.5.2.1 Sistema de Aquecimento Convencional com Ramais Retos A seleção dos diâmetros e quantidades de ramais de aquecimento deve ser feita utilizando-se a metodologia de cálculo do Anexo B ou através do ábaco da Figura A.30. 4.5.2.2 Sistema de Aquecimento Convencional com Ramal Helicoidal Usar tubos de aço carbono ou de aço inoxidável, conforme o 4.5.1. Deve ser utilizado em tubulações de pequeno diâmetro (até 2”), que apresentam muitas mudanças de direção e acessórios, bem como em válvulas. O passo de hélice é definido utilizando-se a metodologia de cálculo do Anexo B.




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Deve ser utilizado em tubulações de grande diâmetro (igual e acima de 24”) bem como em válvulas. O passo de hélice é definido utilizando-se a metodologia de cálculo do Anexo B. 4.5.2.3 Sistemas de Aquecimento de Alta Performance Devem ser utilizados nos casos em que se deseja reduzir o número de ramais de aquecimento, principalmente para produtos de alta viscosidade. Para a escolha do tipo de sistema de alta performance, consultar Tabela 1. NOTA 1 Número de ramais para os sistemas de alta performance deve ser determinado de acordo

com a metodologia de cálculo do Anexo B. Como aproximação, pode se considerar o número de ramais igual à metade do número definido pelo ábaco da Figura A.30.

NOTA 2 Em trechos longos, como em tubovias, recomenda-se o uso do sistema com perfil de alumínio. Deve-se garantir um bom acoplamento do perfil de alumínio com o ramal e a tubulação a ser aquecida. A geometria do perfil, bem como detalhes de montagem estão mostrados nas Figuras A.31 e A.32. [Prática Recomendada]

NOTA 3 Em curvas, conexões e acessórios, onde a montagem do sistema com perfil é inviável, o sistema deve ser complementado com o uso da fita de alumínio.

NOTA 4 Para o sistema com fita, recomenda-se o recobrimento total da tubulação e ramal. Os detalhes de montagem estão mostrados na Figura A.33. Para configurações complexas do ramal de aquecimento, onde é difícil o recobrimento total, adotar o esquema de montagem indicado na Figura A.34. [Prática Recomendada]

NOTA 5 Para sistemas de alta performance o diâmetro do ramal de aquecimento deve ser de 1/2”.

Tabela 1 - Seleção de Sistemas de Aquecimento de Alta Performance

Configuração Sistema recomendado

4 ” Trechos curtos Fita

Trechos longos Fita ou perfil

6 ”

Trechos curtos e com muitas curvas

Fita

Trechos longos Perfil

Válvulas, filtros, potes de selagem

- Ramal helicoidal de aço

carbono ou aço inoxidável ou opcionalmente fita

Curvas, conexões, e acessórios

- Fita

4.5.2.4 A massa termocondutora não deve ser usada, visto que perde eficácia ao longo do tempo. 4.5.2.5 Para o aquecimento de válvulas, filtros ou acessórios, com produtos de alta viscosidade, utilizar sistema de aquecimento helicoidal ou, opcionalmente, sistema com fita de alumínio. 4.5.3 Comprimento Máximo Básico Contínuo de Cada Ramal de Aquecimento O comprimento máximo básico contínuo de cada ramal de aquecimento deve ser determinado pelos gráficos das Figuras A.35 a A.38. 4.5.3.1 No caso de projetos em tubovias com 2 ou mais tubulações aquecidas em paralelo, padronizar o comprimento, utilizando o menor valor obtido para cada linha individualmente, a fim de reduzir o número de estações de purga.

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4.5.3.2 Para sistemas com baixa pressão de vapor (menor que 3,0 kgf/cm2), verificar o comprimento máximo em função da capacidade do purgador selecionado. O comprimento é igual á capacidade dividida pelo consumo por unidade de comprimento conforme o 4.8. 4.5.3.3 Para cada curva empregada, o comprimento máximo básico contínuo deve ser reduzido em 0,50 m. 4.5.3.4 Reduções no diâmetro são aceitáveis para aquecimento de instrumentos ou pequenos equipamentos. Nesse caso, deve ser observada uma redução de comprimento da linha para compensar a perda de capacidade pela diminuição do diâmetro. 4.5.4 Seleção dos Troncos de Suprimento de Vapor e de Recolhimento de Condensado 4.5.4.1 O diâmetro do tronco de suprimento de vapor deve obedecer a Tabela 2.

Tabela 2 - Diâmetro do Tronco de Suprimento

Número de Ramais de Aquecimento Diâmetro do Tronco Suprimento DN 3/8” DN 1/2” DN 3/4”

1 a 2 1 - 1/2”

3 a 5 2 a 4 1 3/4”

6 a 8 5 a 6 2 a 3 1”

09 a 18 7 a 12 4 a 7 1 1/2”

19 a 28 13 a 16 8 a 11 2”

- - 12 a 16 3”

NOTA 1 Os ramais de aquecimento devem ser selecionados conforme o 4.5.2. NOTA 2 Para DN de ramais de aquecimentos heterogêneos, considerar as seções e

reduzir a um único número de DN equivalente. NOTA 3 Pode ser utilizada para determinar diâmetro do ramal de suprimento. [Prática

Recomendada] NOTA 4 Para sistema de alta performance o diâmetro do tronco deve ser selecionado

conforme Tabela 2 com o dobro do número de ramais.

4.5.4.2 Para a seleção do diâmetro mínimo do tronco de recolhimento de condensado, deve ser usada a Tabela 3.

Tabela 3 - Diâmetro do Tronco de Recolhimento de Condensado

Número de purgadores Diâmetro do tronco de condensado

1 a 2 3/4”

3 a 5 1”

6 a 15 1 1/2”

16 2”

4.5.5 Profundidade Total das Bolsas 4.5.5.1 A profundidade total das bolsas não deve ultrapassar 20 % da altura manométrica equivalente à pressão do vapor (PTB[m] < 2 x Pvapor[kgf/cm

2]).

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4.5.5.2 A profundidade das bolsas consideradas individualmente não deve ultrapassar 5 % da altura manométrica equivalente à pressão de vapor (PB[m] < 0,5 x Pvapor[kgf/cm

2]).

4.5.6 Detalhes de Instalação 4.5.6.1 Devem ser instaladas válvulas de bloqueio nos pontos de conexão com os troncos de suprimento de vapor e recolhimento de condensado, a fim de que o sistema de aquecimento possa ser liberado sempre que necessário. 4.5.6.2 Devem ser usados preferencialmente “manifolds” compactos de suprimento de vapor e recolhimento de condensado. 4.5.6.3 Deve ser usado, sempre que possível tubos curvados, reduzindo o uso de conexões a um valor mínimo. 4.5.6.4 Os efeitos dos movimentos de expansão dos ramais de aquecimento devem ser controlados por restrições e dilatadores, conforme indicado na Figura A.9. Para absorver os movimentos de expansão devem ser deixadas folgas nas aberturas por onde os dilatadores saem do isolamento. Deve ser aproveitada a presença de flanges e válvulas para a instalação de dilatadores. 4.5.6.5 Os ramais de aquecimento retos devem ser fixados a cada intervalo de 1 m, através de fitas de aço largura 12,7 mm x 0,5 mm espessura ou arame BWG 16, de aço galvanizado e recozido, conforme a PETROBRAS N-1618. Para ramais com perfil de alumínio, utilizar sempre fita de aço. 4.5.6.6 A posição do ramal de aquecimento está indicada nas Figuras A.13 e A.14. No caso específico de um ramal, deve ser fixado na geratriz inferior do tubo. 4.5.6.7 Linhas de DN até 1 1/2”, a serem aquecidas, podem ser agrupadas e isoladas em um único bloco de aquecimento, como na Figura A.18. Linhas de DN 2” e maiores sempre devem ser aquecidas individualmente. [Prática Recomendada] 4.5.6.8 Cada ramal de aquecimento deve ter sua válvula de bloqueio, colocada o mais próximo possível do tronco de suprimento de vapor. 4.5.6.9 Para ramais de aquecimento de aço-carbono ver Figuras A.10 e A.11. 4.5.6.10 Somente devem ser previstos flanges, nos ramais de aquecimento, junto a válvulas quando estritamente necessário. (Ver Figura A.10). 4.5.6.11 Os arranjos típicos de tubulação de suprimento de vapor e recolhimento de condensado são apresentados nas Figuras A.2 a A.6, A.12 e A.15. 4.5.7 Sistema de Purga Para detalhes de instalação do sistema de purga, deve ser consultada a PETROBRAS N-116.



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4.6 Aquecimento Externo de Equipamentos 4.6.1 Vasos de Pressão 4.6.1.1 Os vasos que necessitarem aquecimento externo devem ser aquecidos, preferencialmente, com tubos de aço carbono ou aço inoxidável em disposição helicoidal. O isolamento deve obedecer ao 4.4. 4.6.1.2 Devem ser indicados na folha de dados do equipamento e fluxogramas o diâmetro da linha de aquecimento, a área coberta pelo aquecimento e as características do isolamento. 4.6.1.3 Detalhes típicos de instalações para aquecimento de vasos encontram-se na Figura A.16. 4.6.2 Detalhes Típicos das Instalações de Vapor de Aquecimento em Bombas 4.6.2.1 Os detalhes típicos das instalações de vapor de aquecimento em bombas encontram-se na Figura A.17, podendo também ser empregado o sistema de aquecimento helicoidal. 4.6.2.2 As tubulações de sucção, descarga e a carcaça da bomba devem ter ramais de aquecimento independentes. 4.6.2.3 A linha de aquecimento deve ser colocada junto à carcaça da bomba e presa por meio de arames ou clipes. 4.6.2.4 Os flanges devem ser colocados de modo que a remoção da bomba não seja dificultada pelo sistema de aquecimento. 4.6.3 Requisitos Gerais para o Sistema de Purga Os requisitos gerais para o sistema de purga (subseção 4.5.7) também são aplicáveis ao aquecimento de equipamentos. 4.6.4 Aquecimento interno de tanque de enxofre Os detalhes típicos para aquecimento de tanque de enxofre devem ser conforme Figura A.42. 4.7 Aquecimento de Instrumentos 4.7.1 Os requisitos gerais para linhas com vapor de aquecimento se aplicam também a instrumentos, com as exceções abaixo:

a) indicadores de nível devem ser aquecidos com tubos de aço carbonoou de aço inoxidável, conforme 4.5.1;

b) linhas de medidores de fluxo devem ser aquecidas com tubos de aço carbono ou de aço inoxidável, conforme 4.5.1.

4.7.2 Linhas de pequenos diâmetros, para instrumentos, podem ser agrupadas e isoladas conforme 4.5.6.7. [Prática Recomendada]

erct

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4.7.3 Os detalhes típicos das instalações de aquecimento de instrumentos podem ser vistos nas Figuras A.12, A.19 a A.29. 4.8 Cálculo do Consumo de Vapor O consumo de vapor, em kg/h, de um ramal é igual ao consumo por unidade de comprimento dado nas Figuras A.39, A.40 e A.41, multiplicado pelo comprimento do ramal em metro. 4.9 Cálculo da Capacidade do Purgador A capacidade é determinada através da curva do fabricante em função da pressão diferencial entre os pontos a montante e a jusante do purgador. Devem ser usados os purgadores qualificados e aprovados conforme a PETROBRAS N-116. Caso a capacidade do purgador seja ultrapassada, o ramal deve ser dividido. 4.9.1 A pressão a jusante é igual à pressão atmosférica ou à pressão da linha de retorno de condensado. 4.9.2 A pressão a montante é igual à pressão do vapor menos a perda de carga máxima esperada no ramal. 4.9.3 Para os comprimentos de ramal obtidos conforme o 4.5.3 e considerando a profundidade máxima das bolsas conforme o 4.5.5.1, a perda de carga pode ser estimada pela seguinte fórmula:

38,0Px286,0P vapor]2cm/kgf[

4.10 Materiais para Linhas de Aquecimento Os materiais para linhas de aquecimento devem ser conforme a PETROBRAS N-116.



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Figura A.2 - Arranjos Típicos de Suprimento de Vapor

aquecimento

ou compacto"Manifold" convencional


necessário o uso contínuo deprincipal de vapor no caso de serpode ser feita tambem no troncoA tomada de vapor de aquecimento

Tronco de suprimento de vapor

Ver Figura A-3

Ramal principal

Tronco principal de vapor

(se necessário)Adaptador aço x cobre



ao equipamento a ser aquecidode vapor dever feita próximoSempre que possível a tomada

Ramal de suprimento

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Tronco de suprimento de vapor outronco principal de vapor

Figura A.3 - Tomadas Verticais para Duas ou mais Linhas de Aquecimento Verticais

Esta válvula e o dreno nãosão necessários, no casode se tratar de um troncode suprimento de vapor

Tronco principalde condensado

Tronco de recolhimentode condensado

Sistema de purga

Ramais de condensado

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Figura A.4 - Arranjo Típico de Recolhimento de Vapor e Recolhimento de Condensado

de vaporTronco de suprimento

Figura A.5 - Arranjo Típico de Suprimento para Dois Ramais de Aquecimento

de purga

Para sistema


Ver Figura A.10

Isolamento


de purgaPara o sistema

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Sistema de purga

Figura A.6 - Vapor de Aquecimento para Troncos e Ramais

(se necessário) (típico)Adaptadores aço x cobre

recolhimento de condensado

de suprimento de vapor

tronco principalde vapor ou tronco

Tronco principal ou de

Ramais de aquecimento

de purgaSistema

Válvula de bloqueio

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Figura A.7 - Ancoragens Típicas para Linhas de Aquecimento de 3/4" e maiores em Tubos de Cobre

Figura A.8 - Guias para Linhas de Aquecimento

Chapa USG 16 x 1"

Chapa 1 1/2" x 1/4"

Solda para aço oubrasagem para cobre

brasagem para cobreSolda para aço ou

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aquecim.

Figura A.9 - Curvas de Expansão (Dilatadores) para Linhas de Aquecimento, Usando Vapor Saturado de Pressões Até 1,7 MPa (17 kgf/cm²)

Arame galvanizado Nº16

a cada 1 000 mm ~

dilatador forem usados

quando mais de umVer tabela abaixo

âncora entre dilatadores

A

~~ Guia

8 m até 25 m

1 Dilatador

Curvas de expansão(Dilatadores)Dimensões em (mm)

3/8" Não 450

750

450

3/4"

1/2"

900

450

(in)

ramalDN do

de B

Cu AC

60

120

75

Cu

Alternativas

menoresR

AC

8 m ouA

máximo

Cu AC

em trecho reto

um dilatador é usado

extremidade quando

Âncoras em cada

Mín.2 R

A - 1

(Típ.)150

B

A - 2

B

~

B

NOTA 1 Um dos meios para permitir a expansão de tubos de cobre é desenrolá-lo diretamente da bobina mantendo suas ondulações e fixá-lo ao tubo.NOTA 2 Sempre que possível, o dilatador deve ficar no plano horizontal. Coleta múltipla só pode ser utilizada com dilatador no plano horizontal. Quando não for possível, usar preferencialmente as alternativas, das Figuras A.1 e A.2. Opcionalmente pode ser em forma de uma única espira.NOTA 3 Quando o dilatador é necessário, usar âncoras de acordo com a Figura A.7. Quando não é necessário, usar tiras de aço para mudanças de direção.

Não

Não

Não Não

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Figura A.10 - Aquecimento de Válvulas

NOTA Flange do ramal de aquecimento é opcional.

Isolamento - o mesmo da linha. Não é necessarioØ > 4"Fazer lira conforme a figura

Contorná-la em qualquer diâmetro

Ø < 3" Contorná-la

Figura A.11 - Aquecimento de Flanges

(Ver Figura A.8)Guia

~

~

1 Traço Ø 1/2"

2 traçadosUsar no máximo

(orientação para campo)

Locar os flanges forado isolamento

Válvula comum

Válvula controle

removível

Isolamento

~

Arame

~ ~

(Ver Figura A.8)

Ø < 3" O mesmo da linha não é necessário

quando da utilizaçãode coleta múltiplas

Posição horizontal e obrigatória

Guia (Ver Figura A.8)

~

(Típico)

do isolamento

(Ver Figura A.8)Guias

(orientação para campo)

Locar os flanges fora

Ø > 4" Removível

Ser removível

~ ~

Usar apenas

guia

~ ~

Arame

1 traço

Detalhe para vávula até 3"Detalhe para flange de 4"

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Arame ou fita a cada 1 m

Válvula de globo

Figura A.12 - Detalhe Típico para Aquecimento de Estação de Controle

Figura A.13 - Aquecimento de Linhas Horizontais e Verticais com um Ramal de Aquecimento ( R. A. )


Linha aquecida

Para sistema de purga


requerido para seguraçaNão isolar, exceto quando

pessoal

150 mm

Posição opcionalUsar Figura A.10

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Figura A.14 - Fixações Típicas para Ramais de Aquecimento

Ver item 4.5.6.6

FIGURA A.14.3 - Aquecimento com 2 R. A. (Linhas Horizontais)

30° 30°

FIGURA A.14.1 - Aquecimento com 3 R. A. (Linhas Horizontais)

30° 30°

Figura A.14.4 - Aquecimento com 2 R. A. (Linhas Verticais)

FIGURA A.14.2 - Aquecimento com 4 R. A. (Linhas Verticais)

NOTA O ramal de aquecimento (R.A.) pode sofrer em seu alinhamento, pequenos desvios de contorno, sempre que encontre algum patim, retomando, em seguida o alinhamento anterior.

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-PÚBLICO-

Figura A.15 - Arranjos de Tubulação

Válvula de bloqueio do

Adaptador aço/cobre quandoo ramal for de cobre

Ramal de suprimento de vapor

Figura A.15.1 - Suprimento de Vapor

Tronco de recolhimento

~

de condensado Linhaaquecida

ramal de condensado

~

Válv. gaveta


Alternativa~

~

~mais de um sistemaOpção de retorno para

Sistema

de Purga

Para o

Linha(s) aquecida(s)

Figura A.15.2 - Retorno de Condensado

Adaptador aço/cobre quandoo ramal for de cobre

Alternativa

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Figura A.16 - Instalações Típicas para Aquecimento de Vasos

~

Suprimento de vapor

no fundo do vasoSerpentina com afastamento de 150 mm

P/o sistemade purga

~

~

~

150 mm

Do suprimento de vapor

~

~

150 mm

~

~

Vista planificada

P/o sistemade purga

P/o sistemade purga

P/o sistemade purga

P/o sistemade purga

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Figura A.17 - Instalação Típica de Vapor de Aquecimento para Bombas

~

~ ~

~

Para o sistema de purga

(se necessário)Adaptador

~

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-PÚBLICO-

Figura A-18 - Esquema para Aquecimento Comum para Linha de Pequeno Diâmetro

Figura A.19 - Linha de Aquecimento para Válvulas de Controle e Tomadas de Pressão em Linhas Aquecidas

~

NOTA Ver Figura A.10.

Para osistema de purga

~

Cobertura (folha metálica)

~

linha deaquecimento

de 1 1/2" de espessuraBloco isolante


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-PÚBLICO-

Figura A.20 - Aquecimento para Medidor de Fluxo - Serviço com Líquido de Selagem

com afastamentos de 1 m

Ramal de aquecimento Ø 3/8" D.E.

Prender com arame galvanizadorecozido Nº 16, ao redor do tubo

Figura A.20.1 - Caso 1

~


Linhas de processo Ø 3/8" D.E.

Isolamento de coberturapara tubo Ø 1"

Ramal de aquecimento -1/2"

Conexão fêmea3/8" T x 1/2" P

Pote de selagem

~

I

Ver detalhe "B"

Ver detalhe "A"

Detalhe "A"

Detalhe "B"

Ver Nota

NOTA Aumentar o número de tubos de "steam tracer" quando operando com produtos pesados.

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-PÚBLICO-

Figura A.20 - Aquecimento para Medidor de Fluxo - Serviço com Líquido de Selagem

Figura A.20.2 - Caso 2

Ramal aquecimento

3/8" T x 1/2" PConexão fêmea

~


Tubo de cobre 3/8" D.E.

~

NOTA Aumentar o número de tubos de "steam tracer" quando operando com produtos pesados.

Ver Nota

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-PÚBLICO-

Figura A.21 - Aquecimento para Medidor de Fluxo com Caixa de Aquecimento

aquecimento - 1/2" D.E.


Ramal de

~



~

Ver detalhe E "B" da Figura A.20.1

de cobre 3/8" D.E.União para tubo

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-PÚBLICO-

Figura A.22 - Aquecimento para Medidor de Fluxo com Caixa de Aquecimento - Serviço de Vapor

NOTA Usados em regiões com temperatura abaixo de 0º C.


~

aquecimento-1/2" DERamal de

de cobre 3/8" D.E.

União para tubo

Conexão fêmea


3/8" T x 1/2" D.E.

~

Ver detalhes "A" e "B"da Figura A.20.1

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-PÚBLICO-

Figura A.23 - Alarme de Nível em Vaso

Alarme de nível

Tubo de cobre-3/8"D.E.

Ramal de aquecimento - Ø 1/2"

~ Conexão fêmea - 3/8" T x 1/2" P

Conexão fêmea - 3/8" T x 1/2" P

Para o sistema de purga~

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-PÚBLICO-

Figura A.25 - Controlador e Visor de Nível em "BRIDLE"

Figura A.24 - Controlador de Nível em Vaso

Ramal de aquecimento Ø 1/2"


Para o sistema de purgaConexão fêmea - 3/8" T x 1/2" P

Tubo de cobre 3/8" D.E.




Ramal de aquecimento Ø 1/2"

deNível

Controlador

Tubo de cobre3/8"D.E.

Controlador

nívelde

~

nívelde

Indicador

~

~

~

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-PÚBLICO-

Figura A.26 - Visor de Nível Duplo em Vaso

Indicador de nível

~

~

Ramal de aquecimento - Ø 1/2"



Tubo de cobre - 3/8" D.E.


Indicador de nível


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-PÚBLICO-

Figura A.27 - Caixa com Aquecimento a Vapor


~Tubo de cobre - 3/8" D.E.

Para sistema de purga~

Conexão fêmea


3/8" T x 1/2" P

1/2" DN

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-PÚBLICO-

Figura A.28 - Aquecimento de Ramais para Manômetros

FIGURA A.28.1 - Manômetro Montado a Distância

NOTA 1 Evitar a montagem de qualquer instrumento (principalmente as superfícies de maior área) que estejam sendo aquecidas porpor vapor de aquecimento, em contato direto com as placas ou suportes de fixação.

NOTA 2 Prover abertura no isolamento a fim de permitir a operação do disco de "Blow-out" do manômetro. NOTA 3 Para fluídos muito viscosos utilizar pote de selagem e aquecimento conforme Figura A-29.

Ramal de vapor de aquecimento - Ø 1/2"




Ver Nota1

~


~

I

~

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-PÚBLICO-

Figura A.28 - Aquecimento de Ramais para Manômetros

NOTA 1 Evitar a montagem de qualquer instrumento (principalmente as superfícies de maior área) que estejam sendo aquecidas porvapor de aquecimento, em contato direto com as placas ou suportes de fixação.

NOTA 2 Prover abertura no isolamento a fim de permitir a operação do disco de "Blow-out" do manômetro. NOTA 3 Para fluidos muito viscosos utilizar pote de selagem e aquecimento conforme Figura A-29.

Para o purgador

Figura A.28.2 - Manômetro com Sifão

~

Conexão

Aquecimento Ø 3/8"em tubo de cobre

fêmea-3/8" T x 1/2" P

linha de

(Temperatura abaixo de 0° C)

~Conexão fêmea3/8" T x 1/2" P

~

~

Ver Nota 1


~

Figura A.28.3 - Manômetro Comum

Ø 1/2"



F

~

~

~

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-PÚBLICO-

Figura A.29 - Aquecimento para Medidor de Pressão - Serviço com Líquido de Selagem



~ ~de purgaPara o sistema

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-PÚBLICO-

Diâmetro nominal da tubulação

7-Trace pelo ponto "B" uma paralela à reta "NQ", determinadoo número necessário de tubos de aquecimento,no caso,

8-A perda de calor por hora e por metro de tubo, deve ser a

Diâmetro

tubosdos

Carga Térmica

Espessura do isolamento (Hidrossilicato de Ca) = 1 1/2"1-Trace uma reta passando pelo ponto "A" e pelo diâmetro do tubo,

até o ponto "M", na reta da espessura do isolamento.

4-Marque o ponto da diferença Ta - Tm no eixo T (ponto P).5-Trace uma perpendicular pelo ponto "P" até a reta de "M" à

6-Trace uma reta do ponto "Q" ao ponto "N", correspondente à

Figura A.30 - Ábaco para Cálculo do Aquecimento de Tubulações

Espessura do isolamento (Pol.)(Hidrossilicato de cálcio)

kcal/h.m

Nº de tubos deaquecimento

3

4 4

1"

13/4"1

300 280 260 240 220 200 180

1"

22

3 3

4

2

1 1/2"

B

diferença Tv - Tm.

servem 2 tubos de 1/2".

ordenada do ponto "Q".

Dados: Diâmetro do tubo: 10"

Temperatura do vapor: Tv = 202 ºC

Tv - Tm = 202 - 40 = 162 ºC.

origem, determine o ponto "Q".

Temperatura de aquecimento: Ta = 120 ºC

Temperatura ambiente máxima Tm = 40 ºC

2-Trace uma reta do ponto "M"até a origem. 3-Calcule a diferença Ta - Tm = 120-40 = 80 ºC, e

Exemplo de uso:

2 1/2"

1 1/2"

2"

3"

24" 16"18"20" 14"

M

P

Máxima deTemperatura

160 140 100120 80 60 2040

Q

N

Diferença

0

30

20

40

10

80

70

50

60

100

110

90

150

140

130

120

170

160

180

8"10"12" 6" 3"4" 2"

A

200

210

190

240

220

230

270

250

260

300

280

290

T

(°C)

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43

-PÚBLICO-

Figura A.31 - Detalhes de montagem do Sistema com Perfil de Alumínio

Figura A.31.1 - Fixação e Montagem do Conjunto

Figura A.31.2 - Montagem Junto a Patins

A

FIGURA A-31.3 - Montagem Junto a Luvas

Isolamento térmicoA

Folga a cada 5 cm acada 6 m (para dilatação) Selo

700

Apertar cinta (selo)para garantir bom acoplamento

Cinta aço inox0,5 mm espessura1/2" largura

Corte "A"

Isolamento térmico

Traço de vapor

Perfil

Tubulação de processo

Solda Luva

Interromper perfil

Cinta aço inox0,5 mm espessura1/2" Largura

(Ver Figura A.32

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44

-PÚBLICO-

Figura A.31 - Detalhes de montagem do Sistema com Perfil de Alumínio

Figura A.31.5 - Montagem Junto a Soldas Circunferênciais da Tubulação

Figura A.31.4 - Montagem em Curva ou Acessórios (Tês, Reduções)

Interromper perfil

Recobrimento da curvacom fita de alumínio

Interromper perfil ou analisar superfíciepor esmerilhamentopara garantir bom acoplamento

Solda Selo

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45

-PÚBLICO-

Figura A.32 - Geometria do Perfil

R = Raio externo do traço de vapor

cR = 3 mmBeta

R =

Raio

exte

rno

do tu

bo

Gama

6 mm

NOTA 1 Material do perfil: alumínio 6063-T5, acabamento anodizado.NOTA 2 Comprimento do perfil: 6 m.

20º

30º

40º

DN da tubulação (pol.)

ÂnguloBeta

ÂnguloGama

Raio externo do tubo mm) (Ver Notas 1 e 2) NM

11.149.35611.149.36811.149.37011.149.372

11.149.373

468

1012141618202224

130º

57,384,3

109,7136,7162,5178,0203,3228,7254,2279,7305,2

N-42 11 / 2013REV. F

46

-PÚBLICO-

Figura A.33 - Detalhes de Montagem do Sistema com Fita de Alumínio

FIGURA A-33.3 - Montagem em Válvulas ou Filtros (1 Ramal Enrolado)

Figura A.33.2 - Montagem em Válvulas ou Filtros (1 Ramal Reto)

Figura A.33.1 - Montagem em Trecho Reto

Recobrimento em espiral semespaçamento entre as espiras

espessura 0,5 mm x largura 19 mmFita de alumínio

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-PÚBLICO-

Figura A.34 - Montagem da Fita em Configurações Complexas do Ramal de Aquecimento (Ex.: Ramal em Hélice)

Taço de vapor

Fitas longitudinais

Fita enrolada

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-PÚBLICO-


Pessão manométrica de vapor (kgf/cm²)

NOTA 3 O valor indicado nas curvas é o diâmetro nominal da tubulação.do ramal.

NOTA 2 Aa curvas foram calculada para uma perda de pressão equivalente a uma diferença máxima de 5º C entre a entrada e saídaconforme Norma Petrobras N-550.

NOTA 1 Perda de calor estimada para: Ta = 5 ºC, e Vv = 20 km/h. Isolamento de silicato de cálcio com espessura ecônomica

150

200

0 5 10

Comprimentomáximo

(m)350

250

300

400

450

500

15 20 25 30

24"

16"

12"

8"

6"

4"

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-PÚBLICO-



NOTA 2 Aa curvas foram calculadas para uma perda de pressão equivalente a uma diferença máxima de 5º C entre a entrada e saídaconforme Norma Petrobras N-550.


Pressão manométrica do vapor (kgf/cm²)

150

100

0 5 10

Comprimentomáximo

(m)

200

250

300

15 20 25 30

24"

16"

12"

8"

6"

4"

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50

-PÚBLICO-




Figura A.37 - Comprimento Máximo para o Ramal 3/4" com Fita ou perfil de Alumínio

Pressão maométrica do vapor (kgf/cm²)

100

0

150

200

5 10

Comprimentomáximo

(m)

250

300

350

400

500

450

15 20 25 30

24"

16"

12"

8"

6"

4"

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-PÚBLICO-




Figura A.38 - Comprimento Máximo para o Ramal 1/2" com Fita ou Perfil de Alumínio


50

100

0 5 10

Comprimentomáximo

(m)

150

200

250

300

15 20 25 30

4"

24"

16"

6"

12"

8"

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-PÚBLICO-

NOTA 3 O valor indicado nas curvas é o diâmetro nominal da tubulação.NOTA 2 Isolamento de silicato de cálcio com espessura ecônomica conforme Norma Petrobras N-550.

Figura A.39 - Consumo de Vapor para Ramal 3/4"


0

0,05

0,10

0,15

5 10

Consumo de

vapor (kg/h/m)

0,45

0,30

0,20

0,25

0,35

0,40

0,50

15 20 25 30

4"

6"

8"

12"

16"

24"

NOTA 1 Dados de cálculo Ta = 5 ºC, e Vv = 20 km/h.

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53

-PÚBLICO-

Figura A.40 - Consumo de Vapor para Ramal 1/2"


0

0,05

0,10

5 10

Consumo de

vapor (kg/h/m)

0,15

0,20

0,30

0,25

0,35

0,40

15 20 25 30

4"

6"

12"

16"

24"

8"




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54

-PÚBLICO-

Figura A.41 - Consumo de Vapor para Ramal 1/2" ou 3/4" com Fita ou Perfil de Alumínio





0

0,05

0,10

0,15

5 10

Consumo de

vapor (kg/h/m)

0,35

0,20

0,25

0,30

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

15 20 25 30

24"

16"

12"

8"

6"

4"

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-PÚBLICO-

Figura A.42 - Instalações Típicas para Aquecimento de Tanque de Enxofre

Bota

Ta

Ts

Tss

Tis

Td

Legenda: O volume da bota é no mínimo 2 vezes o volume do Td. Tss = tis = Ts + 1d ( d = diâmetro) Caimento de 10% entre o Tss e Tis. Ta = tubo de alimentação. Ts = tubo da serpentina. Tss = tubo superior da serpentina. Tis = tubo inferior da serpentina. Td = tubo de descarga. PG = purgador

TQ - Enxofre

PG

Td

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-PÚBLICO-

Figura A.1 - Esquema Geral de Aquecimento por Vapor

Anexo A - Figuras

Tronco principal de vapor

Ver Figura A.6 da N-116

Estação coletora de vapor

Linha aquecida

Ramal principal de vapor

Ramal de suprimento

aquecimentoRamais de

Estação de distribuição de

vapor Ver Figura A.5 da N-116


Tronco

principal de condensadoTronco de recolhimento

de condensado

Ramal de condensado

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Anexo B - Roteiro de Cálculo de Aquecimento de Tubulações por Traço de Vapor

B.1 Objetivo B.1.1 O objetivo é a determinação de:

a) temperatura de equilíbrio do tubo de processo; b) fluxo total de calor; c) consumo de vapor de aquecimento.

B.1.2 Para obtenção dos resultados finais é necessário efetuar diversas iterações até que a diferença dos valores calculados de calor fornecido para o tubo de processo (QST) e o calor perdido para o ambiente (QA) entre uma iteração e a seguinte não seja superior em módulo a 1 kcal/(h.m). B.2 Roteiro O roteiro se divide em:

a) calor fornecido pelo ramal de aquecimento ao tubo de processo (subseção B.2.1); b) calor perdido para o ambiente (subseção B.2.2); c) consumo de vapor (seção B.3); d) lista das variáveis e propriedades (seção B.4).

B.2.1 Calor Fornecido pelo Ramal ao Tubo de Processo (QST) O cálculo pressupõe regime permanente e inexistência de fluxo do fluido de processo. São consideradas parcelas de radiação e condução. Para efeito de simplificação, é desconsiderada a variação de temperatura ao longo da secção do tubo de processo, sendo portanto igual em todos os pontos.

QST = QR + QC Onde:

QR é o calor fornecido por radiação; QC é o calor fornecido por condução.

B.2.1.1 Calor por Radiação do Ramal para o Tubo de Processo (QR)

NSTxFFAx273T273TxAxxQ 4OP

4STRSTR

Onde:

AR é x DST;

ST é a emissividade do ramal de aquecimento; FFA é o fator de forma entre ramal e tubo de processo;

FFA é

2

C22para ramais retos;

C é

STT

STT

D D

D D ArcCos ;

S é o afastamento entre ramal e tubo de processo; NST é o número de ramais de aquecimento.

NOTA Para configuração helicoidal é necessário considerar um número equivalente de ramais

igual à razão entre o comprimento de hélice e o passo helicoidal. Desta forma temos:

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FFA =

2

C22 x Neq

Neq = (2 x (DT + DST)2 + Phel

2)1/2 / Phel Onde:

Phel é o passo da hélice.

DELTA

DT

STD

helP

Figura B.1 - Passo da Hélice do Traço de Vapor B.2.1.2 Calor por Condução do Ramal para Tubo de Processo (Qc) B.2.1.2.1 Para ramais retos convencionais, o calor por condução é considerado nulo (Qc = 0). O calor de condução é significativo somente quando se utiliza ramais com fita ou perfil de alumínio. O cálculo está apresentado a seguir:

QC = Ti / Rg

Onde: Ti é TST - TOP; Rg é a resistência global.

B.2.1.2.2 A resistência global de transmissão de calor (Rg) considera a resistência de contato causada por incrustações mais camada de ar (Rst, Rtp), juntamente com a resistência de condução no alumínio (Ral).

Rg = Ral + Rst + Rtp

B.2.1.2.3 Para sistemas com um ramal temos:

Rg = Lal / (Kal x Aal) + Efl / (Kar x Afst) + Efl / (Kar x Aftp) Onde:

Kal é a condutividade do alumínio; Lal é a espessura média do perfil, ou; Lal é [AA/ cos (Delta)]/2, para fita de alumínio; AA é (DT + DST)/2 x Sen (G).

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58

B.2.1.2.4 Para sistemas com mais de um ramal, a primeira parcela, correspondente à resistência do alumínio deve ser modificada considerando resistências em paralelo. B.2.1.2.5 Devido ao fato de que para cada ramal são ligadas 2 fitas ao tubo de processo, o comprimento é dividido pela metade já que são resistências em paralelo.

GFL

AA

STD

DT/2

DELTA

AUXD

FP

T(D + DST)/2

G = Arc Cos [(DT - DST)/(DT + DST)] Onde:

G é o ângulo entre o ponto de contato ramal-fita e o ponto de contato fita-tubo de processo;

Delta é o Ângulo de hélice da fita; Delta é Arc tg (PF / 2 x DAUX); DAUX é o Diâmetro equivalente da fita de alumínio (considera-se a fita recobrindo a

tubulação de processo como um “tubo de alumínio”); DAUX é LA/; LA é o perímetro da fita ao redor do tubo. O cálculo pode ser aproximado considerando

o aumento de diâmetro correspondente ao ramal de aquecimento. Aal é a seção de fita ou perfil; Aal é [DT x Sen (Gama/2) + DST x Sen (Beta/2)] / 2 para perfil; Beta é o ângulo de contato entre fita ou perfil e ramal (ver Figura A.32); Gama é o ângulo de contato entre fita ou perfil e tubo de processo.

Figura B.2 - Dimensões Características de Montagem da Fita

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59

EE

CC

2 x G

AA

BETA

GAMA

alL

Onde:

Aal é EF x LF / [PF x Cos (Delta)] para fita; EF é a espessura da fita; LF é a largura da fita; PF é o passo da fita; Afst é a área de contato entre o ramal de aquecimento e alumínio; Aftp é a área de contato entre o tubo de processo e alumínio;

Afst é Beta x 2

DST

, para perfil; Afst é CC x LF/[PF x Cos (Delta)], para fita; CC é o perímetro de contato ramal-fita; Aftp é o Gama x DT/2, para perfil; Aftp é EE x LF/[PF x Cos (Delta)], para fita; EE é o perímetro de contato fita-tubo de processo; Efl é a espessura média de filme entre o tubo de aquecimento e alumínio. O valor é

experimental em função da montagem do sistema. Foi obtido em bancada de testes o valor de 0,4 mm;

Kar é a condutividade do ar.

Figura B.3 - Perfil de Alumínio - Perímetro da Fita B.2.2 Calor Perdido pelo Tubo de Processo ao Ambiente (QA) São consideradas 3 resistências térmicas para a perda de calor do sistema para o ambiente:

a) convecção e radiação externa; b) condução no isolamento térmico; c) radiação, condução e convecção na camada de ar entre o tubo de processo e

isolamento térmico. B.2.2.1 Convecção e Radiação Externa (Qe)

QE = Ue x Ae x Te

Onde:

Te é (Ts-Ta); Ue é o coeficiente global externo de transmissão de calor; Eu é hc+hr.

Onde:

hc é o coeficiente de convecção externo; hr é o coeficiente de radiação externa.

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60

B.2.2.1.1 As fórmulas de hc e hr devem ser utilizadas da PETROBRAS N-550.

Ae = área efetiva de troca térmica entre tubo de processo e o ambiente. B.2.2.1.2 A área efetiva de troca é uma hipótese aproximada, a fim de excluir do balanço térmico a parcela de perda direta de calor do ramal de aquecimento para o ambiente (ver B.2.4). Esta perda é significativa nos seguintes casos:

a) para ramal reto quando o diâmetro do ramal é muito próximo do diâmetro do tubo de processo; neste caso deve ser considerado o ângulo de troca térmica direta Ni;

b) para ramal helicoidal quando o passo é muito próximo do diâmetro externo do ramal; neste caso deve ser considerado o comprimento efetivo de troca Lef.

DT

ID

TT1

TT2

Ni

DST/2 DI/2

Ae = (-NixNST) x Lef x De

Onde:

Lef é o comprimento efetivo de troca; Lef é 1 para ramais retos; Lef é (1-DST [Phel x Cos (DeltaH)], para ramal helicoidal; DeltaH é Arc tg [Phel/2 x (DT + DST)]; Ni é o ângulo de troca térmica direta para o ambiente; Ni é 0 para ramal helicoidal; Ni é TT1 + TT2, para ramais retos; Sen (TT1) é DST/(DT + DST); (DI/2)/Sen (TT1) é (DT + DST)/ 4 /Sen (TT2).

Figura B.4 - Ângulos de Troca Térmica Direta B.2.2.2 Condução no Isolamento Térmico (Qk) B.2.2.2.1 As mesmas considerações anteriores, de área efetiva de troca, são válidas para este item.

QK = 2 x ( - Ni x NST) x Lef x K x (TI - TS) / log(DE / DI) Onde:

K é a condutividade térmica do isolamento (kcal/h m °C).


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61

B.2.2.2.2 Deve ser considerada a variação da condutividade com a temperatura do isolamento, conforme fabricante ou a PETROBRAS N-1618. Pode ser utilizado um valor médio de temperatura entre a superfície interna e externa do isolamento. B.2.2.3 Radiação, Condução e Convecção na Camada de Ar entre o Tubo de Processo e o

Isolamento Térmico (QI) B.2.2.3.1 As mesmas considerações de área efetiva de troca são válidas em B.2.2.3.

QI = QRAR + QCAR Onde:

QRAR é o calor por radiação entre o tubo e a superfície interna do isolamento; QRAR é xtx( - Ni x NST) x Lef x DT x ((TOP + 273)4-(TI + 273)4); QCAR é o calor por condução e convecção na camada de ar entre o tubo e a superfície

interna do isolamento; QCAR é 2 x (-Ni x NST) x Lef x Keq x (TOP - TI) / log(DI / DT).

Onde:

Keq é o coeficiente de condutividade térmica equivalente que consiste na condutividade do ar aumentada de forma a considerar o efeito de convecção entre as 2 paredes;

Keq é 2,14E - 3 x DD0,75 x (TOP - TI)0,25.

Onde:

DD: espessura da camada de ar. B.2.2.3.2 Quando se utiliza fita de alumínio, as fórmulas de QCAR e QRAR devem ser modificadas de forma a considerar recobrimento parcial da fita de alumínio.

QCAR = (-NixNST)xLefx4,28E-3xDDAl0,75 x (TOP-TI)

1,25 x LF / (PF x Cos(Delta))/log(DI/DAUX)+ (-NixNST)xLefx4,28E-3xDDT

0,75 x (TOP-TI)1,25 x (1-LF/(PF x Cos(Delta))/log(DI/DT))

QRAR = xALx(-Ni x NST) x Lef x DAUX x [(TOP+273)4-(TI+273)4) x (LF/(PFxCos(Delta)] + x t

x (-Ni x NST) x Lef x DT x [(TOP+273)4 - (TI+273)4) x (1-LF/(PFx Cos(Delta)]

Onde: DDAL é a espessura da camada de ar entre tubo de alumínio-isolamento térmico; DDAl é (DI - DAUX)/2; DDT é a espessura da camada de ar entre tubo de processo-isolamento térmico; DDT é (DI - DT)/2; t é a emissividade do tubo de processo; AL é a emissividade do alumínio.

B.2.3 Perda Direta de Calor para o Ambiente (QDIR) A perda direta de calor do ramal para o ambiente pressupõe um trecho inferior do ramal, compreendido pelo ângulo 2 x Ni, encostado no isolamento térmico. Nesta região é considerada a temperatura interna do isolamento térmico igual à temperatura do ramal de aquecimento. Desta forma temos:

QDIR = 2 x Ni x K x (TST-TSD)/log(DE/DI), para ramal reto; QDIR = 2 x (1-Lef) x K x (TST-TSD)/log(DE/DI), para ramal helicoidal.

Onde:

TSD é a temperatura externa do isolamento térmico na região afetada pela perda direta.


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62

B.3 Consumo De Vapor Em Regime Permanente (Cv) B.3.1 O calor total (QT) é igual ao calor fornecido para o tubo de processo (QST) mais o calor por perda direta (QDIR). Para a determinação do consumo devemos usar o calor latente de vaporização (R).

CV = QT / R B.3.2 A partir de TSAT[°C ], o calor latente pode ser obtido da seguinte correlação:

R = 545,1 + 0,691xTSAT - 1,09E-2xTSAT2 + 3,91E-5xTSAT

3 - 6,075E-8xTSAT4 [kcal/kg]

B.3.3 A temperatura de saturação TSAT pode ser obtida da correlação abaixo:

TSAT = 2224,4 / (5,9778 - log10(PSAT + 1) -273 0 < PSAT < 2 kgf/cm2 TSAT = 2101,1 / (5,6480 - log10(PSAT + 1) -273 2 < PSAT < 17 kgf/cm2 TSAT = 2010,8 / (5,4510 - log10(PSAT + 1) -273 17 < PSAT < 169 kgf/cm2

Onde:

PSAT é a pressão manométrica do vapor, [kgf/cm2]. B.4 Lista de Variáveis e Propriedades B.4.1 Variáveis Utilizadas

TST = temperatura do ramal ( usualmente igual à temperatura de saturação) [°C]; TOP = temperatura de equilíbrio do tubo de processo [°C]; TA = temperatura ambiente [°C]; TI = temperatura da superfície interna do isolamento [°C]; NST = número de ramais de aquecimento; TS = temperatura da superfície externa do isolamento [°C]; DT = diâmetro externo do tubo de processo [mm]; DST = diâmetro externo do ramal [mm]; DI = diâmetro interno médio do isolamento [mm]; ESP = espessura do isolamento [mm]; DE = diâmetro externo do isolamento (DE = DI + 2 x ESP) [mm].

B.4.2 Propriedades Utilizadas

Kal = condutividade térmica do alumínio (Kal = 175 kcal/h m °C); Kar = condutividade térmica do ar (Kar = 0,025926 kcal/h m °C); K = condutividade térmica do isolamento (ver PETROBRAS N-1618); = constante de Stephan-Boltzmann ( = 4,875E-8 kcal/h m2 K4); al = emissividade do alumínio oxidado (al = 0,25), polido (al = 0,08); t = emissividade do tubo de processo (t = 0,85); st = emissividade do ramal (st = 0,85 (aço) st =0,78 (aço carbono ou aço inox).


N-42 REV. F 11 / 2013

IR 1/2

ÍNDICE DE REVISÕES

REV. A, B e C

Não existe índice de revisões.

REV. D

Partes Atingidas Descrição da Alteração

2.2 Excluído

FIGURA A-39 Revisada

FIGURA A-40 Revisada

B-2.1.1 Revisado

B-2.2.1.2 Revisado

B-4.2 Revisado

REV. E


1.1 Revisado

2 Revisado

3.3.1 Revisado

3.14 Revisado

4.2.5 Revisado

4.3.2 Revisado

4.5.1 Revisado

4.5.2.4 Revisado

4.5.2.5 Revisado

4.5.3.3 Revisado

4.5.3.4 Revisado

4.5.6.3 Revisado

4.5.6.6 Revisado

4.5.6.9 Revisado

4.5.6.10 Revisado

4.5.6.11 Renumerado

4.6.1.2 Revisado

4.6.4 Incluído

4.7.1 Revisado

4.8 Revisado

N-42 REV. F 11 / 2013

IR 2/2

ÍNDICE DE REVISÕES

REV. E


4.9.1 Revisado

4.10 Revisado

Figura A.1 Revisado

Figura A.2 Revisado

Figura A.3 Revisado

Figura A.6 Revisado

Figura A.14.3 Revisado




Figura A.32 Revisado

Figura A.42 Incluído

REV. F


Todas Todas

petrobras n-0042

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