Design, operação e manutenção seguros de vasos de pressão, Exercícios de Física

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Segurança na Operação de

VASOS DE PRESSÃO

NR 13

CONSIDERAÇÕES GERAIS

As plantas químicas normalmente são plantas de elevado investimento em capital e projetadas para capacidades econômicas. Muitos processos químicos contém fontes de energia concentradas e utilizam materiais que sob condições anormais podem ser prejudiciais ao meio ambiente, a equipamentos de processos e a pessoas. As plantas com potencial de causar danos devem ser construídas com múltiplos e independentes níveis de proteção os quais são projetados para evitar e mitigar os efeitos nocivos de cada potencial evento perigoso.

Dentro de cada processo, a redução dos riscos deve começar com o mais fundamental elemento de projeto de processo: a seleção do processo, a escolha do local e decisões sobre o inventário de perigos e arranjo da unidade. A utilização de um inventário mínimo de substâncias perigosas, montagem de tubulações e sistemas de troca de calor que fisicamente evitem a mistura inadvertida de reagentes químicos, uso de vasos de pressão que possam resistir a máxima pressão possível são decisões de projeto de processo que reduzem os riscos operacionais. Este enfoque sobre a redução dos riscos pela cuidadosa seleção dos parâmetros básicos de processo é fundamental no projeto de um processo seguro.

CONFIABILIDADE DOS VASOS DE PRESSÃO

Nas indústrias de processo existem três condições específicas que tornam necessário um alto grau de confiabilidade para os equipamentos em comparação com as demais industrias em geral:

1.As indústrias de processo trabalham em regime contínuo submetendo os equipamentos a um regime severo de operação.

2.Os diversos equipamentos formam uma cadeia contínua, através da qual circulam os fluidos de processo, na qual a falha ou paralisação de um único equipamento, por qualquer motivo, obriga geralmente à paralisação de toda a instalação com as conseqüentes perdas de produção.

3.É usual os vasos de pressão armazenarem fluídos inflamáveis, tóxicos ou em elevadas pressões ou temperaturas, condições para as quais qualquer falha pode resultar em um acidente grave ou mesmo em um desastre de grandes proporções.

Vasos de pressão são equipamentos que contêm fluidos sob pressão interna ou externa. Vasos de pressão estão sempre submetidos simultaneamente à pressão interna e à pressão externa. Mesmo vasos que operam com vácuo estão submetidos a estas pressões, pois não existe vácuo absoluto. O que usualmente denomina-se vácuo é qualquer pressão inferior à atmosférica. O vaso é dimensionado considerando-se a pressão diferencial resultante atuando sobre as paredes, que poderá ser maior internamente ou externamente. Há casos em que o vaso de pressão deve ser dimensionado pela condição de pressão mais severa, a exemplo de quando não exista atuação simultânea das pressões interna e externa. Vasos de pressão podem ser construídos de materiais e formatos geométricos variados em função do tipo de utilização a que se destinam. Desta forma existem vasos de pressão esféricos, cilíndricos, cônicos etc, construídos em aço carbono, alumínio, aço inoxidável, fibra de vidro e outros materiais. Os vasos de pressão podem conter líquidos, gases ou misturas destes. Algumas aplicações são: armazenamento final ou intermediário, amortecimento de pulsação, troca de calor, contenção de reações, filtração, destilação, separação de fluidos, criogenia etc. A NR-13 aplica-se a vasos de pressão instalados em unidades industriais, e outros estabelecimentos públicos ou privados, tais como: hotéis, hospitais, restaurantes etc.

DEFINIÇÃO

CLASSIFICAÇÃO DO FLUIDO DOS VASOS DE PRESSÃO

CLASSE “A”:

• Fluidos inflamáveis - combustível com temperatura superior ou igual a 200ºC;
• Fluidos tóxicos com limite de tolerância igual ou inferior a 20 ppm;
• Hidrogênio; -Acetileno.

CLASSE "B”:

- Fluidos combustíveis com temperatura inferior a 200°C;

• Fluidos tóxicos com limite de tolerância superior a 20 ppm.

CLASSE “C”: -Vapor de água, gases asfi-xiantes simples ou ar comprimido.

CLASSE “D":

• Água ou outros fluidos não enquadrados nas classes “A”, “B” ou "C", com temperatura superior a 50°C.

OBS. : Quando se tratar de mistura, deveremos considerar para fins de classificação o fluido que apresentar maior risco aos trabalhadores e instalações, considerando-se sua toxicidade, inflamabilidadee concentração.

CLASSIFICAÇÃO DO POTENCIAL DE RISCOS DOS VASOS

DE PRESSÃO

GRUPO 1 – PV >a 100

GRUPO 2 – 100 < PV >

GRUPO 3 – 30 < PV >2,

GRUPO 4 – 2,5 < PV >

GRUPO 5 – PV < 1

QUANDO OS VASOS DE PRESSÃO OPERAM SOB A CONDIÇÃO DE

VÁCUO, ENQUADRAM-SE NAS SEGUINTES CONDIÇÕES:

CATEGORIA “I” –Quando se tratar de fluidos inflamáveis ou combustíveis; CATEGORIA “V”–Para outros fluidos.

Nas indústrias de processo existem três condições específicas característica que tornam necessário um maior grau de confiabilidade para os equipamentos, em comparação com o que é normalmente exigido para as demais indústrias em geral: 1.As indústrias de processo trabalham em regime contínuo, dia e noite, durante muitos meses a fio. Os equipamentos ficam, portanto, submetidos a um regime severo de operação, porque não há parada para manutenção e inspeção. 2.Os diversos equipamentos formam uma cadeia contínua, através da qual circulam os fluidos de processo, deste modo, a falha ou paralisação de um único equipamento, por qualquer motivo, obriga geralmente à paralisação de toda instalação. É evidente que toda paralisação não programada de uma indústria resulta sempre em vultosos prejuízos e perda de produção e de lucros cessantes, vindo daí a necessidade do máximo de segurança e confiabilidade de funcionamento desses equipamentos. 3.Nessas indústrias existem muitas vezes condições de grande risco, devido ao manuseio de fluidos inflamáveis, tóxicos, explosivos, ou em elevadas pressões ou temperaturas, condições para as quais qualquer falha pode resultar em um acidente grave ou mesmo em um desastre de grandes proporções. Os vasos de pressão constituem não só os equipamentos mais importantes da maioria das indústrias de processo, como também são geralmente os itens de maior tamanho, peso e custo unitário nessas indústrias, representando em média 60% do custo total dos materiais e equipamentos de uma unidade de processo. Esses mesmos equipamentos estão igualmente presentes, como itens de maior importância, em muitas outras indústrias de outros ramos.

CLASSES E FINALIDADES DOS VASOS DE PRESSÃO

CLASSIFICAÇÃO DOS VASOS DE PRESSÃO QUANTO AO USO

VASOS NÃO SUJEITOS A

CHAMA

*Vasos de armazenamento e acumulação

Torres destilação, absorção, esgotamento

*Reatores

Esferasde armazenamento Permutadores de calor Permutadores Aquecedores Resfriadores Condensadores Refervedores Resfriadores a ar VASOS SUJEITOS A CHAMA

Caldeiras Fornos

Obs.: Existem alguns casos de Reatores e Trocadores com chama direta.

Quanto a posição de instalação, os vasos de pressão podem ser:

• Verticais
• Horizontais
• Inclinados

Na maioria das vezes o formato e a posição de instalação de um vaso decorrem ou são

uma imposição da finalidade ou do serviço do mesmo.

Os vasos verticais são usados principalmente quando é necessária a ação da gravidade

para o funcionamento do vaso ou para o escoamento de fluidos. Tais são, par exemplo:

as torres de fracionamento, de retificação, e de absorção, bem como muitos reatores de

catalise

De um modo geral, os vasos verticais são mais caros do que os horizontais,

principalmente quando de grande comprimento; em compensação ocupam melhor área

de terreno.

Os vasos horizontais, muito comuns, são usados, entre outros casos, para trocadores de

calor e para a maioria dos vasos de acumulação. Os vasos em posições inclinadas são

exceções, empregados somente quando o serviço exigir, como, por exemplo, para o

escoamento por gravidade de materiais difíceis de escoar.

Quando, entretanto, houver grande diferença de vazão entre uma seção e outra do

mesmo vaso devido a existência de vários pontos importantes de entrada e saída de

fluidos, faz-se o casco como um cilindro composto, com dois ou mais corpos cilíndricos

de diâmetros diferentes interligados por seções cônicas ou toroidais de concordância, de

tal maneira que a velocidade geral de escoamento dos fluidos ao longo do vaso seja

aproximadamente constante, aumentando-se o diâmetro onde a vazão for maior, e vice-

versa.

CONDIÇÕES DE OPERAÇÃO

Conceitos de Pressão e Temperatura

Pressão e Temperaturas podem estar associados a vários conceitos:

PRESSÃO:

Pressão Normal de Operação

Pressão Máxima de Operação

Pressão Mínima de Operação

Pressão de Projeto

Pressão de Abertura da Válvula de Segurança

Pressão Máxima de Trabalho Admissível (PMTA)

Pressão de Teste Hidrostático