profmec mecflu tubulação

SENA I – P E T R O B RAS21

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Monitoramento e controle de processos

Tubulações

e seus acessórios

Tubulações

e seus acessórios

s tubulações são condutos fechados destinados ao transporte de to-

dos os tipos de fluidos (líquidos, gasosos, pastosos e suas misturas), entre

os equipamentos dentro da unidade e entre a unidade e o armazenamen-

to/consumo. Podem ser rígidas (tubos) ou flexíveis (mangueiras ou man-

gotes). Como pode ser visto na foto abaixo.

Unidade 1

Ponte de tubulação

AA

1


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*De acordocom o livroTubulaçõesIndustriais,de Pedro C.Silva Telles

Quanto ao emprego

TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS

Tubulações dentrode instalações industriais

Tubulações deprocesso

Tubulações detransporte

Tubulações dedistribuição

Tubulações deutilidades Adução Distribuição

Tubulações deinstrumentação Transporte Coleta

Tubulações detransmissãohidráulica

Drenagem

Tubulações dedrenagem

Tubulações forade instalações industriais

CLASSIFICAÇÃO DAS TUBULAÇÕES*


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1

Monitoramento e controle de processosQuanto ao fluido conduzido

TUBULAÇÕES PARA ÁGUA

Águatratada

Água potável

Água dealimentaçãode caldeira

Água industrial

CLASSIFICAÇÃO DAS TUBULAÇÕES

Água salgadae outraságuas

agressivas

Água deincêndio

Água deirrigação

TUBULAÇÕES PARA VAPOR

Vaporsuperaquecido

Vaporsaturado

Vaporexausto

Vaporcondensado

1


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Quanto ao fluido conduzido


AR COMPRIMIDO

Ar comprimidoindustrial

TUBULAÇÕESPARA HIDROCARBONETOS

Petróleo cru Produtosintermediários

e finais depetróleo

Produtospetroquímicos

Óleoshidráulicos

Ar comprimido deinstrumentação

Ar comprimido parausos especiais


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1

Monitoramento e controle de processosQuanto ao fluido conduzido


TUBULAÇÕES PARA GASES

Gás deiluminação

TUBULAÇÕES PARAESGOTOS E DRENAGEM

Esgoto pluvial,lama de

drenagem

Efluentesindustriais(líquidos egasosos)

Esgotosanitário

Drenagem deemergência

Gásnatural

Gases depetróleo,gases desíntese

Gases dealto-forno

Oxigênio Gasesespeciais

CO2

Nitrogênio

Hidrogênio

1


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Óleos egorduras

comestíveis

Produtosalimentares

TintasVernizes

SolventesResinasOutros

ÁcidosÁlcalisAmôniaÁlcoolCloroUréiaSoda

SabõesOutros

Misturasrefrigerantes

Pasta depapel

Quanto ao fluido conduzido

TUBULAÇÕESPARA FLUIDOS DIVERSOS


Bebidas

Xaropes

LEMBRE-SE DISSO

Os tubos que fazem parte de máquinase equipamentos (caldeiras, fornos,

trocadores de calor, bombas ecompressores, distribuidores e serpentinasem vasos etc.) são considerados parte

destes, e não da tubulação


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1


Materiais

O material da tubulação e acessórios, bem como dos equipamentos, deve

ser adequado às condições de trabalho que lhes serão impostas. Nestes

casos a experiência assume papel preponderante na identificação dessas

condições. São elas:

Propriedades do fluido transportado: densidade, viscosidade, contami-

nantes, ataque corrosivo sobre o material, sólidos em suspensão, gases dis-

solvidos ou líquidos dispersos, toxidez, explosividade

Agressividade do meio: tubulação aérea, enterrada, ambiente salino

Condições de operação: temperatura e pressão de trabalho e suas variações

Intensidade e natureza dos esforços aplicados: tração, compressão, flexão

Segurança exigida: fluido muito perigoso, não-contaminação do flui-

do por corrosão do material

Disponibilidade e custo dos materiais, entre outros

Tubos metálicos

AÇOS-CARBONO

São os mais empregados em refinarias por possuírem a melhor relação

resistência/custo. Seu uso é generalizado, com exceção para fluidos mui-

to corrosivos, temperaturas muito altas ou muito baixas.

AÇOS-LIGA

São utilizados em algumas aplicações especiais em que não se empregam

os aços-carbono

AÇOS INOXIDÁVEIS

São utilizados em aplicações com corrosão mais severa que a dos aços-liga

FERRO FUNDIDO

São para baixa pressão e poucos esforços mecânicos (águas doces e sal-

gadas, esgotos etc.)

FERRO FORJADO

São para tubulações secundárias de água, ar comprimido e condensado

FERROSOS

1


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No geral, em relação ao aço-carbono, são mais caros, possuem maior re-

sistência à corrosão e, com exceções, menor resistência a esforços e a tem-

peraturas elevadas.

COBRE, LATÕES E COBRE-NÍQUEL

Serpentinas e sistemas de aquecimento e refrigeração

ALUMÍNIO

Sistemas de aquecimento e refrigeração

NÍQUEL E LIGAS

Meios corrosivos usuais, ácidos diluídos e álcalis quentes

METAL MONEL

Água salgada, ácidos diluídos e produtos com exigência de não-contaminação

CHUMBO

Esgotos, gases, ácido sulfúrico em qualquer concentração, sempre a bai-

xa pressão e temperatura

TITÂNIO, ZIRCÔNIO

Propriedades excelentes, mais leves, porém de preço ainda muito elevado

Tubos não-metálicos

MATERIAIS PLÁSTICOS

PVC, polietileno, acrílicos, acetato de celulose, epóxi, poliésteres, fenóli-

cos etc. Aplicações específicas diversas, com baixa resistência a tempe-

ratura e pressão, sendo muitas vezes inertes a agentes muito corrosivos

CIMENTO-AMIANTO (transite)

Esgotos

CONCRETO ARMADO

Água e esgoto

NÃO-FERROSOS


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BARRO VIDRADO

Esgoto

ELASTÔMEROS (borrachas)

Diversas aplicações com baixas temperaturas

VIDRO, CERÂMICAS E PORCELANA

Aplicações especiais, corrosão severa e pureza absoluta

Revestimentos internos e externos para tubos metálicos

Aliam uma boa resistência mecânica da alma metálica com as caracterís-

ticas anticorrosivas ou anti-abrasivas do revestimento:

ZINCO

AÇOS-LIGA E INOXIDÁVEIS (clading)

MATERIAIS PLÁSTICOS

ELASTÔMEROS (borrachas, ebonite)

ASFALTO, ESMALTES ASFÁLTICOS

CONCRETOS

VIDRO, PORCELANA

ISOLAMENTO COM ARGAMASSA REFRATÁRIA

Podemos ver, na foto abaixo, alguns exemplos de tubos.

Conjunto de tubos

1


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Dimensões comerciais

Diâmetros nominal e externo

Os tubos são fabricados em uma série de diâmetros externos definidos por

norma (em polegadas), identificados pelos diâmetros nominais: 1/8”, 1/4”,

3/8”, 1/2”, 3/4”, 1”, 1 ¼”, 1 ½”, 2”, ..., 4”, 5”, 6”, 8”, 10”, ..., 36”). Até 12”

o diâmetro externo é diferente do nominal, e de 14” até 36” o diâmetro

externo coincide com o nominal. Para cada diâmetro nominal o diâmetro

externo é o mesmo, variando a espessura de parede e, conseqüentemen-

te, o diâmetro interno.

Espessuras e diâmetro interno

Antes da norma os tubos eram fabricados com as espessuras (ou pesos):

PESO NORMAL (standard – S ou STD)

EXTRAFORTE (extra-strong – XS)

DUPLO EXTRAFORTE (double extra strong – XXS)

Segundo as normas, fabricam-se tubos com várias espessuras de pa-

rede, denominadas “séries” (schedule – SCH). Estas foram padronizadas

em 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160. Quanto maior o SCH, maior

a espessura e, conseqüentemente, menor o diâmetro interno. Para os aços

inoxidáveis as séries são acrescidas da letra “S”, indo de 5S até 80S.

Fabricação

COM COSTURA – Obtidos por meio de curvatura de uma chapa

SEM COSTURA– Obtidos por meio de perfuração a quente

EXEMPLOS

Tubos deaço-carbono e aços-liga

Tubos deaços inoxidáveis

ANSI B.36.10Diâm. nominais de 1/8” até 36”

ANSI B.36.19Diâm. nominais de 1/8” até 12”


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1


Extremidades

PONTAS LISAS (ESQUADREJADAS)

PONTAS CHANFRADAS (solda de topo)

PONTAS ROSQUEADAS (API–5B e ANSI/ASME B.1.20.1)

Outros materiais

A tubulação de materiais metálicos não-ferrosos e não-metálicos, ainda

hoje não tão largamente empregada, e mesmo a de aço, pode ser encon-

trada no mercado com padronização diferente. Nestes casos devem ser

consultadas as normas aplicáveis e tabelas dos fabricantes.

Acessórios e meios de ligação

Classificação quanto à finalidade

Fazer mudanças de direção 22 ½º, 45º, 90º e 180º:

CURVAS DE RAIO LONGO

CURVAS DE RAIO CURTO

CURVAS DE REDUÇÃO

JOELHOS (elbows)

JOELHOS DE REDUÇÃO

Fazer derivações em tubulações:

TÊS DE 90º (normais)

TÊS DE 45º

TÊS DE REDUÇÃO (mudam também o diâmetro)

PEÇAS EM “Y”

CRUZETAS (crosses)

CRUZETAS DE REDUÇÃO

SELAS (saddles)

COLARES (sockolets, weldolets etc.)

ANÉIS DE REFORÇO

Fazer mudanças de diâmetro:

REDUÇÕES CONCÊNTRICAS

REDUÇÕES EXCÊNTRICAS

REDUÇÕES BUCHA

1


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Fazer ligações entre tubos:

LUVAS (couplings)

UNIÕES

FLANGES

NIPLES

VIROLAS (para uso com flanges soltos)

JUNTAS DE EXPANSÃO

Fazer o fechamento da extremidade de um tubo:

TAMPÕES (caps)

BUJÕES (plugs)

FLANGES CEGOS

Fazer o isolamento de equipamentos e trechos de tubo:

RAQUETE

FIGURA-OITO

Agora observe a Figura 1.

FIGURA 1 ACESSÓRIOS E MEIOS DE LIGAÇÃO

CURVAS DE 90º CAP CELA

CURVAS DE 45º TÊ

REDUÇÃO REDUÇÃOCONCÊNTRICA

REDUÇÃOEXCÊNTRICA

CRUZETA


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1


Principais meios de ligação empregados

LIGAÇÕES PARA SOLDA DE TOPO E PARA SOLDA DE ENCAIXE

É o sistema mais usado para a ligação de tubos, acima de 2", para aços de

qualquer tipo e metais não-ferrosos soldáveis, pois garantem estanquei-

dade. Para a execução das soldas existem normas que regulamentam o tipo

de eletrodo, o tipo de inspeção, o tratamento térmico etc. Não são desmon-

táveis, como podemos ver na Figura 2.

LIGAÇÕES ROSQUEADAS

É um método de baixo custo e fácil execução.

Sua utilização é limitada a tubos de pequenos di-

âmetros (até 4") e para ligações de baixa pres-

são. Podem ser desmontadas. Veja a Figura 3.

LIGAÇÕES FLANGEADAS

As ligações flangeadas compreendem dois flan-

ges, jogo de parafusos, porcas e uma junta. São

empregadas em uma série de situações, em es-

pecial por serem facilmente desmontáveis,

como por exemplo: na montagem de válvulas,

interligação das tubulações aos equipamentos,

tubulações de aço com revestimento interno,

extremidades com acessos para limpeza etc.

Existem diversos tipos de flanges: de pescoço,

sobreposto, rosqueado, de encaixe, solto, integral,

de anel e cego. Quanto à face, podemos ter: face plana, com ressalto (macho

e fêmea), e para juntas e anel. Observe os tipos de flanges na Figura 4.

FIGURA 2 LIGAÇÕES PARA SOLDA

FIGURA 3 LIGAÇÕES ROSQUEADAS

De topo e de encaixe

FIGURA 4 LIGAÇÕES FLANGEADAS

SOBREPOSTO DE PESCOÇO ROSQUEADO DE ENCAIXE SOLTO

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O processo de fabricação ideal para flanges é o forjamento. Porém,

devido à dificuldade de obtenção de peças grandes forjadas, os flanges

de diâmetros de 10” ou superiores podem ser fabricados por outros pro-

cessos, como por exemplo barras dobradas e soldadas em anel.

A norma ANSI/ASME B.16.5 define sete séries de flanges de aços forja-

dos, denominadas de “classes de pressão” (ratings) e designadas pelos

números adimensionais 150#, 300#, 400#, 600#, 900#, 1500# e 2500#. Para

cada uma dessas classes, tem-se, para cada material, uma curva de inter-

dependência entre a pressão admissível e a temperatura máxima em que

podem ser empregados. Os flanges mais usados em refinaria correspon-

dem às classes 150# e 300#.

As dimensões dos flanges (espessura, número de parafusos, diâmetro ex-

terno) variam de acordo com as classes de pressão e são definidas por norma.

Nas ligações com flanges, existe uma junta que é o elemento de veda-

ção. O material da junta deverá ser deformável e elástico, para compen-

sar as irregularidades das faces dos flanges e garantir vedação perfeita.

Deverá ser especificado para suportar a agressividade do fluido e as vari-

ações de temperatura, pressão e esforços a que o flange está sujeito.

Existem diversos tipos de juntas, sendo que as mais comuns nas refi-

narias são:

NÃO-METÁLICAS

São largamente empregadas, para flanges de face plana e com ressalto. Po-

dem ser de borracha, materiais plásticos e papelão hidráulico (com grafite)

SEMIMETÁLICAS

São juntas planas com espiral metálico recheado de amianto. São usadas para

fluidos em condições severas, com altas temperaturas e/ou altas pressões

METÁLICAS FOLHEADAS

São juntas com capa metálica plana ou corrugada e enchimento de amianto

METÁLICAS MACIÇAS

Têm faces planas ou ranhuradas de diferentes metais

ANÉIS METÁLICOS

Podem ser de seção ovalada ou octogonal


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1


Outros meios de ligação

LIGAÇÕES DE PONTA E BOLSA

Tubulações de ferro fundido, barro e concreto

LIGAÇÕES PARA TUBOS PLÁSTICOS REFORÇADOS

Feita com niples e adesivos especiais

LIGAÇÕES DE COMPRESSÃO

Para tubos de pequeno diâmetro e espessura, metálicos e não-metálicos

Aquecimento de tubulações

O aquecimento das tubulações tem as seguintes finalidades principais:

Manter ou aumentar as condições de escoamento de líquidos de alta

viscosidade ou que se tornem sólidos à temperatura ambiente

Manter a temperatura do fluido dentro dos limites definidos, nos casos

em que se deseja evitar condensação, reações químicas ou para manter

as propriedades do fluido (densidade, viscosidade etc.) dentro de uma

especificação

Preaquecer as tubulações no início do funcionamento, para liquefazer

depósitos sólidos e evitar choques térmicos de fluidos quentes com a tu-

bulação fria

O aquecimento pode ser realizado apenas durante a partida da unida-

de, eventual ou continuamente, dependendo da finalidade. A correta apli-

cação de isolamento térmico nos trechos aquecidos é fundamental para a

eficiência dos sistemas.

Os principais sistemas utilizados para o aquecimento de tubulações são

os seguintes:

TUBOS DE AQUECIMENTO (tracing) – O aquecimento pode ser feito com o

vapor (steam tracing), ou outro fluido quente disponível que seja aplicá-

vel, através de um ou mais tubos que correm juntamente com a tubula-

ção a ser aquecida. A disposição dos tubos de tracing pode ser paralela à

tubulação principal (externa ou internamente), ou enrolada externamen-

te. Veja a Figura 5, na página a seguir.

1


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CAMISA EXTERNA – Neste sistema o fluido de aquecimento corre em uma

tubulação de maior diâmetro, formando uma camisa em torno da tubula-

ção a ser aquecida.

AQUECIMENTO ELÉTRICO – Neste sistema são colocados fios elétricos (re-

sistências), paralelamente ou enrolados na tubulação a ser aquecida, por

onde passa uma corrente de baixa voltagem e grande intensidade. São

econômicos para grandes extensões de tubulação.

Isolamento térmico

O isolamento térmico tem como princípio a redução da troca de calor entre o

meio ambiente e os equipamentos protegidos na unidade industrial. Sua uti-

lização tem as seguintes finalidades principais:

Economia de energia empregada no aquecimento ou resfriamento dos

fluidos no processo, evitando as perdas de calor de fluidos quentes para o

ambiente, ou o aquecimento de fluidos frios pelo ambiente

Estabilidade operacional, pois o excesso de perdas distribuídas pela

planta dificulta o controle das operações

FIGURA 5 ACESSÓRIOS E MEIOS DE LIGAÇÃO

1 TUBO

TUBOS HORIZONTAIS

2 TUBOS 3 TUBOS

TUBOS VERTICAIS


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1


Proteção pessoal, evitando queimaduras no contato do operador com

a tubulação, ou em algumas situações, para evitar o desconforto da exces-

siva irradiação de calor

Proteção das estruturas, evitando eventuais contatos de materiais in-

flamáveis com as superfícies quentes

Evitar condensação de umidade, com respingos e corrosão

Observe a Figura 6.

FIGURA 6 ISOLAMENTO TÉRMICO EXTERNO

CINTA DEAÇO INOXIDÁVEL

FOLHADE ALUMÍNIO

PAPELIMPERMEÁVEL

CALHASPRÉ-MOLDADASDE ISOLAMENTOTUBO

ARAMEGALVANIZADO

Os materiais para isolamento apresentam-se principalmente na forma

de pré-moldados (meia circunferência ou especiais), placas, argamassas

e mantas. São constituídos, principalmente, de material à base de amian-

to prensado, cimentos isolantes, sílica de cálcio, lã de rocha, lã de vidro,

espumas de diferentes polímeros, entre outros.

Drenos e respiros

São pequenas derivações com válvulas, instaladas nos locais necessários

ao longo dos trechos. Os drenos são usados para a eliminação de líquidos

confinados em pontos baixos da tubulação, e os respiros são utilizados para

a eliminação de gases confinados em pontos altos da tubulação.

São muito importantes para que se tenham procedimentos de partida,

parada e limpeza eficientes e seguros.

1


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TUBULAÇÕES E SEUS ACESSÓRIOS

DEFINIÇÃO

Tubulações são condutos fechados destinados ao transporte de todos os tipos de fluidos: paraágua, vapor, ar comprimido, hidrocarbonetos, gases, esgotos e drenagem, fluidos especiais etc.

11RESUMO

A UNIÃO DE TUBULAÇÕES AACESSÓRIOS, EQUIPAMENTOS ETC.É FEITA GERALMENTE POR MEIO DE:

4

Diâmetros nominais – 1/8”, 1/4”, 3/8”, 1/2”,3/4”, 1”, 1 ¼”, 1 ½”, 2”, ..., 4”, 5”, 6”, 8”,10”, ..., 36”).

Schedule – 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100,120, 140, 160. Para os aços inoxidáveis de5S até 80S.

Fabricação – com costura ou sem costura

Mudança de direção – curva de raio longo,curvas de redução, joelhos

Derivação em tubulações – Tês de 90º,peças em “Y”, cruzetas

Mudança de diâmetro – reduçõesconcêntricas, excêntricas e de bucha

Ligações entre tubos – luvas, uniões,flanges, niples

Fechamento da extremidade de um tuboFechamento da extremidade de um tuboFechamento da extremidade de um tuboFechamento da extremidade de um tuboFechamento da extremidade de um tubo –tampões, bujões e flanges

Isolamento de equipamentos e trechosde tubo – raqueta

QUANTO AO MATERIAL,A TUBULAÇÃO PODE SER DE:

Aços-carbono (principais), aços-liga, açosinoxidáveis, ferro fundido, ferro forjado

Cobre, latões e cobre-níquel, níquel e ligas,metal monel, titânio, zircônio, chumbo

Materiais plásticos (PVC, polietileno,acrílicos, acetato de celulose, epóxi,poliésteres, fenólicos etc.), cimento-amianto,concreto armado, elastômeros (borrachas),vidro, cerâmicas e porcelana

Revestimentos – zinco clading, polímeros,elastômeros (borrachas, ebonite) etc.

Ligações para solda de topo e solda de encaixe

Ligações rosqueadas

Ligações flangeadas

Manter ou aumentar as condições deescoamento de líquidos de alta viscosidade ouque se tornem sólidos à temperatura ambiente

Manter a temperatura do fluido dentro doslimites definidos

Preaquecer para liquefazer depósitos sólidose evitar choques térmicos

Steam tracing (tracejamento com vapor)

Camisa externa

Aquecimento elétrico

Economia de energia

Estabilidade operacional

Proteção pessoal

Proteção das estruturas

Impedimento da condensação

1

AS FINALIDADES DO AQUECIMENTODE TUBULAÇÕES SÃO:

5

OS SISTEMAS UTILIZADOS PARA OAQUECIMENTO SÃO:

6

O ISOLAMENTO TÉRMICO ÉUTILIZADO PRINCIPALMENTE PARA:

7

QUANTO ÀS DIMENSÕESCOMERCIAIS:

2

OS ACESSÓRIOSTÊM COMO FINALIDADE:

3

MUITAATENÇÃO

Os drenos e respiros eliminamlíquidos confinados em pontosbaixos e gases confinados em

pontos altos da tubulação

profmec mecflu tubulação

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