Programa de Treinamento Curso Forno

APOSTIL ILADOCURSOD ODEFORNOSPETROQUÍMIC ICOS Autor: João Hayashi 10.03.05 Rev.0

CURSO SOBRE SOBRE F ORNO S PET ROQU ÍM I COS –CONSTRU ÇÃ O

INDICE I.

OBJETIVO

II.

DEFINIÇÃO: Definição de forno Petroquímico Glossário • •

III. PARTES PRINCIPAIS DE UM FORNO PETROQUÍMICO: Carcaça Secção de Radiação Secção de Convecção “Arch” (Teto da Radiação) “Breeching” (Teto da Convecção) Bridge Wall (Transição da Radiação para Convecção Serpentina da Radiação “Shield” ou “Chock Tubes” Serpentina da Convecção “Crossover” Suportes Fundidos “Header Box” Queimadores Porta de Explosão Chaminé Portas de Acesso e Visores Isolamento Conexões de Instrumentos IV. IV. CLASSIFICAÇÃO DOS FORNOS PETROQUÍMICOS: Devido ao Tipo de Fluxo Devido ao Processo Devida a Forma Geométrica da Carcaça Devido à Exposição da Serpentina à Chama Devido a Disposição e Tipo de Serpentina da Radiação Devido a Tiragem V.

ESCOLHA DO TIPO DE FORNO: Processo Carga Térmica Área Disponível Perda de Carga Disponível Drenagem do Forno em Parada Tecnologia Disponível no Mercado

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Cap. XIII Pag. 2 de 106

Autt or: João Hayashi Au


INDICE I.

OBJETIVO

II.

DEFINIÇÃO: Definição de forno Petroquímico Glossário • •

III. PARTES PRINCIPAIS DE UM FORNO PETROQUÍMICO: Carcaça Secção de Radiação Secção de Convecção “Arch” (Teto da Radiação) “Breeching” (Teto da Convecção) Bridge Wall (Transição da Radiação para Convecção Serpentina da Radiação “Shield” ou “Chock Tubes” Serpentina da Convecção “Crossover” Suportes Fundidos “Header Box” Queimadores Porta de Explosão Chaminé Portas de Acesso e Visores Isolamento Conexões de Instrumentos IV. IV. CLASSIFICAÇÃO DOS FORNOS PETROQUÍMICOS: Devido ao Tipo de Fluxo Devido ao Processo Devida a Forma Geométrica da Carcaça Devido à Exposição da Serpentina à Chama Devido a Disposição e Tipo de Serpentina da Radiação Devido a Tiragem V.

ESCOLHA DO TIPO DE FORNO: Processo Carga Térmica Área Disponível Perda de Carga Disponível Drenagem do Forno em Parada Tecnologia Disponível no Mercado





VI. ESTUDO ECONÔMICO E ESCOLHA DE RECUPERAÇÃO DE CALOR: Forno sem Sistema de Recuperação de Calor Acréscimo de Processo na Convecção Forno com Pré-Aquecimento de Calor Regenerativo Forno com Pré-Aquecimento de Calor Recuperativo VII. PRINCIPAIS TECNOLOGIAS: Fornos de Carga ou Aquecimento Fornos de Reforma Catalítica (Geração de H2) Fornos de Etileno Pirólise de EDC (Di-cloro Etano para Planta de PVC; MVC) Super-aquecedor de Vapor Coque

VIII. CONSIDERAÇÕES PARA PROJETO: Processo Combustão Mecânico IX. IX. Tubos ou Serpentinas: Escolha do Tubo Tubos Aletados ou Pinados Materiais de Construção Procedimentos Procedimentos de Solda, e Testes Não Destrutivos Tratamento Térmicos Principais Problemas na Serpentina X.

Headers ou Cabeçotes: Função e Escolha Curvas de Retorno Cabeçote de Limpeza Materiais de Construção Possíveis Problemas

XI. TUBULAÇÃO EXTERNA, COLETORES E TERMINAIS: Função eEscolha Cargas Admissíveis, Movimentos, Tensões Admissíveis Materias de Construção Principais Problemas e Inspeção




CURSO SOBRE F ORNO S PET ROQU ÍM I COS –CONSTRU ÇÃ O

XII. SUPORTE E GUIA DOS TUBOS INTERNO AO FORNO: Função e Escolha Carregamento e Método de Cálculo Tensões Admissíveis Materiais de Construção Principais Problemas e Inspeção XIII. REFRATÁRIOS E ISOLAMENTO Função e Escolha Construção com Tijolos Concreto Refratário e Isolante Fibra Cerâmica Tecidos Especiais Especificação e Inspeção para Compra e Instalação Cuidados na Partida e Resfriamento do Forno Principais Problemas e Inspeção XIV. ESTRUTURA DA CARCAÇA E ACESSÓRIOS: Função e Normas de Cálculo, Cálculo das Cargas de Fundação Carregamento das Diversas Partes Espelhos frontais Header Box, Portas de Inspeção, Porta de Explosão Escadas e Plataformas Pintura e Proteção contra Incêndio Testes de Fumaça (Selagem da Carcaça) Principais Problemas e Inspeção XV. CHAMINÉ E DUTOS Função, Projeto Cálculo Mecânico Acessórios principais Conexões Plataformas XVI. EQUIPAMENTOS AUXILIARES: Queimadores Ventiladores Sopradores de Fuligem Damper de Controle Damper de Selagem Pré-Aquecedore de Ar

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XVII. INSTRUMENTOS E CONEXÕES AUXILIARES: Temperatura de Processo Manômetros de Processo Temperatura de Parede da Serpentina Temperatura dos Fumos Pressão ou tiragem da corrente dos Fumos e Ar Analisadores para os Fumos XVIII. FABRICAÇÃO E MONTAGEM: Estrutura Metálica Serpentinas Refratamento Escadas e Plataformas Transporte Montagem XIX. CÁLCULO DO CUSTO DE FORNO PETROQUIMICO Custo de Engenharia Básica do Processo (Tecnologia) Estrutura de Custo de Fornos Petroquímicos Calculo do Custo da Estrutura e Carcaça do Forno Cálculo do Custo das Partes de pressão do Forno Cálculo do Custo do Isolamento Cálculo do Custo dos Acessórios Principais Cálculo do Custo da Instrumentação Cálculo do Custo da Civil Cálculo do Frete ou Transporte Cálculo do Custo da Montagem XX.

RATEIO DE CUSTO DE FABRICAÇÃO X MONTAGEM Indice de Fabricação e Montagem Impostos que incidem sobre um Forno Petroquímico Custo de Supervisão de Fabricação e Montagem

XXI. CUSTO OPERACIONAL DE UM FORNO: Eficiência do Forno Insumos ou Consumo do Forno

XXII. CUSTO DE MANUTENÇÃO Pontos Básicos que Afetam o Custo de Manutenção Principais Itens na Manutenção Tempo de Parada x Custo da Parada x Ganho na Produção CORNERSTONE Engenhari a S/C – e-mail : jhayashi @terra.com.br




I. OBJETIVO: O objetivo deste compendio é fornecer informações aos usuários de fornos petroquímicos para que conheçam melhor os equipamentos com os quais estão envolvidos. Este trabalho não tem a pretensão de esgotar esse assunto que é muito vasto. Neste trabalho, não serão cobertos as definições e cálculos processuais de um forno petroquímico.

II. DEFINIÇÃO: A. DEFINIÇÃO DE FORNO PETROQUÍMICO O Forno é um dos componentes integrantes de uma gama bastante grande de equipamentos num complexo petroquímico. O forno de processo petroquímico consiste em uma ou mais câmaras de transferência de calor tendo como câmara principal aquela cuja troca térmica se dá pela presença de chama direta. Para maior aproveitamento do calor gerado pela queima de uma quantidade de combustível é utilizado outra câmara, onde a troca térmica é feita através de convecção. Desta forma, a função básica de um forno é transferir calor a um produto, o qual necessita um acréscimo de energia através de aumento de calor.

B. GLOSSÁRIO TERMO Absorção de Calor Agulhado (concreto) Ar de Combustão Ar em excesso Ar Primário Ar Secundário Arch Atomização Breeching

SIGNIFICADO Calor total absorvido pela serpentina excluindo o calor recuperado no pré-aquecimento do Ar. Metal Fiber reinforcement - Agulhas de metal utilizado para mistura no concreto refratário para aumento de resistência à flexão e compressão. Ar necessário para mistura com o combustível para a combustão Quantidade de ar acima do estequiométrico Primary Air – Quantidade de Ar que é inicialmente misturado ao combustível Secondary Air – Ar complementar para a queima completa do combustível no queimador Teto da Radiacção que pode ser plana ou inclinada Processo de pulverização do combustível líquido para queima eficaz Teto ou saída dos fumos na convecção





TERMO SIGNIFICADO Bridge Wall Transição da Câmara de Radiação para a Convecção Calor Gerado ou Liberado Calor total liberado ou gerado pela queima de um determinado combustível utilizando o Poder Calorífico Inferior Carcaça do forno Invólucro do Forno onde está confinado a chama e as serpentinas Concreto Isolante Material Isolante preparado com a mistura basica de Sílica, alumina e outros Convecção Secção onde se dá a Troca de Calor por Convecção Corbel Saliência nas paredes da Convecção para equalizar a velocidade dos fumos nas fileiras da extremidade Corrosão admissível Perda de Espessura admissível nas paredes devido a corrosão e/ou erosão Crossover Tubulação de interligação entre as diversas serpentinas da Radiação e Convecção TERMO SIGNIFICADO Damper Válvula borboleta para controle da passagem de ar ou fumos Damper Radial Damper em dutos cilíndricos em forma de fatias de pizza Damper veneziana Damper composta de várias laminas paralelas Densidade do Fluxo de Heat Flux Average Density - Calor absorvido pela serpentina dividido Calor pela área dos tubos da serpentina Duty Capacidade, Serviço Eficiência do Forno Índice de aproveitamento do calor absorvido e gerado pela queima do combustível Erosão Redução de espessura das paredes devido ao desgaste por choque das correntes Face Quente (do Face do Refratário em contato com os fumos ou ar aquecido isolamento) Fibra Cerâmica Material Isolante fabricado com fibras capilares de Alumina e Sílica e outros Fumos Produto da combustão Guilhotina Acessório utilizado para impedir o fluxo no duto (similar à figura 8 em tubulação) Header Box Caixa de proteção para as curvas de Retorno da serpentina Header ou Curva de Termo utilizado para as curvas de 180 o para unir dois tubos paralelos Retorno adjascentes Incrustação Admissível Fouling Allowance - Fator que deverá ser considerado para calculo da perda de carga na serpentina Isolamento Monolítico Monolitic Lining – Revestimento de Concreto Isolante de uma camada única Jump Over Interligação entre os feixes de tubos de secções da convecção ou radiação Liberação Normal Normal Heat Release – Absorção de Calor de projeto dividido pela eficiência do Forno Manifold ou Coletores Tubulão de distribuição ou coleção de tubos paralelos de um feixe tubular Mortar ou Argamassa Argamassa para assentamento de tijolos ou pré- moldados refratários Passe ou Correntes Pass or Stream – Circuito de fluxo de um processo através de uma CORNERSTONE Engenhari a S/C – e-mail : jhayashi @terra.com.br




TERMO Perda de Carga Perda de Carga na Serpentina Perda de Carga nas Câmaras Perda de carga nos dutos Piloto Plenum ou pleno Poder Calorífico Inferior Poder Calorífico Superior

TERMO Pré-Aquecedor de Ar Queimador Radiação Resistência devido à incrustação Revestimento Anticorrosivo Shield ou Shock Tubes Superfície Extendida Taxa de Corrosão Tiragem Tiragem Balanceada Tiragem Forçada Tiragem Natural

série de tubos adjacentes interligados SIGNIFICADO Pressure Drop – Diferença entre a pressão de entrada e Saída de uma determinada corrente de fluxo Queda da pressão devido a atrito ou acidentes da configuração da serpentina Queda de pressão na corrente dos fumos nas câmaras do forno Queda da pressão nos dutos de interligação entre as partes do sistema de ar ou fumo Pilot – Pequeno bico com chama para auxiliar no acendimento ou sustentação da chama do queimador Plenum or Wind Box – Caixa de distribuição de Ar onde estão localizados os queimadores Calor gerado na queima dos componentes menos o calor utilizado na vaporização da água nela contida Calor Gerado na queima dos componentes do Combustível

SIGNIFICADO Trocador de Calor que transfere o calor dos fumos para o ar de combustão Equipamento onde ocorre a combustão para geração de chama Secção onde se dá a Troca de Calor por Radiação Fouling Resistance - Fator de resistência à vazãoa ser considerado no cálculo da perda de \carga na serpentina Protective Coating – Revestimento da chapa com material anticorrosivo para proteção contra corrosão devido a presença de componentes corrosivos nos fumos Tubos que protegem os tubos com superfície extendida incidência da radiação Aumento da superfície dos tubos para melhor troca térmica na convecção Afinamento da espessura da parede devido ao desgaste por corrosão ou erosão Pressão negativa na Câmara de Radiação Processo de Combustão com ventilação forçada e induzida Pressâo Negativa ou levemente positiva, gerado por Ventilador Pressão negativa gerada apenas pela chaminé





III. PARTES PRINCIPAIS DE UM FORNO PETROQUÍMICO:

F I GURA 1 –PARTE S DO F ORNO 1

7

Porta de Acesso 2 3 4 5 6

Arch Breeching Bridgewall Queimadores Carcaça

13 Header Box

19 Espelho Frontal

14 15 16 17 18

20 Base 21 Chaminé 22 Plataformas

Secção Convecção 8 9 10 11 12

Corbel Crossover Tubos Serpentina Tubos Aletados Curva de Retorno


Secção de Radiação Shield ou Shock tubes Porta de Observação Suporte dos Tubos Isolamento




A. Carcaça:

Carcaça são as câmaras onde estão instalados as fontes de calor e onde estão instaladas as serpentinas. Geralmente a carcaça é construída com chapas de aço reforçadas com vigas e perfis que podem ser laminados ou soldados. Outra função da carcaça é de evitar que o calor seja perdido ou que o ar atmosférico venha prejudicar a troca térmica, desta forma ela deve ser a mais fechada possível evitando o máximo a fuga de calor ou a infiltração de ar atmosférico.

B. Secção de Radiação: A secção da radiação é onde a troca térmica se dá primariamente por radiação. Podemos chamar também de câmara de chama, pois é nessa secção em que estão instalados os queimadores.

C. Secção de Convecção: A secção de Convecção é a câmara onde a troca térmica se dá primariamente por convecção. Os fumos em alta temperatura passam por essa câmara transferindo o calor às serpentinas instaladas nessa região.

D. “Arch” (Teto da Radiação):

Consiste no fechamento superior da Câmara da radiação. E. “Breeching” (Teto da Convecção): Consiste no fechamento superior da Câmara de convecção

F. Bridge Wall (Transição da Radiação para Convecção:

É a região de transição entre a secção de radiação e a secção da convecção. G. Serpentina da Radiação: São os tubos por onde fluem o processo e que estão instalados na câmara de radiação, ou seja, recebem o calor através da incidência de radiação da chama.

F. “Shield” ou “Chock Tubes”

São os tubos por onde fluem o processo, e que protegem os tubos da convecção da incidência de radiação da chama da câmara da Radiação.





G. Serpentina da Convecção

São os tubos por onde fluem o processo, e que recebem o calor dos fumos provenientes da câmara de radiação através de convecção. Geralmente é utilizado tubos com superfície expandida ou aletada. H. “Crossover”

São os tubos por onde fluem o processo que interligam a serpentina da radiação com a serpentina da convecção.

I. Suportes Fundidos São peças que suportam ou apóiam as serpentinas para evitar deformação ou carga excessiva sobre os mesmos. Geralmente são fabricados com material fundido que possui uma resistência maior à altas temperaturas e são materiais refratários. Alguns deles denominamos como “Suporte Guia” pois a sua função não é propriamente de suportação, mas de guia para em alguns casos diminuir o comprimento de flambagem e em outros casos simplesmente para evitar que o tubo se desloque ou deforme devido ao movimento durante a dilatação e vibração devido ao fluxo interno.

J. “Header Box” São as caixas ou invólucros onde estão os cabeçotes ou curvas de retorno. Essas caixas podem ser na câmara de radiação ou de convecção, dependendo se no forno essas curvas ficam fora da carcaça do forno.

K. Queimadores São um dos itens mais importantes do forno, pois fornecem a energia am forma de calor através da chama de combustível.

Há diversos tipos de queimadores que iremos tratar mais à frente, mas basicamente eles são dimensionados para a queima do combustível líquido ou gasoso ou com ambos os combustíveis fornecendo a quantidade de calor necessária para a absorção nas serpentinas.





L. Porta de Explosão São portas que possuem uma tampa móvel e que deve abrir em caso de um deslocamento de ar ou gás brusco devido a uma explosão ou combustão de uma quantidade de combustível muito acima da condição de operação normal.

Geralmente isso ocorre devido ao vazamento de gás ou vapor de óleo combustível que não foi ignitado e que repentinamente atinge as condições de combustão espontânea ou o surgimento de uma fonte de energia que produz a chama ou faísca.

M. Chaminé

É o duto através do qual os fumos são lançados para a atmosfera. Esse duto, na maioria dos casos deve promover uma diferença de pressão ou uma depressão na câmara do forno de tal forma que todo fumo seja arrastado através dele para ser lançado para a atmosfera em uma velocidade propícia para a sua dispersão.

N. Portas de Acesso e Visores São aberturas colocadas na carcaça do forno que p ermitem enxergar especialmente a chama e a superfície das serpentinas.

As portas de acesso são para utilização durante a manutenção.

O. Isolamento

São revestimento das superfícies da carcaça e partes dos fornos por onde poderia haver uma perda excessiva de calor para a atmosfera. Esse assunto será amplamente discutido posteriormente.

P. Conexões de Instrumentos Para que um forno tenha um bom controle e monitoramento e para que haja segurança e uma boa eficiência na operação do forno, há uma gama de dados que precisam ser obtidos e para tanto instrumentos são necessários. Muitos deles são instalados no próprio forno e outros nas linhas de processo e de combustão.





IV. CLASSIFICAÇÃO DOS FORNOS PETROQUÍMICOS: A. DEVIDO AO TIPO DE FLUXO: Os fornos petroquímicos podem ser classificados devido ao fluxo que passa ao longo da serpentina. A classificação pode ser de acordo com a lista abaixo:

1. Somente Líquido: O processo entra na fase líquida e sai na mesma fase líquida com temperatura mais elevada. 2. Somente Vapor: O processo entra na fase vaporizada e sai com a temperatura mais elevada. 3. Vaporização parcial: O processo entra na fase líquida ou mista e sai com uma quantiade maior vaporizada misturada com uma quantidade ainda na fase líquida. 4. Vaporização total ou completa: O processo entra na fase líquida ou com uma mistura e sai totalmente vaporizada.

B. DEVIDO AO PROCESSO: Nas plantas petroquímicas, há uma gama de processos que ocorrem em um forno e que caracterizam os mesmos conforme abaixo:

1. SIMPLES AQUECIMENTO: O forno com simples aquecimento pode também ser chamado de forno de carga, que é bastante genérico. Esse tipo de forno tem como função incrementar a temperatura do processo para que o mesmo seja introduzido em outro equipamento, como uma coluna de destilação, ou mesmo em um trocador de calor. 2. VAPORIZADOR: Esse tipo de forno recebe uma carga total ou parcial líquida e o fluido é vaporizado no forno para ser introduzido em um equipamento. 3. SUPERAQUECEDOR DE VAPOR: Forno destinado a superaquecer o vapor a altíssimas temperaturas e pressão para processos específicos como por exemplo, para produção de estireno. 4. FORNO DE PIRÓLISE: É um forno que aquece um produto, geralmente hidrocarboneto, para alterar as cadeias carbônicas, através de aquecimento a altas temperaturas. Exemplo: forno para craqueamento do Dicloro-etano para produção de PVC e MVC ( 5. REFORMADOR CATALÍTICO: Forno que muda as características dos componentes do fluido, através de reação catalítica que é endotérmica (necessita de calor para a reação). Exemplo de forno para geração de Hidrogênio a partir da mistura de hidrocarboneto com vapor dágua. 6. FORNO DE ETILENO: Forno que produz através de pirólise o etileno a partir da nafta ou etano. 7. FORNO DE COQUE: Forno que aquece hidrocarbonetos pesados para produção de Coque e retirada final de hidrocarbonetos leves.





C. DEVIDO A FORMA GEOMÉTRICA DA CARCAÇA

Um forno pode ter formas geométricas variadas, porém há certas características da planta ou do processo que direcionam a escolha de uma dada geometria. Quando há uma área restrita para manutenção, geralmente se escolhe fornos com serpentinas verticais pois este tipo ocupa menor espaço em planta. Fornos que precisam ser auto drenáveis, devem ter a serpentina horizontal ou helicoidal. Para cada tipo de processo, de área disponível, é necessário um conhecimento para que a forma geométrica seja corretamente escolhida.

1. CILINDRICO VERTICAL:





2. CAIXA :

3. CABINE:





D. DEVIDO A DISPOSIÇÃO DA CHAMA EM RELAÇÃO À SERPENTINA DA RADIAÇÃO: 1. SINGLE FIRED (Queima Simples Unilateral) A chama aquece um único lado da serpentina:

2. DOUBLE FIRED (Queima em Duas Faces da Serpentina)





3. UPFIRED (Chama Vertical para Cima)

4. DOWN FIRED (Chama Vertical para Baixo)

5. SIDE WALL – WALL BURNERS (Chama plana na lateral do forno) Vide Exemplo do Double fired.

6. TERRACE WALL (Tecnologia da Foster Wheeler)





F. DEVIDO A DISPOSIÇÃO E TIPO DE SERPENTINA DA RADIAÇÃO 1. CILINDRICO VERTICAL

2. CAIXA VERTICA L:

A diferença com o item acima é a forma da carcaça e o Lay-Out da Serpentina.





3. CILINDRICO HELICOIDAL:

4. CAIXA OU CABINE HORIZONTAL:

5. ARBOR





H. DEVIDO A TIRAGEM Os fornos petroquímicos são classificados quanto maneira em que as pressões internas ao forno e dutos de interligação são controladas.

1. Tiragem Natural: Em um forno de tiragem natural, a depressão dentro das câmaras do forno são geradas pela diferença de temperatura nas mesma com relação à temperatura atmosférica e também através da chaminé instalada no topo do forno. Quanto maior a diferença de temperatura entre as câmaras e a temperatura ambiente, maior será a tiragem. Quanto mais alta e menor a perda de carga dos fumos na chaminé, maior será a tiragem ou depressão dentro da câmara de rediação. 2. Tiragem Forçada: Um forno com tiragem forçada é aquele cuja alimentação do ar de combustão é insuflado através de um ventilador ou outra maneira de injetar ar forçado na câmara plena dos queimadores. 3. Tiragem Iduzida: Um forno com tiragem induzida é aquele que possui um ventilador conectado com a saída dos fumos da câmara do forno, geralmente no topo da convecção. CORNERSTONE Engenhari a S/C – e-mail : jhayashi @terra.com.br




Nesse caso é possível utilizar um chaminé bem mais baixo pois esse ventilador induzido promove uma depressão suficiente na câmara para que os fumos sejam facilmente expulsados da câmara do fornos e gerando uma depressão adequada nos queimadores. 4. Tiragem Balanceada: Um forno com tiragem balanceada é equipado com pelo menos dois ventiladores sendo um forçado para insuflar o ar nos queimadores e outro para succionar os fumos da câmara do forno. Dizemos que a tiragem é balanceada pois o equilíbrio das pressões nas câmaras e dutos são controlados e regulados de forma a proporcionar uma operação estável e eficiente.





V. ESCOLHA DO TIPO DE FORNO: Para cada tipo de planta e de operação, levando-se em conta as condições de contorno , a área disponível, a perda de carga desejado no sistema, os tipos e condições físicas dos combustíveis disponíveis é determinante o tipo, a tecnologia e condição de operação do forno a ser escolhido. Nem sempre a melhor tecnologia ou tipo de forno poderá ser empregado, mas é importante analisar o custo benefício do projeto determinado. Um forno, baseado nas premissas e condições acima abordados poderão ser determinado pelos seguintes tópicos a seguir:

A. Processo Conforme abordamos acima, para um determinado processo, há geralmente pelo menos duas alternativas para o projeto do forno. Conforme mencionamos no parágrafo IV. B. , alguns tipos de fornos são muito específicos e o processo e tipo de forno é dominado por algumas tecnologias. Abaixo iremos mencionar alguns tipos de forno e a tecnologia disponível no mercado mundial: 1. FORNO DE AQUECIMENTO EM GERAL, OU FORNO DE CARGA: É o forno mais comum e simples, e não exige detalhes construtivos muito sofisticados. Todas as grandes detentoras de tecnologia de fornos e outros menores têm condição de projetar e fornecer esse tipo de fornos. 2. FORNO DE REFORMA CATALÍTICA: Estes fornos operam à altíssimas temperaturas com materiais muito especiais para a serpentina e devido a alta temperatura nas câmaras exigem um isolamento mais nobre. Dessa gama de fornos estão os fornos para geração de hidrogênio, utilizados nas plantas de dessulfurização de combustíveis, plantas de fertilizantes que utilizam amônia e outros processos que utilizam a hidrogenação.





As principais tecnologias são: TECHNIP/KTI; HALDOR TOPSOE; SELAS/LINDE; HEURTEY/PETROCHEM; KELLOG/BROWN ROOT. Os principais clientes no Brasil são: Petrobrás, Fosfertil, Metanor, Fafen, Prosint, etc. 3. FORNOS DE ETILENO: Assim como os fornos de reforma catalítica, os fornos de etileno são bastante rigorosos nas condições de operação, exigindo materiais especiais e detalhes bastante específic os. Esses fornos são utilizados em pólos petroquímicos e fornecem matéria prima para os plásticos como polietileno. As principais tecnologias são: SELAS/LINDE; SHAW/STONE & WEBSTER; LUMMUS. Os principais clientes são: Braskem, Copesul e PQU.

4. SUPER-AQUECEDORES DE VAPOR: Esses fornos superaquecem o vapor d´água a altíssimas temperaturas e dessa forma o material para as serpentinas como nos reformadores e fornos de etileno, são especiais, fabricados através de centrifugação do metal fundido. Esses fornos são bastante utilizados nas plantas de estireno e as principais tecnologias são: Badger e a Petro-Chem. Os principais clientes são os fabricantes de estireno, matéria prima para plásticos de alta resistência, como Estireno do Nordeste, CBE e Inova.





5. FORNOS DE ÓLEO COQUE: Este tipo de forno é bastante crítico devido a problemas de coqueamento nas superfícies internas das serpentinas. Geralmente esses fornos utilizam nos cabeçotes de retorno, um acessório chamado cabeçote de limpeza.

6. FORNOS DE ÓLEO TÉRMICO: Os fornos de óleo térmico são fornos de aquecimento simples e a particularidade é a limitação no fluxo de calor para evitar a deterioração do óleo térmico acima de uma determinada temperatura.

B. Carga Térmica O tipo forno de forno é escolhido baseado em sua carga térmica. 1. BAIXA CARGA TÉRMICA:





Geralmente para fornos de carga térmica abaixo de 1 MM Kcal/H o tipo ideal a ser escolhido é o forno do tipo cilíndrico vertical sem convecção. 2.

CARGA TÉRMICA MÉDIA: Um forno com capacidade entre 1 a 15 MM Kcal/H pode ser considerado de Carga média. Dentro dessa gama de carga térmica, já se justifica a utilização da secção da convecção, e dependendo do caso já se justifica a utilização de um sistema de Pré-Aquecimento de Ar.

3. CARGA TÉRMICA ELEVADA: Considerado fornos com carga térmica acima de 15 MM Kcal/H.

C. Área Disponível: Dependendo da área disponível um forno de aquecimento e ou de carga com uma determinada capacidade poderá ser escolhida. Quando a área é reduzida, o ideal é ser utilizado fornos tipo cilíndrico vertical ou heliciodal.

D. Perda de Carga Disponível Um dos pontos limitantes e que são preponderantes para a escolha e definição de um forno é a perda de carga disponível. O diâmetro da serpentina, a quantidade de passes, serão definidos dependendo da perda de carga disponível. Um dos fornos onde a perda de carga é muito importante de ser controlada é o forno de Vácuo, pois a pressão disponível para sair de uma coluna atmosférica para uma coluna de vácuo é baixíssima (pouco acima de 1,0 Kgf/cm2). Outro tipo de forno para pequenas perdas de carga com alto fluxo de processo é o forno tipo Arbor, ou multi-passes (Quantidade de passes superior a 8)

Forno Multipasse – Serpentina da Radiação do Forno Superaquecedor de vapor





Forno tipo Arbor

E. Drenagem do Forno em Parada Há casos em que não se pode admitir acúmulo de líquido em parada, pois o fluido poderá sofrer um congelamento ou mesmo um processo de polimerização. Para fornos que exigem esse detalhe, pode-se escolher fornos com serpentina helicoidal, caso o forno seja de baixa capacidade. Para fornos de média capacidade para cima, as serpentinas horizontais as recomendadas.

F. Tecnologia Disponível no Mercado Para alguns casos ou tipo de fornos, o projeto se torna específico e exige a busca de uma tecnologia, exigindo uma referência no mercado.





VI. ESTUDO ECONÔMICO E ESCOLHA DE RECUPERAÇÃO DE CALOR: A. Forno sem Sistema de Recuperação de Calor Conforme já foi citado acima, um forno de pequenas capacidade, não justifica a utilização de uma secção de convecção e muito menos um sistema de pré-aquecimento.

B. Acréscimo de Processo na Convecção A primeira alternativa para a melhor utilização do calor da fornalha é dividir a troc a térmica total de um determinado processo de forma a obter aproximadamente 70% da carga na secção da radiação e 30% na secção da convecção. A alternativa seguinte é verificar se há algum processo disponível que poderia ser aquecido na convecção ao invés de se utilizar um trocador de calor. Esse processo deve ter a temperatura de entrada e saída inferior à temperatura de entrada de processo na convecção. A outra alternativa é verificar a necessidade ou a utilização de vapor ou mesmo de água aquecida pelo cliente Caso essa afirmativa seja verdadeira, na convecção poderá ser pré aquecida a água de caldeira, gerado vapor e mesmo superaquecido o vapor. Um caso extremo, e não muito recomendável é o aquecimento do combustível n secção de convecção.

C. Forno com Pré-Aquecimento de Calor Regenerativo: A instalação de um sistema de recuperação só é justificado caso o investimento para o acréscimo desse sistema tenha o retorno garantido em no máximo 5 anos. A recuperação de calor é feita através da utilização do calor dos fumos que saem da convecção para aquecer o ar de combustão a ser insuflado nos queimadores.





Esqu ema do Sistem de Pr é -A quecimento de Ar Regenerati vo

Montagem do APH Tipo Ljungstrom

Cestas do APH Ljunstrom

D. Forno com Pré-Aquecimento de Calor Recuperativo ou Estático O sistema de pré-aquecimento regenerativo está sendo substituído gradativamente por sistema de pré-aquecimento recuperativo, uma vez que a maioria dos fornos estão trabalhando com combustível gasoso (Gás Natural ou Gás de Refinaria).





Esquema do Sitema de APH Estático

As vantagens do Recuperativo sobre o Regenerativo são: 1. Menor vazamento de ar para o lado do gás (10 a 15% no Ljungstrom e 1% para o Estático) 2. Conseqüência do item acima teremos Ventiladores tanto o forçado como o induzido, pelo 3. menos 10% menores. 4. Para o APH estático não há consumo de energia para acionar os cestos. 5. Perda de carga menores. 6. Manutenção baixíssima. O primeiro APH Estático que surgiu, utilizava tubos ou secções com aletas externas e internas:





Secção do duto Fundido

Foto dos Perfil do duto fundido

Atualmente em vista dos combustíveis utilizados, mais limpos e gasoso, os APH estáticos são fabricados com chapa, conforme as figuras abaixo:

Vi sta de um Módulo montado

Vista do Módulo Expandido





M ontagem do APH para Embarque

Vista Frontal de um conjunto de Módulos





VII. PRINCIPAIS TECNOLOGIAS: No mercado de fornos petroquímicos há algumas tecnologia consagradas as quais passamos a listar para conhecimento:

A. Fornos de Carga ou Aquecimento Para este tipo de fornos praticamente todos as firmas detentoras de tecnologia possuem uma larga referência de projetos executados, portanto não iremos lista-las.

B. Fornos de Reforma Catalítica (Geração de H2) PETROBRAS (KTI) TECHNIP/KTI HALDOR TOPSOE KELLOG/ BROWN ROOT SELAS /LINDE HEURTEY / PETROCHEM

• • • • • •

C. Fornos de Etileno • • • •

LUMMUS SHAW /STONE & WEBSTER SILAS LINDE KELLOG/BROWN ROOT

D. Pirólise de EDC (Di-cloro Etano para Planta de PVC; MVC) • • •

TECHNIP/KTI HEURTEY / PETROCHEM SILAS / LINDE

E. Super-aquecedor de Vapor • •

BADGER PETROCHEM

F. Coque • • •

PETROCHEM LUMMUS TECHNIP / KTI





VIII.

CONSIDERAÇÕES PARA PROJETO:

Este parágrafo tem o intuito de dar uma noção panorâmica de como é definido um forno petroquímico.

Sobre cálculo e definição processual, um curso específico poderá ser dado, porém não é o intuito deste compendio.

A. Processo Dependendo do processo do forno, conforme descrito acima, uma determinada tecnologia deverá ser escolhida. Há porém alguns tipos de fornos cujo domínio já é amplo e as complicações operacionais são menos críticas e há pessoas que podem executar o projeto processual. Dependendo da tecnologia eleita para executar o projeto básico da planta, uma determinada tecnologia é a de sua preferência e dificilmente poderá o cliente optar por uma diferente.

B. Combustão Normalmente o tipo de combustível já é definido pelo cliente e o fornecedor da tecnologia do forno. Atualmente a maioria dos fornos petroquímicos utilizam gás combustível, pois mais e mais está sendo reaproveitado os materiais refugados pelas plantas de refino, chegando ao limite que é a geração de coque. Outro ponto importante a ser verificado quanto à combustão é a legislação ambiental local, pois dependendo das leis e limitações locais é necessário a utilização de um queimador de baixo ou ultra baixo Nox. Falaremos sobre os queimadores em outro parágrafo mais à frente, onde abordaremos detalhes processuais, mecânicos e de automação.

C. Mecânico Para uma determinada capacidade e tipo de fornos sempre há alternativas para definir o mesmo em termos mecânicos. Dependendo da situação é necessário optar por certos detalhes mecânicos que darão uma vida útil pais longa ou mesmo uma condição melhor de manutenção e operação. Um forno será mais fácil ou mais difícil, para a manutenção, e poderá acarretar em mais ou menos dias de parada para inspeção e/ou reparo.





IX. TUBOS OU SERPENTINAS: A. Escolha do Tubo: A escolha do diâmetro e a bitola dos tubos da serpentina, bem como a quantidade, comprimento e material de construção são determinados pelo cálculo processual. Geralmente quando é definido um determinado forno para um processo específico, a mínima qualidade dos tubos da serpentina fica determinada, e pouca alternativa é deixada devido o aspecto econômico, pois quanto mais nobre o material do tubo maior o valor do investimento.

Serpent in a de um f orn o Superaqu ecedor de Vapor

Serpentina da Radiação de um forno de Carga

Tubos catalizadores do For no Reformador

Pig-T ail s de um Reformador

B. Tubos Aletados ou Pinados: Assim como ocorre nos tubos da Radiação a definição da serpentina da convecção é definida pelo cálculo processual. A escolha do tipo de superfície extendida depende da quantidade de fuligem a ser gerada na queima do combustível. Para fornos que trabalham com óleo combustível pesado, obrigatoriamente deve-se adotar tubos pinados ao invés de tubos aletados. CORNERSTONE Engenhari a S/C – e-mail : jhayashi @terra.com.br




Para fornos que queimam óleo leve, poderá ser utilizado aletas com espessuras maiores e com densidade menor de aletas por metro.

Tubos com Aletas Contínuas

Tubos com Aletas Serrilhadas

O material das aletas são definidos pelo cálculo da temperatura máxima no topo dos pinos ou aletas e conforme a norma API-560, deverá ser conforme o seguinte: Material dos Pinos

Material dos Pinos Aço Carbono 2.1/4 Cr -1 Mo 5 Cr -1/2 Mo 11-13 Cr 18Cr-8 Ni 25Cr – 20 Ni

Temp. Max. Lim. (oF) 950 1100 1100 1200 1500 1800

Temp. Max. Lim. (oC) 510 593 593 649 815 982

Material das Aletas





Material das Aletas Aço Carbono 11-13 Cr 18Cr-8 Ni 25Cr – 20 Ni

Temp. Max. Lim. (oF) 850 1100 1500 1800

Temp. Max. Lim. (oC) 454 593 815 982

C. Materiais de Construção: Eventualmente o material de construção da serpentina definida pelo cálculo poderá ser modificado dentro de um certo parâmetro que não fira o projeto básico e economicamente ainda seja viável. A escolha do material do tubo é baseada nas seguintes condições: • • •

Corrosão do processo na concentração e temperatura de operação Temperatura máxima de trabalho Tensão admissível à creep ou baseado no escoamento

É de capital importância que os tubos ao serem fabricados sejam examinados e verificados se os testes de aceitação de acordo com as normas foram executados, e se o certificado está sendo fornecido. É se suma importância a rastreabilidade do material após a conclusão da fabricação e montagem do forno. Há casos em que um determinado material é mais resistente à corrosão porém as tensões admissíveis são menores. Em grande parte dos projetos, os tubos da serpentina da radiação são projetados para 100.000 horas de operação, e na maioria dos casos os materiais são especificados de acordo com a norma ASTM. Em alguns casos para minimizar o custo do projeto, é utilizado diversos materiais diferentes, e para esses casos, o mais importante é a escolha dos eletrodos e do procedimento de solda para cada solda dissimilar. Para casos em que a pressão e a temperatura são muito elevadas, muitas vezes se tivermos que escolher espessuras padrões, a sobre-espessura se torne muito acima da necessária. Nesses casos o ideal é verificar se economicamente não seria mais viável comprar espessuras mínimas necessárias. Esse é o motivo em que muitas vezes ao invés de se especificar o “Pipe” é indicado o “Tube”. Os materiais mais utilizados para a fabricação das serpentinas são as que estão indicadas na tabela abaixo.





Material dos Tubos e Limite de Temperatura de Uso Contínuo Composição Aço Carbono C – ½ Mo 1.1/4 Cr.- ½ Mo 2.1/4 Cr – 1 Mo 3 Cr – 1 Mo 5 Cr – 1 Mo 5 Cr – 1 Mo - Si 7 Cr – 1/2 Mo 9 Cr – 1 Mo 9 Cr – 1 Mo -V 18 Cr – 8 Ni

Material para “Pipe” (*) A-53 , A-106-Gr.B

Material para “Tube” (*) A-161Gr.A-1 A-192 Gr.A-1 A-210 Gr.A-1 A-335-Gr.P1 A-161-Gr.T1 A-209 Gr.T1 A-335-Gr.P11 A-200-Gr.T11 A-213-Gr.T11 A-335-Gr.P22 A-200-Gr.T22 A-213-Gr.T22 A-335-Gr.P21 A-200-Gr.T21 A-213-Gr.T21 A-335-Gr.P5 A-200-Gr.T5 A-213-Gr.T5 A-335-Gr.PS5b A-200-Gr.TS5b A-213-Gr.TS5b A-335-Gr.P7 A-200-Gr.T7 A-213-Gr.T7 A-335-Gr.P9 A-200-Gr.T9 A-213-Gr.T9 A-335-Gr.P91 A-200-Gr.T91 A-213-Gr.T91 A-312 – Tp 304 ou 304H A-213 – Tp 304 ou 304H ou 304L ou 304L A-376 – Tp 304 ou 304H A-271 – Tp 304 ou 304H ou 304L ou 304L

Temp. Max. Lim. (oC) 540 595 595 650 650 705 705 705 705 705

815

16 Cr – 12 Ni – 2Mo A-312 – Tp 316 ou 316H A-213 – Tp 316 ou 316H ou 316L ou 316L A-376 – Tp 316 ou 316H A-271 – Tp 316 ou 316H ou 316L ou 316L

815

18 Cr – 13 Ni – 3Mo A-312 – Tp 317 ou 317L A-376 – Tp 317 ou 317L 18 Cr – 10 Ni – Ti A-312 – Tp 321 ou 321H A-376 – Tp 321 ou 321H 18Cr- 10 Ni- Cb A-312 – Tp 347 ou 347H A-376 – Tp 347 ou 347H Alloy 800H ou HT B-407 Cast 25Cr-20 Ni A-608-Gr.HK40

815

A-213 – Tp 317 ou 317L A-271 – Tp 317 ou 317L A-213 – Tp 321 ou 321H A-271 – Tp 321 ou 321H A-213 – Tp 347 ou 347H A-271 – Tp 347 ou 347H B-407

815 815 985 1010

D. Procedimentos de Solda, e Testes Não Destrutivos: Para cada tipo de material e bitola é necessário um procedimento de solda específico, e normalmente o procedimento é baseado na norma ASME IX. Cada material possui um requisito mínimo de recebimento e para cada lote, o fornecedor precisa apresentar o Certificado do material. Após a fabricação total ou parcial, normalmente é exigido que testes e exames não destrutivos sejam efetuados, tais como:





1. 2. 3. 4. 5.

Análise dimensional visual Radiografia nas soldas Teste de Ultra-som Teste de Líquido penetrante nas soldas Teste “Eddy-Current” utilizando saturação Magnética

E. Tratamento Térmicos: Dependendo do material do tubo e a espessura dos mesmos, o tratamento térmico deve ser efetuado após o término da soldagem, antes do teste hidrostático. A curva de aquecimento e o resfriamento deverá ser de acordo com as especificada para cada tipo de material.

F. Principais Problemas na Serpentina

Abaixo listamos alguns dos problemas mais comuns que podem ocorrer nas serpentinas dos fornos: 1. Corrosão Química Acentuada: Em alguns casos algum componente não esperado, tanto no combustível como no fluido de processo podem acarretar corrosão inesperada. 2. Corrosão devido à água durante teste hidrostático: Em alguns casos devido a utilização de água contendo cloretos para a execução do teste hidrostático, fizeram com que durante os primeiros meses de operação ocorressem a ruptura de alguns tubos. 3. Corrosão devido a Naftênicos: O óleo de alguns poços petrolíferos no Brasil contem uma quantidade de naftênicos que têm causado sérios problemas não só nos tubos das serpentinas como em outros componentes de equipamentos. 4. Ruptura na solda devido a falta ou tratamento térmico inadequado nas soldas. 5. Superaquecimento das paredes devido a incidência de chama: Uma operação muito acima da condição de projeto, onde uma liberação excessiva de calor é solicitada no queimador pode causar a incidência de chama nas paredes das serpentinas. O mesmo pode ocorrer quando há um desalinhamento dos bicos do queimador. 6. Depósito excessivo de fuligem ou outros componentes que impedem a troca térmica correta nas serpentinas com superfície aletada ou pinada. 7. Formação de coque nas paredes internas dos tubos: esse fenômeno poderá ocorrer devido a incidência de chama nos tubos ou mesmo devido a sobrecarga no forno onde as temperaturas de película atingem níveis acima do permitido em projeto. 8. Deformação da serpentina devido a temperaturas elevadas ou falta de suportação: Em certos casos a deformação da serpentina ocorrem devido a temperatura acima do projeto ou por falta de suportação dos tubos. Dependendo da deformação, o fluxo de calor nessa área poderá piorar ainda a situação. 9. Deformação da serpentina devido ao ravamento do mesmo: em alguns casos por problema de cálculo de dilatação ou rigidez do trecho de serpentina ou tubulação externa, ou solda em lugares próximo a suportação têm causado o travamento da serpentina e por conseqüência uma deformação inesperada. CORNERSTONE Engenhari a S/C – e-mail : jhayashi @terra.com.br




Defor mação dos Tubos devido a Superaquecimento

Deformação da serpentina devido ao Travamento

Def ormação da serpenti na qu e Causou deslocamento do suporte

Deformação do Manifold devido a deformação da Serpentina





X. Headers ou Cabeçotes: A. Função e Escolha A função básica dos Headers ou cabeçotes é de permitir que o fluxo dentro de uma determinada serpentina tenha um trajeto contínuo dentro de uma secção do forno, ou seja é uma união entre dois tubos adjacentes, onde o sentido do fluxo é alterado em 180 o .

B. Curvas de Retorno Há vários tipos de fornos, e na maioria dos casos esses cabeçotes nada mais são do que curvas forjadas de 180 o .

C. Cabeçote de Limpeza Em muitos fornos porém o processo envolvido possui uma particularidade que é a grande tendência de formação de coque ou acúmulo de resíduos na superfície interna da serpentina.

Para esses tipos de fornos, há uma necessidade de tempo em tempo, interromper a campanha para efetuar a limpeza do coque formado. Um dos processos de limpeza dessa superfície é a limpeza mecânica e o processo mais simples de se efetuar esse trabalho é através de varões que são introduzidos dentro da serpentina para a remoção do coque ou outro tipo de depósito. Um dos fornos onde é utilizado esses cabeçotes de limpeza são os fornos de coque.

Cabeçote de L impeza

M ódulo de Radi ação de um F orn o de Coque M ontado na F ábri ca

D. Materiais de Construção: 1.

Curvas de Retorno: As curvas de Retorno podem estar dentro da Câmara de chama ou de fumos, submetidos às mesmas condições dos tubos que são por elas interligadas.





Tanto em um caso como no outro é utilizado material com as mesmas características, porém em aço forjado. Quanto a espessura do mesmo, há casos em que devido a severidade da erosão nessa região de mudança brusca de direção, muitas vezes é recomendado ut ilizar uma espessura ligeiramente superior.

2. Cabeçote de Limpeza: Essas peças possuem um corpo principal que é de material fundido e todo cuidado no dimensionamento deve ser tomado, devido às solicitações mecânicas em que a mesma é submetida. Outra peça é o plug também em material exatamente igual ao corpo, peça esta que deverá assentar de forma bem justa para que haja uma vedação estanque, mesmo em pressões e temperatura elevadas. A pressão do plug contra oassento no corpo principal é feito através de um parafuso com cabeça sextavada.

A interligação do cabeçote de limpeza poder por solda ou por mandrilamento.

E. Possíveis Problemas Além dos problemas citados para as serpentinas que são interligadas por esse acessório, os problemas mais comuns são:

1. Problema de falha do material fundido. 2. Trincas do material fundido.

3. Vazamento no bujão do cabeçote.





XI. TUBULAÇÃO EXTERNA, COLETORES E TERMINAIS: Além das serpentinas interna à câmara de chama ou radiação e a convecção, alguns outros itens fazem parte da interligação das serpentinas a linha de entrada e saída do processo do forno as quais descrevemos abaixo: 1. Manifold, Tubulão ou Coletores: Consiste de um tubo de diâmetro consideravelmente maior que os tubos de cada passe da serpentina, cuja função é homogeneizar o fluido dos passes e unir os mesmos em um único, interligando com a tubulação de entrada e saída.

2. Crossover: São os tubos que interligam a serpentina da Convecção com as serpentinas da Radiação ou entre tubos da radiiação de mesmo passe.

3. Jumpover: São tubos que interligam tubos dos feixe da convecção.





4. Pig Tail ou Hair Pins: São Tubos bastante flexíveis que ligam os tubos da radiação com os tubulões, em fornos reformadores ou de Etileno. (Vide foto do Tubulão)

B. Função e Escolha: A função funç ão de cada item i tem já foi descrito de scrito e a escolha depende do projeto pro jeto básico, b ásico, como por po r exemplo, exemp lo, um um crossover pode ser interno ou externo à câmara de radiação.

C. Cargas Admissíveis, Movimentos, Tensões Admissíveis: As cargas nesses elementos element os devem ser o menor possível em outras palavras, as cargas e deslocamento da tubulação externa devem ser absorvidos nelas mesma, antes de interligar com aqueles. As tensões admissíveis admissíve is serão conforme a condição condiçã o de temperatura e pressão de projeto da parte mais crítica que está sendo conectada.

D. Materiais de Construção: Construção : O material desses elementos deverá ser conforme o material da parte mais nobre que está sendo conectada.

E. Principais Problemas e Inspeção: Os problemas mais críticos nesses elementos são as cargas que muitas vezes são aplicadas nelas, especialmente na interligação do tubulão com os pig-tails ou Hair Pins. Nessa região geralmente surgem trincas capilares que deverão ser reparadas nas paradas.





XII. SUPORTE E GUIA DOS TUBOS INTERNO AO FORNO: A. Função e Escolha A escolha do tipo e material do suporte das serpentinas tanto da radiação como da convecção é pelo projeto básico.

Para uma dada temperatura e dependendo do combustível, é escolhido o material do suporte e o tipo depende do projeto, como por exemplo, para um forno cilíndrico vertical, se a dilatação da serpentina é para cima ou se é para baixo. Quando a dilatação é para cima o suporte da serpentina deve ficar no soalho do forno. Se a dilatação é para baixo, o suporte deve ficar na parte superior da serpentina. Para convecções com comprimento acima de 35 vezes o diâmetro externo do tubo é necessário utilizar um apoio nas serpentinas com o chamado espelho intermediário.

Espelh Espelh o I ntermediári o

Suporte e guia da Radiação

B. Carregamento e Método de Cálculo Para o cálculo dos suportes é necessário levar em consideração os esforços temporários e os esforços de longa duração. Para cada tipo de carregamento é utilizado tensões admissíveis diferenciados. É considerado como carga de longa duração ou permanente, o peso próprio e a carga devido aos tubos que se apóiam no suporte. É considerado carga de curta duração os esforços devido ao atrito durante a dilatação dos tubos. Durante a montagem o atrito pode ser maior, porém a tensão admissível é muito superior à tensão em condição de operação.

C. Tensões Admissíveis Para cada tipo de material as tensões de “Creep” variam e o mecado cada vez mais exigente tem solicitado aos fabricantes de suportes fundidos que desenvolvam materiais com tensões mais elevadas.





A adição Nióbio ou Columbio na composição do material, promove uma aumento significativo das tensões. Outros componentes tem sido testados tanto para aumentar as tensões admissíveis, como para dar maior resistência a alguns componentes componentes corrosivos.

D. Materiais de Construção Uma gama de materiais fundidos são empregados nos projetos de fornos , dependendo da temperatura de projeto e a presença de Sódio e de Vanádio. Quando há a presença de Vanádio mais Sódio na composição do combustível líquido, na proporção maior que 150ppm, e caso a temperatura de operação no local próximo aquela onde será instalado o suporte, for acima de 590 o C o único material resistente ao ataque desses componentes é o 50Cr – 50Ni + 1.5 Nb. Há projetos em que é permitido a cobertura do suporte com concreto refratário, mas a vibração da serpentina durante a operação fará com que trincas surjam no revestimento tornado o material vulnerável vulnerável ao ataque. Os materiais recomendados conforme a Norma API – 530 as indicadas na tabela abaixo:

Material dos Suportes fundidos Composição

Material

Aço Carbono C arbono 2.1/4 Cr – 1 Mo 5 Cr – ½ Mo 19 Cr – 9 Ni 25 Cr – 12 Ni

A-216 Gr.WCB A-217 A-21 7 Gr. WC 9 A-217 Gr. WC 5 A-297- Gr. HF A-447 – Type II

25 Cr – 20 Ni 50 Cr – 50 Ni

A-297 Gr. HK A-560 Gr. 50Cr-50Ni-C 50Cr -50Ni-Cb b

Temp. Max. Lim. (oC) 427 650 650 815 982 1093 982

C. Principais Problemas e Inspeção O principal problema com os suportes fundidos é a quebra ou trincas. Muitas vezes os fornos são operados acima da capacidade projetada projetada ou devido a incidência de chama nos tubos ou mesmo nos suportes geram condições de dilatação dos tubos muito acima do previsto e muitas vezes causam esforços acima do projetado. Esse fato pode causar tanto a deformação, trincas trincas e até o rompimento dos suportes. É importante verificar as regiões mais críticas da peça, cada vez que tenham uma parada da unidade, pois ma maioria das situações o suporte não pode ser trocado e caso o forno permaneça em operação pode ocorrer o efeito dominó, ou seja, outros suportes terão que suportar o tubo cujo suporte se rompeu e este por sua vez pode romper.





XIII. REFRATÁRIOS E ISOLAMENTO Uma das partes importantes que muitas vezes é negligenciado em um forno é o isolamento. O acompanhamento dos aplicadores do isolamento por uma pessoa criteriosa e especialista é indispensável durante toa fase de aplicação.

Muitas vezes, uma aplicação será percebida que não foi bem feita, somente em operação, quando já nada pode ser feito, a não ser que o forno seja desligado e resfriado.

Um dos pontos importantes também para a boa conservação de isolamento com concreto refratário é a subida e descida da temperatura do forno nas partidas e paradas. É importante respeitar um mínimo de cuidado com a velocidade de subida, os patamares de permanência em uma determinada temperatura até ser atingida a temperatura de operação para que a vida útil do refratário continue intacta. A. Função e Escolha: As funções básicas do refratário ou isolamento são: 1. Gerar uma refratariedade e um reflexão da radiação através das paredes da Radiação. 2. Economia de Energia, que talvez é o item muito importante nos dias atuais 3. Proteção da carcaça do forno e de outras partes 4. Proteção pessoal contra queimaduras. A escolha do tipo de isolamento a ser empregado dependendo do projetista, porém é possível o próprio cliente ou usuário solicitar a utilização de um determinado tipo de isolamento. Atualmente há no mercado, uma gama muito grande de tipo de materiais refratários e isolantes, bem como uma gama de fornecedores qualificados. A compra e utilização de um bom material não garante porém que o forno estará bem isolado, pois depende fundamentalmente do aplicador e do método utilizado na aplicação, e como foi manipulado o produto e em que condições. Um bom projeto pode ser frustrado devido a má aplicação do refratário isolante.

B. Construção com Tijolos: Cada vez mais o tijolo refratário isolante está sendo substituído na maioria das regiões do forno, entretanto, há outras em que esse material é insubstituível devido a praticidade e as propriedades mecânicas. Listamos abaixo as regiões mais comumente isoladas ou refratadas com tijolos: 1.

SOALHO OU SOLEIRA: O revestimento do soalho do forno é uma região em que a maioria dos projetistas recomendam a utilização de tijolos.





2. PAREDES CENTRAIS: Outra região são as paredes centrais que dividem uma câmara de radiação em duas ou mais. Nesse caso uma parede de tijolos fazem perfeitamente essa função, pois a queda de peças e utilização de andaimes na montagem e manutenção podem quebrar e danificar um isolamento feito apenas com concreto refratário. 3. TÚNEIS DE FUMOS: Outra região em que o tijolo é de difícil substituição são os túneis de passagem dos fumos da radiação para a convecção em fornos reformadores.

4.

PAREDES COM QUEIMADORES “ WALL BURNERS”: A maioria dos projetistas de fornos que têm queimadores nas paredes laterais chamados “Wall Burners” exigem que na região em que os queimadores são instalados seja revestido com tijolos refratátios isolantes.

5.

RADIAÇÃO PERTO DOS QUEIMADORES: Alguns projetistas exigem que nas regiões de temperaturas muito rigorosas, próximas aos queimadores, seja utilizado tijolos refratários isolantes.





6.

CONVECÇÃO: Com raras exceções há caso em que o usuário insiste na utilização de tijolos nas paredes laterais da convecção.

C. Concreto Refratário e Isolante: Muitos projetistas e usuários até os dias atuais têm uma confiança muito grande no isolamento com concreto refratário. Basicamente a Petrobrás, para utilização em fornos petroquímicos utiliza três categoria de concreto Isolante. Essa classificação está registrada na norma N-1728. Esses concretos são do tipo silico aluminoso e conforme essa norma é classificado em Isolante Classe A que é o mais denso entre eles, com maior resistência à compressão, o Classe B intermediário e o Classe C o mais isolante, porém com menor resistência a compressão.








CURSO SOBRE FORN OS PETROQUÍM I COS

O isolamento com concreto refratário exige um cuidado muito grande, tanto na estocagem, preparação e na aplicação, exigindo uma supervisão bastante minuciosa de forma a evitar ao máximo defeitos e problemas que aparecerão com a secagem e a sinterização do material aplicado. Atualmente tem se preferido aplicar o material na fábrica e não no campo, pois as condições de aplicação e a facilidade de controle durante a aplicação é bem melhor. Vide fotos de aplicação na fábrica:


O isolamento com concreto refratário exige um cuidado muito grande, tanto na estocagem, preparação e na aplicação, exigindo uma supervisão bastante minuciosa de forma a evitar ao máximo defeitos e problemas que aparecerão com a secagem e a sinterização do material aplicado. Atualmente tem se preferido aplicar o material na fábrica e não no campo, pois as condições de aplicação e a facilidade de controle durante a aplicação é bem melhor. Vide fotos de aplicação na fábrica:

Pai né is com Sil icato de Cal cio in stalados

Pai né is jáisolados

Painel em f ase de montagem na f ábrica

D. Fibra Cerâmica: A partir da década de 80, a invenção da Fibra Cerâmica começou a revolucionar a engenharia de isolação térmica.


Cap.XVII Pag. 51 de 106

Autor: João Hayashi


A fibra cerâmica é produzida através da fundição de alumina e sílica de alta pureza, e sopragem ou pelo método “spinning” que consiste em choque tangencial do líquido sobre uma roda, formando assim as fibras finíssimas que são acumuladas sobre uma esteira de depois agulhadas para formarem a manta. A grande vantagem da fibra cerâmica é a baixíssima densidade se comparada com o concreto e a baixa condutividade térmica.









Com o passar do tempo, foram desenvolvidos os módulos que são blocos formados por pacotes de mantas dobradas e montadas de forma a obter um bloco com uma ancoragem que facilitará a instalação da mesma.

M anta de F ibr a Cerâmica

Fibra Cerâmica Solta

Aspecto do M ódulo

Ancoragem que é Inserido no Módulo





A fibra cerâmica possui uma propriedade que deverá ser sempre lembrada que é a contração ao ser submetida a temperaturas elevadas, que é o contrário da maioria dos materiais que dilatam nessas condições. Devido a este fato, a montagem dos módulos ou mesmo das mantas deverão ser feitas com uma compressão tal que compense a contração durante a operação do forno. Um outro cuidado a ser tomado quando utilizado isolamento com fibra cerâmica é a velocidade dos gases pois devido a sua consistência ela possui baixa resistência à erosão. Um dos maiores fornecedores de Fibra Cerâmica desenvolveu um módulo mais compacto, que apsear de ser chamado monolítico é formado por dois blocos e tem apresentado bons resultados. Esse produto é chamado de “pyro-block”.

Pyro-Block

Módulo feito com Pyro-Block

Há uma gama de variação de materiais derivados da Fibra Cerâmica e entre outros líquidos ou pastas que são utilizados para revestir a superfície da manta para aumentar a resistência á erosão. Um dos produtos muito importante que está sendo utilizado, derivado da Fibra Cerâmica são os materiais moldados a vácuo. Foi desenvolvido por um dos fabricantes de Fibra Cerâmica, um projeto de isolamento das paredes da Convecção com esse material moldado a vácuo. Esse projeto consiste em fabricar placas de fibra cerâmica moldado a vácuo e que possui uma resistência a erosão maior que a de um concreto isolante, uma vez aplicado uma massa na sua superfície. Esses painéis podem ser instalados pelo lado externo do forno facilitando assim a manutenção dessa região crítica de um forno.





Painéis Moldado a Vácuo

Esquema da montagem dos Painéis

E. Tecidos Especiais

Atualmente há no mercado internacional, uma gama muito grande de papeis e tecidos que são excelentes isolantes e servem para compor o isolamento em algumas áreas muito específicas.

Estão sendo desenvolvido técnicas de Isolamento de partes de tubulação onde há inspeção rotineira, utilizando uma composição de tecido e manta de Fibra Cerâmica de tal maneira que a retirada do isolamento para os testes e reposição do mesmo isolamento é rápido sem perder o material.

Uma utilização mais inovadora de tecidos para alta temperatura é a proteção contra a radiação em regiões em que há problemas severos de coqueamento. Nessa região é utilizado um tecido resistente a temperaturas superiores a 1000 oC.





Proteção em Tu bo de F orn o de Etil eno

Pr oteção em tu bo de forno vertical

F. Especificação e Inspeção para Compra e Instalação 1. CONCRETO REFRATÁRIO ISOLANTE: Uma especificação bem feita com todos os parâmetros de propriedades físicas e químicas, com o procedimento de testes de recebimento deve ser elaborado para que se obtenha um bom produto que trará um bom resultado. Especialmente para a obtenção de um bom concreto isolante deverá ser feito testes antes de embarcar o material, e esse teste geralmente demora de 3 a 5 dias, porém irá evitar problemas futuros na aplicação. Durante a aplicação dos concretos refratários deverá ser retido corpos de prova conforme norma e testados para garantir a qualidade e a preparação do material. É muito importante conhecer o índice de retração do material após submetido a temperaturas altas, para se prever juntas de dilatação adequada para evitar acúmulo de tensão devido a contração e por conseqüência trincas acima das permitidas por norma.

Após a aplicação deve ser tomado muito cuidado com a cura hidráulica, para que a reação química do concreto seja lenta e completa. Para isso é necessário controlar a temperatura e a umidade do concreto durante esse processo. Após a cura hidráulica e passado pelo menos 48 horas, é importante efetuar o teste de martelamento e de estilete e verificar se há formação de trincas prematuras.





2. FIBRA CERÂMICA Conforme já abordado, a maior preocupação na aplicação de isolamento com fibra cerâmica é a compressão durante a montagem para evitar que aberturas sejam formadas com a contração do material submetida à t emperaturas altas.

G. Cuidados na Partida e Resfriamento do Forno: Cuidado especial deve ser tomado com o isolamento em concreto Refratário e tijolos refratários, pois o aquecimento brusco pode causar diferencial elevado de temperatura entre a face fria e a face quente causando laminação e/ou trincas. Portanto tanto na subida como na descida da temperatura nos fornos deverão ser controlados e amenos.

H. Principais Problemas e Inspeção Termografia periódica é muito benéfica para verificar a integridade do isolamento. Outro instrumento bastante útil é o pirômetro ótico a laser, para ser medida a temperatura durante as diferentes fases de operação e manutenção. Os principais problemas conforme acima descrito são as trincas que causam infiltração de calor e propagação dessas trincas podendo causar até o desmoronamento de parte do isolameto. As trincas encontradas após um período de operação quando acima de 2 mm de abertura devem ser reparadas com o preenchimento de fibra cerâmica que deve penetrar pelo menos até 1/3 da espessura da camada afetada. Algumas fotos de problemas encontrados no isolamento.

Tr inca Típica devido a Ex cesso de Água


Tr inca devido a cont ração excessiva devido a excesso de Água




Tr in ca devido a fal ta de refor ço na estrutu ra

F alta de F ibr a Cerâmica nas emendas de painé is

Preparo para reparo do isolamento

Grampos for am acrescentados para maior ancoragem no reparo





XIV. ESTRUTURA DA CARCAÇA E ACESSÓRIOS: A. FUNÇÃO E NORMAS DE CÁLCULO, Conforme já abordamos, a carcaça possui a função de formar uma câmara de forma a enclausurar o calor que será aproveitado pelas serpentinas que estão instalados na mesma. A norma mais usual para o cálculo da estrutura do forno é o AISC (Americam Institute of Structure Calculation) além das normas Petrobrás N-293 e a norma ABNT-NBR 6123 utilizadas para carga de vento.

Para alguns casos como fornos tipo caixa mais complexo, há companhias que utilizam programa de elementos finitos, outros porém utilizam cálculos mais simples, considerando cálculo de viga isostáticas e teoria de placa.

B. CÁLCULO DAS CARGAS DE FUNDAÇÃO

Para o projeto de Carga de Fundação, é necessário calcular a montagem do forno para diversos níveis, uma vez que nem sempre o forno totalmente montado é o mais crítico. Deve-se calcular as cargas de vento para cada situação e para os ângulos mais críticos. O cálculo das cargas no forno devem ser considerados conforme abaixo: 1. Vazio 2. Cheio de Água (para Teste Hidrostático 3. Em operação. Para todos os casos acima deve haver uma preocupação no método em que o forno será montado e quais as fases mais críticas. Para peso em operação deverão ser considerados todas as cargas acidentais nas plataformas e nas escada.

C. CARREGAMENTO DAS DIVERSAS PARTES Para o Cálculo das cargas é necessário levar em consideração: 1. Serpentina Cheio dágua para caso de teste hidrostático 2. Carga Viva em todas as plataformas





3. Carga concentrada de 1000 Kg no ponto mais crítico 4. Carga de Vento no pior caso ou seja na área vertical projetada maior. 5. Quando se calcula fornos em regiões em que á terremoto, deve-se calcular a estrutura para o pior caso registrado na reigião ou dentro da legislação e norma local.

D. ESPELHOS FRONTAIS Os espelhos frontais devem ser calculados considerando: 1. Carga de longa duração: Peso próprio das serpentinas sobre o espelho 2. Carga de curta duração que é a força de atrito devido a dilatação das serpentinas. A temperatura a ser considerada deverá ser maior que a temperatura na face fria do espelho, com acréscimo de aproximadamente 100 a 150oC. Geralmente o material dos espelhos frontais é em aço carbono, porém caso a temperatura externa exceda 430oC, deverá ser utilizada chapa em Inox304 no mínimo. A espessura mínima do espelho deverá ser 13mm (1/2”).

E. HEADER BOX, PORTAS DE INSPEÇÃO, PORTA DE EXPLOSÃO Essas partes não são partes com solicitação muito grande, porém deverá ter o cuidado de calcular os mesmos, principalmente considerando a segurança na peração e manutenção.

Geralmente é recomendável que as portas das caixas de cabeçote tenha dobradiça para evitar a necessidade de guindastes ou outro equipamento de levantamento durante as paradas para manutenção. As portas de explosão são itens importantes para fornos que possuem secção de convecção, pois em uma explosão, por menor que seja, o ar não flui livremente para a atmosfera devido a barreira gerada pelos tubos dessa secção. F. ESCADAS E PLATAFORMAS Para área de maior incidência de inspeção e acesso durante a operação, deverá ser previsto plataformas e escadas para acessar as mesmas.

O mínimo de plataforma deverão atender pelo menos o abaixo: 1. Acesso aos queimadores 2. Caixas de Cabeçote (Header Boxes) 3. Sopradores de fuligem 4. Acionamento dos Dampers





5. Portas e janelas de observação 6. Equipamentos auxiliares como Caldeira de recuperação, Tubulões de vapor, etc 7. Ventiladores, Pré-aquecedores 8. Instrumentos de leitura local ou mesmo remoto.

G. PINTURA E PROTEÇÃO CONTRA INCÊNDIO

A pintura deverá ser adequada para a temperatura de operação, porém há regiões em que devido a necessidade de acesso e dificuldade de vedação, as temperaturas atingem níveis bem superiores ao de sua periferia.

Como regra geral, considera-se as temperaturas da parede externa do forno para pintura, como sendo 150 oC e para regiões de difícil isolação térmica utiliza-se tinta para temperaturas acima de 200oC ou superior dependendo particularidade da região. As colunas e partes que ao colapsar possam causar riscos aos operadores ou ao equipamento, devem receber proteção contra fogo. Atualmente existe no mercado, tintas que se expandem e forma uma camada protetora quando submetidas a chama ou altas temperaturas.

H. TESTES DE FUMAÇA (SELAGEM DA CARCAÇA) Uma carcaça de um forno petroquímico jamais será uma câmara estanque. Sempre haverá penetração de ar nas mesmas, entretanto esse vazamento não poderá ser excessivo.

O teste de fumaça é feito com sinalizadores de fumaça acionados dentro do forno e a análise dos locais onde há vazamento exagerado. Muitas vezes por esquecimento de juntas ou gaxetas, há um vazamento acima do esperado. Os locais de maior vazamento geralmente são as caixas de cabeçote, visores e portas de explosão.





I. PRINCIPAIS PROBLEMAS E INSPEÇÃO Os principais problemas na estrutura e carcaça dos fornos são: 1. Temperaturas elevadas devido a queda ou trincas no isolamento térmico. Uma termografia é importante ser feita, sempre que se aproximar a parada do forno, para que as partes onde estão os possíveis pontos quentes sejam verificados durante as paradas. 2. Corrosão devido aos pontos quentes onde a pintura não adequada se queima. 3. Corrosão devido ao acúmulo de águas conseqüência de drenos insuficientes ou entupidos. 4. Deformação devido ao calor causado por deficiência do isolamento.





XV. CHAMINÉ E DUTOS A. FUNÇÃO, PROJETO Atualmente há uma legislação (CONAMA nr.3 de 28/07/90) que rege uma regra sobre o nível de produtos ou componentes na atmosfera, e dependendo da geração desses componentes e da dispersão dos poluentes da região, é calculada a altura e a velocidade de saída dos fumos.

Outro fator que rege o dimensionamento da chaminé é a pressão negativa ou depressão que é preciso obter na saída da convecção que geralmente é de 2,7 mm de coluna dágua, portanto depende dos tubos da convecção, e outros acidentes até a saída dos fumos.

B. CÁLCULO MECÂNICO O cálculo da chaminé deve levar em consideração a carga do vento, peso próprio, pesos ou cargas nas plataformas.

A chaminé dependendo da esbeltez precisa ser calculada a vibração ou como é feito na maioria dos casos, utilizar os chamados “Helical Strakes” que são tiras de chapas em forma de hélice para fazer com que o vento contorne a superfície do chaminé dando assim a estabilidade quando há incidência de ventos fortes. A espessura mínima da chaminé incluindo a corrosão deverá ser de 6 mm (1/4”). A temperatura da chapa a ser considerada é a temperatura externa considerando o isolamento, acrescida de 56 oC Quando o forno possui o sistema de pré-aquecimento de ar, é necessário considerar parte dos dutos de entrada e saída de fumos, além das escadas e plataformas.

C. ACESSÓRIOS PRINCIPAIS Os acessórios principais a serem previstos na chaminé são: Porta de acesso ao damper Sinalização devido a aeronaves • •





• • •

Troley de pintura (opcional) Damper de controle Escadas e Plataformas conforme ABNT NBR-10700 de Julho/89

D. CONEXÕES As conexões principais a serem previstas na chaminé são: Conexões para temperatura Conexões para tiragem ou pressão Conexões conforme ABNT NBR-10700 de Julho/89 • •

•





XVI. EQUIPAMENTOS AUXILIARES: A. QUEIMADORES Os Queimadores são os acessórios mais importantes de um forno. Conforme já mencionados anteriormente, os queimadores podem ser instalados em várias partes de uma fornalha, dependendo do projetista do equipamento.

A quantidade de queimadores do forno é especificada pelo projetista, uma vez que dependendo da capacidade, há uma limitação da distância mínima para as serpentinas e para as paredes do forno. Atualmente devido a legislação ambiental, está sendo exigido que os queimadores emitam baixo nível de geração de NOx e os principais fabricantes têm desenvolvido modelos para baixo ou ultra baixo NOx.

Atualmente devido a legislação que limita o nível de ruído a 85 dBA, os fabricantes fornecem queimadores com atenuadores de ruído acoplado e com um damper de controle de ar instalado no duto.





Queimador do Tipo Low NOx

Queimador Tipo Low NOx Instalado no Soalho do Forno





Para fornos Reformadores para produção de Hidrogênio com tecnologia da KTI/Petrobrás são utilizados queimadores tipo Down Fired, ou seja chama vertical de cima para baixo.

Esses queimadores geralmente queima dois tipos de combustível concomitantemente sendo um dos gases o resíduo da plana de purificação de Hidrogênio. Esse gás possui uma pressão baixíssima (menor que 1000 mm de coluna d´água). O acendimento desses queimadores no passado eram muito difícil, porém hoje em dia é utilizado um ignitor de alta capacidade que facilita o acendimento do mesmo.

Queimadores alinhados montados no teto





Queimador tipo Down Fired para Reformadores de Hidrogênio

Para fornos de etileno e reformadores em que os queimadores são instalados na parede lateral da radiação, são utilizados queimadores especiais chamados “Wall Burners”.

Esses queimadores possuem chama plana tangenciando a face da parede vertical do forno.





Desenho Esquemá ti co do Wal l Bu rn er

Um dos itens de segurança importante a serem considerados são os detetores de chama, que podem ser do tipo Ultra Violeta ou o menos oneroso que é o tipo “Flame Rod” que é um eletrodo que é instalado próximo ao piloto.





Desenho do Pil oto com Fl ame Rod

B. VENTILADORES

Normalmente dois tipos de ventiladores são utilizados com maior freqüência em fornos petroquímicos:





A. VENTILADOR FORÇADO: são os utilizados para insuflar o ar para os queimadores. Estes ventiladores são do tipo radial ou tipo “Air Foil” que possuem as pás com perfil de asa de avião. Este último possui uma eficiência melhor portanto com menor consumo de energia. O acionamento geralmente é com motor elétrico e em alguns casos com turbina a vapor ou mesmo com ambos. Geralmente o ventilador forçado é provido de damper para regulagem da vazão e em outros casos a regulagem da vazão de ar é feita através de variadores de velocidade. Este último caso fornece um conjunto de equipamento com consumo menor B. VENTILADOR INDUZIDO:são os utilizados para retirar os fumos da câmara do forno para enviar ou para o chaminé ou para outra câmara de convecção. Estes ventiladores são do tipo radial com pás voltadas para trás, sendo portanto ventiladores de baixa eficiência. O fato de escolher esse tipo é devido a possibilidade de acúmulo de fuligem ou outros detritos nas pás do mesmo. Como acontece com o ventilador Forçado, o acionamento geralmente é com motor elétrico e em alguns casos com turbina a vapor ou mesmo com ambos. Geralmente o ventilador induzido é provido de damper para regulagem da vazão e em outros casos a regulagem da vazão de ar é feita através de variadores de velocidade. Este último caso fornece um conjunto de equipamento com consumo menor Abaixo apresentamos o esquema de um sistema de pré-aquecimento de ar do tipo estático.









C. SOPRADORES DE FULIGEM Os sopradores de fuligem são importantes quando o combustível utilizado nos queimadores é líquido, e quanto maior a densidade do combustível, maior a chance de formação de fuligem. Ultimamente os fornos estão operando somente com gás e com óleo de baixa viscosidade. Há dois tipos de Sopradores de fuligem: •

•

Soprador de fuligem a vapor Soprador de fuligem à alta freqüência (Utiliza ondas sonoras para retirar a fuligem das superfícies entendidas das serpentinas da convecção).

Existe dois tipos de sopradores de fuligem a vapo:

•

•

Fixo Rotativo (utilizado para temperatura de fumos não muito elevado e com combustível de baixa corrosividade).

Retrátil (Utilizado em atmosferas muito corrosivas e de temperatura mais elevada)





D. DAMPER DE CONTROLE Dampers são acessórios tipo válvula borboleta com estanqueidade muito baixa, aliás não é interessante em fornos petroquímicos que a válvula apresente estanqueidade. Os dampers devem ser de tal maneira que haja uma resposta rápida do processo quando acionado. Geralmente o damper é acionado por um sistema pneumático que permite a operação à distância. Antigamente os dampers eram acionados manualmente através de cabo de aço, porém atualmente a grande maioria utiliza acionamento automático pelo painel na sala de controle. Como os dampers de controle precisam se abrir na falta de ar, normalmente deve-se prever um reservatório de emergência, para suprir a quantidade e pressão necessária para o acionamento do damper para a posição aberta.





E. DAMPER DE SELAGEM

Damper de selagem é utilizado para isolar duas correntes de fumos que são:

•

Fumos quente para o Pré-aquecedor

•

Fumos frios proveniente da saída do pré-aquecedor.





XVII. INSTRUMENTOS E CONEXOES AUXILIARES: A. CONTROLE DO LADO DO PROCESSO 1. TERMOPARES DE PROCESSO

Sendo um forno um equipamento de troca térmica com chama direta, um dos instrumentos mais importantes são os termômetros. Alguns instrumentos são apenas para medição ou seja, indicadores de temperatura, e outros são instrumentos de controle e de segurança. A temperatura no processo, juntamente com a pressão do processo são as informações básicas para que o operador tenha certeza de que o equipamento esta operando a contento, ou mesmo para discernir o quanto esta desviado das condições de operação desejadas para permitir uma regulagem do mesmo. Geralmente é utilizado um termopar em uma posição mais próximo possível da entrada do processo e outro mais próximo possível da salda. Esses termopares devem estar fora da câmara do forno para medir exatamente a temperatura do fluido. Os termopares mais utilizados são o do tipo "K" ou Cromel-Alumel. Um outro instrumento importante de temperatura para o controle de processo e aquele que transmitirá ao painel de controle de processo se é preciso aumentar ou diminuir a vazão de combustível nos queimadores para atingir a temperatura desejada.

2. MANOMETROS DE PROCESSO Conforme já tratamos acima, os manômetros de pressão juntamente com os termopares fornecem ao operador as indicações das condições de operação do forno. Os termômetros o manômetros devem estar instalados o mais próximo passive! das entrada e outro na salda. No caso de fornos com vários passes, há a opção de serem instalados um manômetro para cada passe ou um manômetro após o fluxo de todos os passes serem homogeneizados. Alem dos manômetros que indicam a pressão local, outros manômetros ou os mesmos deverão ser utilizados para indicar a perda de carga através da serpentina. Eventualmente é instalado manômetros nos crossovers entre a serpentina da Convecção e a serpentina da radiação.





3. TEMPERATURA DE PAREDE DA SERPENTINA Outra medição de temperatura muito importante e a medição da parede da serpentina próxima a salda e na elevação onde há maior proximidade da chama. Esses termopares são chamados de "Skin Point" ou temperatura e parede. Os termopares de parede também geralmente enviam as informações para a lógica de controle para evitar a condição de coqueamento ou mesmo de superaquecimento nas paredes internas da serpentina. Eventualmente é instalado termopar de parede nos tubos localizados na primeira fileiras da convecção, que são denominados de "Shock Tubes" ou "Shield tubes".

B. CONTROLE DA COMBUSTÃO: 1. MANÔMETROS NA LINHA: As pressões do combustível e eventual linha de vapor é muito importante de serem controladas.





Não temos apenas indicador de pressão, mas transmissor de pressão, redutora de pressão, pressostatos de baixa pressão para o sistema de segurança Uma controladora de pressão geralmente é utilizada para modular a pressão do combustível, através de sinal da temperatura da corrente do processo na saída.

2. MEDIDORES DE FLUXO: É importante a utilização de um medidor de fluxo para controlar o consumo de combustível.

3. TERMOMETRO NA LINHA DE COMBUSTÍVEL E DO VAPOR: Termômetros são de suma importância quando o combustível utilizado é líquido de viscosidade elevada, pois nesse caso é importante que a temperatura do mesmo seja controlado para que seja assegurada a condição mínima para que uma boa atomização seja obtida.

4. DETETORES DE CHAMA: Atualmente é largamente utilizado detetores de chama, para que a operação dos fornos sja bastante segura.

C. CONTROLE DO LADO DOS FUMOS 1. TEMPERATURA DOS FUMOS A outra corrente que deve ser monitorada é a dos fumos onde a temperatura e pressão, são dados importantes para análise do processo e condições de operação do forno. Para um determinado fluxo de calor e uma determinada porcentagem de ar em excesso e as características físicas da câmara da radiação, é previsto uma determinada temperatura dos fumos na transição entre a radiação e a convecção, região denominada " Bridge Wall". Essa temperatura não poderá ser muito diferente das condições de projeto. O comprimento da chama é função do projeto dos queimadores e dependem da pressão do combustível, da depressão nessa região e a quantidade de ar em excesso. O controle da operação do queimador é fundamental para um bom aproveitamento do calor por ele gerado, para evitar a incidência de chama nos tubos shield de forma a evitar qualquer problema de superaquecimento dos tubos.





O monitoramento da temperatura na saída da bateria de tubos da convecção é outra medição importante para saber a porcentagem de calor trocado na convecção.Essa mediçao também é importante para saber as condições das superfícies internas e externas da serpentinas, se estão com acumulo de sólidos (Foulling) que impedem uma boa troca térmica. Quando temos um sistema de recuperação de calor e sistema de preaquecimento de ar, deverão ser instalados termopares para monitorar todo o sistema em cada ponto em que há uma troca térmica ou perda de calor acentuado,.

2. PRESSÃO OU TIRAGEM DA CORRENTE DOS FUMOS E AR Assim como é monitorada a temperatura na corrente dos fumos a pressão nos pontos principais deverão também ser medidos e os sinais deverão der enviados para a logica do controle do forno ou do sistema de preaquecimento de ar.

3. ANALISADORES DE GAS PARA A CORRENTE DOS FUMOS Dois fortes motivos têm levado aos usuários de fornos a instalar analisadores de gases na chaminé: 1. Diminuição dos poluentes na atmosfera, pois a legislação tem tornado cada vez mais rigorosa, especialmente no que diz respeito ao Óxidos de Enxofre, Oxido de Nitrogênio, Monóxido de carbono, particulados, etc. 2. Para atingir maior eficiência nos fornos para a economia de combustível. Nesse caso particular a medição se concentra no teor de Oxigênio nos fumos.

D. CONTROLE DO LADO DOS FUMOS NO SISTEMA DE PRE-AQUECIMENTO DE AR 1. TERMOMEROS PARA A CORRENTE DOS FUMOS A temperatura em cada trecho ao longo dos dutos de Gás e ar deverão ser medidos para que uma boa regulagem do sistema de pré-aquecimento seja efetuada. Por outro lado, esses instrumentos facilitarão na obtenção de diagnósticos sobre possível problemas nesse sistema.

2. MANOMETROS PARA A CORRENTE DOS FUMOS Assim como a temperatura, a pressão em cada trecho ao longo dos dutos de Gás e ar deverão ser medidos para que uma boa regulagem do sistema de pré-aquecimento seja efetuada.





Manômetro de Tiragem tipo Tubo Inclinado

Manômetro Convencional








CURSO SOBRE F ORNOS PETROQUÍMI COS

CORNERSTONE Engenhar ia S/C – e-mail: jhayash [email protected] .br

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E. CONTROLE DO FORNO:

Em geral os fornos petroquímicos são controlados conforme abaixo:

1. TEMPERATURA DA SAÍDA DE PROCESSO X VAZÃO DE COMBUSTÍVEL: Um dos principais controles de processo de um forno petroquímico é o controle da temperatura da saída de processo. O termopar na saída da serpentina de processo envia sinal a válvula controladora de pressão do combustível. Quando o combustível for de óleo, há um manômetro diferencial entre o ar ou vapor de atomização, que fará a modulação das pressões do combustível com o ar ou vapor de atomização. Em alguns casos em que o ar para combustão é forçado (pressurizado) através de ventilador ou mesmo compressor. Há projetos em que há uma medição de vazão do ar de combustão e nesse caso, essa pressão irá controlar a quantidade de ar para os queimadores de forma que o excesso do mesmo seja aquela que o projeto estabelece. O controle da vazão de ar poderá ser feita através de damper ou através de variador de velocidade.

E. CONTROLE DO FORNO:

Em geral os fornos petroquímicos são controlados conforme abaixo:

1. TEMPERATURA DA SAÍDA DE PROCESSO X VAZÃO DE COMBUSTÍVEL: Um dos principais controles de processo de um forno petroquímico é o controle da temperatura da saída de processo. O termopar na saída da serpentina de processo envia sinal a válvula controladora de pressão do combustível. Quando o combustível for de óleo, há um manômetro diferencial entre o ar ou vapor de atomização, que fará a modulação das pressões do combustível com o ar ou vapor de atomização. Em alguns casos em que o ar para combustão é forçado (pressurizado) através de ventilador ou mesmo compressor. Há projetos em que há uma medição de vazão do ar de combustão e nesse caso, essa pressão irá controlar a quantidade de ar para os queimadores de forma que o excesso do mesmo seja aquela que o projeto estabelece. O controle da vazão de ar poderá ser feita através de damper ou através de variador de velocidade. O variador de velocidade é atualmente o mais usual devido ao consumo de energia. Da mesma forma que o ventilador forçado é modulado de acordo com a vazão de combustível e temperatura de processo na saída, o ventilador induzido, quando existente, será modulado. Esse ventilador também poderá ser modulado através da abertura ou fechamento do damper que será acionado por um posicionador ou mesmo com variador de velocidade.

2. VAZÃO DE PROCESSO X VAZÃO DE COMBUSTÍVEL: A vazão de processo controla a liberação maior ou menor de calor nos queimadores. Esse controle geralmente é feito em cascata, ou seja, a temperatura na saída do processo será maior ou menor dependendo da quantidade de fluido que passa na serpentina, e conforme descrito acima, a quantidade de combustível é variada de acordo com essa temperatura. Essa variação de vazão de combustível irá variar as vazões de ar para os queimadores e a vazão de fumos no ventilador induzido, quando existente.

3. PORCENTAGEM DE OXIGÊNIO X VAZÃO DE AR PARA QUEIMADORES:

CURSO SOBRE F ORNOS PETROQUÍM I COS

Devido a maior exigência de uma eficiência dos fornos existentes, há uma tendência de controlar automaticamente o excesso de ar nos queimadores. Muitos projetos novos estão exigindo a instalação de analisadores de oxigênio e em alguns casos esse analisador envia sinal para o ventilador forçado para que o mesmo reduza a vazão de ar para os queimadores.

4. VAZÃO DE AR E GAS X NÍVEL DE EMISSÃO DE NOx: Atualmente há uma exigência de emissão de NOx de forma a minimizar o máximo a quantidade gerada nos queimadores. O nível de emissão de NOx depende muito da temperatura da câmara da radiação, entretanto na maioria dos casos é difícil tentar abaixar a temperatura da mesma, devido a característica do processo que exige uma determinada condição operacional do forno. A melhor forma de minimizar a emissão de NOx é procurar que a chama seja menos quente, e para essa finalidade alguns métodos são utilizados. A maneira em que os fabricantes de queimadores estão adotando é separar os pontos de liberação do combustível, utilizando vários bicos em locais diferentes no queimador. O outro método é dividir o ar de queima nas diferentes regiões do queimador. Hoje em dia os dois métodos de separação dos pontos de injeção do combustível e de distribuição de ar estão sendo utilizados simultaneamente. Atualmente o controle tanto da vazão de combustível nas várias ramificações como o controle de vazão de ar estão sendo através de válvulas manuais, mas cremos que futuramente a sofisticação deverá atingir o ponto de obter essas vazões moduladas através de instrumentos automáticos.





XVIII. FABRICAÇÃO E MONTAGEM: E de interesse cada vez maior de que o Índice de fabricação na fabrica seja o major possível devido os seguintes motivos: 1. Ganho de tempo e major confiabilidade da montagem são as principais vantagens. 2. Na grande maioria dos países, o custo de mão de obra de campo e bem maior que o custo de mão de obra nas fábricas. 3. Na fábrica e em lugares cobertos, é muito mais seguro cumprir o cronograma estipulado, pois os problemas intempéries não afetam. 4. A atmosfera dentro de uma fabrica e muito mais limpa na maioria dos casos, esse fator é especialmente importante quando se têm soldas de materiais nobres. 5. A segurança e a fiscalização são muito mais rigorosas dentro de uma fabrica. 6. A quantidade de consumíveis e a verificação se os procedimentos estão sendo seguidos, são melhor controlados. 7. Especialmente quando há um bunker onde as radiografias podem ser feitas no período normal, permite um ganho de tempo considerável. 8. Os tratamentos térmicos são mais seguros e com menor risco quando efetuados na fabrica.

O ideal é que o índice de montagem na fabrica seja a maior possível, limitado apenas pelo gabarito de estrada. Geralmente a limitação na altura é de 4,50 m na altura e 2,30 m de largura e comprimento até 20,0 m para transportar sem batedores, entretanto caso for economicamente viável a largura poderá ser bem maior que essa dimensão. Geralmente o comprimento não e o limitante, apesar de que e mais viável considerar 20,0 m como limite. Quando uma planta esta localizada na margem de um rio ou do mar, o ideal seria fabricar a beira do mar e transportar as peças ou módulos em barcaças.





XIX. CÁLCULO DO CUSTO DE FORNO PETROQUÍMICO: Para o cálculo do custo de um forno petroquímico é necessário conhecer em profundidade as diferenças de um forno para outro forno. O processo, as temperaturas que trabalham os equipamentos periféricos que estão ligados diretamente a esse forno, tudo deve ser levado em consideração no cálculo de um forno. Não há um único parâmetro para poder avaliar o custo de uma fornalha. Só é possível comparar e estimar o custo de um forno com outro, se o processo for o mesmo, se as temperaturas envolvidas são as mesmas, se o nível de automação é a mesma. Tendo em vista toda essa variação, daremos através deste curso uma diretriz que ajudará discernir e avaliar o custo estimado, bem como calcular o preço real do equipamento. A. CUSTO DE ENGENHARIA: Para a execução de um projeto de forno há várias modalidades de engenharia envolvido, dependendo do escopo de fornecimento. Listamos abaixo as modalidades envolvidas. Engenharia Básica (processual e definição dos equipamentos periféricos) Engenharia Mecânica (Cálculo Mecânico das diversas partes do Forno e seus periféricos) Engenharia Civil (Fundação e construções civis envolvidas) Engenharia Instrumentação Engenharia Elétrica Engenharia de Tubulação (Inclui flexibilidade) Engenharia para gerenciamento da Obra total Engenharia para gerenciamento da Montagem Engenharia de supervisão (fabricação, montagem, comissionamento, partida, curso de operação) •

•

• • • • • • •

Geralmente o custo de engenharia Básica, quando está envolvido a tecnologia do forno, há um custo estimado de 3 a 6% do empreendimento, dependendo do tipo de fornos e a complexidade do mesmo. O custo de outras engenharias depende muito do escopo e da divisão de responsabilidade dentro do projeto. B. ESTRUTURA DO CUSTO DE UM FORNO PETROQUÍMICO: Dentro do custeio de um forno petroquímico é difícil definir uma “curva A. B. C” pois não há nenhum item que ultrapasse os 15% no custo global de um forno.





O que é importante no custeio do forno é utilizar um “Check List” para poder ter uma visão global de todos os itens que estarão envolvidos dentro de uma determinada obra. Apresentamos abaixo um “Check List” típico a ser utilizado.

CHECK LIST DE FORNO PETROQUÍMICO DESCRIÇÃO

FABRICANTE Proponente

OUTROS

A – PROJETO PROCESSUAL B – PROJETO MECANICO C – PROJETO DO CONTROLE DE COMBUSTÃO

D – PROJETO DA INSTRUMENTAÇÃO E – PROJETO DE TUBULAÇÃO F – PROJETO ELETRICO G – PROJETO CIVIL (Fundação) H – MATERIAL PARA FABRICAÇÃO SERPENTINA DA RADIAÇÃO (CATALYST COIL) Tubos Centrifugados Inlet Pigtail Inlet Manifold Outlet Pigtail Outlet Manifold (Transfer Line) SERPENTINA DA CONVECÇÃO Tubos Lisos e Crossovers Tubos Aletados Manifolds ESTRUTRA METÁLICA Estrutura e Carcaça da Radiação Estrutura e Carcaça da Convecção Chaminé

FUNDIDOS ESTÁTICOS Suporte e Guia da Serpentina da Radiação Radiant Tube Guide Espelhos Intermediarios




Nota


ISOLAMENTO Tijolos para a Radiação Módulos de Fibra Cerâmica para a Radiação Concreto Isolante Refratário para a Radiação Blocos Isolantes para a Radiação Concreto Isolante Refratário para a Convecção Tijolos para Convecção Insolamento da Chaminé Isolamento do Transfer Line Isolamento dos Crossovers Isolamento dos Pigtail I – EQUIPAMENTOS AUXILIARES Waste Heat Boiler Steam Drum Downcomers & Risers Blowdown Drum Steam Dessuperheater Silencers DESCRIÇÃO


OUTROS

Queimadores Painel de supervisão de chama Painel Local de Controle APH Tipo Estático Steam Air Heater IDF FDF Sopradores de Fuligem Painel de Controle para Sopradores de Fuligem Bomba para Alimentação de Água para Tubulão Sistema Carregamento/Descarregamento de Catalisadores Motores para Ventiladores e Bombas Inversor de Freqüência p/ motor dos Ventiladores e Bomba Clutches para acionamento dos Ventiladores Turbinas a Vapor para Ventiladores Juntas de Expansão para Dutos Fole de Vedação p/ Serpent.Radiação (proteção ao Tempo) Skid de Decoqueamento Trem de Combustão Bomba de alimentação de Água para Tubulão Tanque de Armazenamento de Combustível CORNERSTONE Engenhari a S/C – e-mail : jhayashi @terra.com.br



Nota


Posicionadores dos Dampers (Chaminé) Suportes de Mola para Sistema de Serpentina da Radiação Contra Peso para Sistema de Serpentina da Radiação I – ELETRICA E INSTRUMENTAÇÃO Local Para Sala de Controle Transmissores Automatic Valves. Pressure Switches / Temperature Switches. Projeto e Instalação de Iluminação Aterramento Sinalização para Aeronaves Painéis CCM Subestação Cabos de Força e de Interligação de Instrumentação. Projeto e material da Interligação/Caixa de Junção entre Painel local e Sala de Controle Fornecimento,Projeto e Desenvolvimento do SDCD/PLC Configuração do SDCD Painel Local de Ignição Junction Boxes. J – TUBULAÇÃO Projeto e Materiais deTubulação de Interligação de Processo e Vapor dentro do Limite de Bateria

DESCRIÇÃO

N/A X X X


OUTROS

Tubulação de Gás Combustível (Trem de Combustão) Tubos Flexíveis para Queimadores Valvulas Manuais e Acessórios Tubulação de Interligação e accessorios design and Material; Tubulação de Óleo Comb. E Vapor Tubulação de Vapor para Sopradores de Fuligem Tubulação de Vapor para Steam Tracing Tie-ins. K – MONTAGEM DE CAMPO Forno Propriamente dito Sistema de Preaquecimento Instrumentação e Interligação Interligação Elétrica CORNERSTONE Engenhari a S/C – e-mail : jhayashi @terra.com.br



Nota


L– INSTALAÇÃO DE ISOLAMENTO De Fábrica De Campo M- CIVIL Fundação Edificação O-PINTURA Jato e Pintura de fundo Acabamento P-TESTE HIDROSTÁTICO De Fábrica De Campo Q-TRANSPORTE Preparo para transporte e Colocação sobre a carreta Transporte propriamente dito Descarregamento no Campo R-SOBRESSALENTES

4

S-SUPERVISÃO De Montagem De Comissionamento De Secagem dos Refratários De Pré Operação De Start Up De Teste de Performance T-TREINAMENTO X

U-OUTROS DIVERSOS Centro de Telefonia X

X X X

Sistema Contra Incêndio Sistema de Alarme de Emergência Sistema de comunicação de Campo (alto falantes)

C. CÁLCULO DO CUSTO DA ESTRUTURA E CARCAÇA DO FORNO Uma vez que geralmente não é disponível na fase de cotação, os desenhos de fabricação, que são desenvolvidos paralelamente com o cálculo estrutural do mesmo, é prática normal utilizar dados de experiências anteriores para custeio da carcaça de um forno. Para cada parte da carcaça e das escadas e plataformas, há um peso médio que pode ser considerado como preciso dentro do item chapas e perfis. CORNERSTONE Engenhari a S/C – e-mail : jhayashi @terra.com.br




Geralmente é utilizado valores que vamos listar abaixo: Peso por m2 110 a 125 150 a 175 150 a 175 100 a 120 125 a 150 80 a 100 70 a 90 75 a 100 75 a 100 50 a 75/ m

Parte da Estrutura do Forno Parede Vertical do Forno Teto Fundo Parede vertical da Convecção Teto da Convecção Chaminé Dutos em geral Plataformas Escadas Inclindas Escada marinheiro D. CÁLCULO DO CUSTO DAS PARTES DE PRESSÃO:

As partes de pressão ou serpentinas são facilmente quantificadas. É importante porém saber de todos os acessórios que fazem parte da serpentina, conforme listado abaixo como exemplo: Item Quant.

1 2 3 4 5 6 7 8

Discriminação Tubo liso D.N. X x Sch. Tubo Aletado D.N. X x Sch. Aletas A.C. – Alt.XX – Esp. XXXNr. Aletas/m - Compr. Alet. Curva Raio Longo ou Curto Weldolet Diam. XX/YY Flange W.N. RF- D.N. – XXX# p/ Tubo Sch.XX Frange Cego RF- D.N.- XXX# Coletor Tubo D.N. X x Sch. Tubo Catalizador D.E. XX x Esp.XX

Material A-106 Gr.B A-335-P22

Metros/Unid

Peso Unit

Peso Tot.

XX XX

XX XX

XX XX

A-234-WPB A-234-WP5 A-181-I/II

XX XX XX

XX XX XX

XX XX XX

A-182-P9 A-213-T9 35Cr.25Ni+ Nb

XX XX XX

XX XX XX

XX XX XX

E. CÁLCULO DO CUSTO DO ISOLAMENTO: 1. Concreto refratário: Fazer o levantamento e saber exatamente como será aplicado o mesmo em cada região. As quantidades a serem calculadas devem ser correspondente a quantidade a ser utilizada para ser aplicada no volume necessário. Para tanto é necessário saber de antemão qual o método a ser utilizado para essa instalação. Quando o concreto é aplicado por derramamento, apenas 5% de perda é mais do que suficiente, desde que o aplicador seja experiente. CORNERSTONE Engenhari a S/C – e-mail : jhayashi @terra.com.br



CURSO SOBRE SOBRE F ORNOS PETROQUÍM PETROQUÍM I COS

Quando se trata de aplicação por projeção, deve-se usar os seguintes fatores: Parede vertical perda de 15 a 30% portanto a quantidade necessária deve ser 17,7% a 42,9% acima do material aplicado. Para teto ou aplicação sobre cabeça a perda deverá ser de 30 a 50% ou seja 42,9% a 100% de perda. Deve-se levar em conta que conforme norma, a cada período e para cada grupo de aplicação, deverá ser retirado corpos de prova do material que está sendo aplicado. O Material a ser comprado deverá ser testado antes do recebimento. O material dos clips ou grampos de ancoragem do isolamento deverão ser quantificados levando levando em consideração o lay-out dentro das das limitações limitações e regras da norma da Petrobras N-1617; N1618, N-1728 -172 8 e N-1910. N-1910. Outro fator importante é saber onde o material será aplicado, se na fábrica sob cobertura, ou ao tempo, ou se no campo. Normalmente a perda no campo é muito maior do que na fábrica, devido as condições de manuseio precário no campo. 2. Silcato de Cálcio como Back-up: Back-up: Quando a aplicação se trata de camada dupla onde a camada da face fria é de silicato de Cálcio, é necessário lembrar que os clips deverão ser especiais e um lençol de plástico deve ser aplicado aplicad o antes de aplicado o concreto refratário. 3. Fibra Cerâmica: Há algumas variações em fibra cerâmica disponíveis no mercado, que devem ser considerados. O uso de aplicação de manta na modalidade “papel parede” parede” quase não é mais uitlizado. uitlizado. A preferência preferência atual é o uso de módulos de fibra cerâmica pos a sua ancoragem fica em uma região bem mais fria e segura. Os módulos de fibra cerâmica podem ser do tipo Pré-Localizado e PósLocalizado, dependendo da viabilidade de aplicação. Quando por exemplo há a necessidade de utilizar uma camada de emulsão asfaltica ou “mastic”, o módulo deverá ser do tipo pré-locado. Em qualquer situação de instalação de Módulos de Fibra cerâmica, é necessário prever juntas de compressão entre as fileiras de módulos e também nas periferias. F. Cálculo do custo dos acessórios: CORNERSTONE CORNER STONE Engenhari a S/C – ee-mail mail : jhayashi @terra.com.br

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Os acessór ac essórios ios principais utilizados em um forno podem ser os seguintes: Queimadores : É necessário verificar se na especificação é solicitado 1. Queimadores que o mesmo seja do tipo Low Nox ou mesmo Ultra-Low Nox. Outro detalhe importante é saber se o queimador será instalado em câmara plena comum ou se ela deverá ser fornecida com a caixa plena acoplada. Deverá ser indicado se o piloto deverá ser de alta capacidade ou a convencional. Deverá ser informado se o queimador deverá ser fornecido com detetor de chama e ignitor elétrico, e se o painel de supervisão de chama deverá ser fornecido. Para todos os componentes elétricos deverá ser verificado se a área em que estes serão instalados são classificados e qual a categoria. Ventiladores: Deverá ser verificado se a tiragem do forno é Forçada, 2. Ventiladores: induzida , balanceada ou se é natural. Caso há necessidade de ventiladores, é importante indicar a forma construtiva, o tipo de ventilador o tipo das pás, se necessita de damper, qual o material m aterial a ser ser utilizado. Geralmente o motor e acoplamento é comprado do fornecedor de ventilador, porém esses itens poderão se adquiridos diretamente dos fornecedores dos mesmos. mes mos. Para o ventilador Induzido, geralmente é importante lembrar que o sistema de lubrificação deverá ser do tipo forçado. O mais importante lembrar é quando a especificação solicita dois acionamentos para cada motor, ou seja com motor elétrico e turbina a vapor. Nesse caso é importante lembrar que um sistema de embreagem bastante sofisticado deverá ser fornecido. Fuligem: Atualmente dificilmente um projeto exige 3. Sopradores de Fuligem: sopradores de fuligem, devido a queima de Gás e não de combustível líquido, entretanto é importante lembrar na possibilidade da necessidade dos mesmos. O preço dos sopradores e do painel de automação para acionamento dos mesmos tem uma influência significativa e não poderá ser desprezada.

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Nesse caso é importante lembrar que há basicamente dois tipos de sopradores de fuligem: o fixo ou rotativo e o retrátil. O custo do soprador retrátil é muito maior que o fixo rotativo, devido a complexidade do acionamento do primeiro. Geralmente o painel do soprador fica instalado em uma área classificada e desta forma o painel deverá ser a prova de explosão ou no mínimo pressurizado. Dampers: Atualmente na maioria dos casos é 4. Posicionadores dos Dampers: solicitado um posicionador e atuador pneumático para todos os dampers na linha de ar de Combustão e fumos. Os posicionadores precisam ter um torque adequado e também uma vez que o damper precisa abrir ou fechar totalmente em caso de falha, é necessário que seja fornecido um reservatório de ar de emergência. 5. Suportes de Mola: Mola: Além dos suportes de mola geralmente utilizados na tubulação, muitas vezes o sistema de sustentação dos tubos catalisadores e outros como tubulão de carga ou de descarga, necessitam desse item. item . Na maioria das vezes em que esses suportes são requeridos, a quantidade é bastante grande e o preço dos mesmos são significativos. 6. Waste Heat Boiler ou Economizer ( ( Caldeira de Recuperação de Calor) para certos tipos de fornos, tais como Reformadores e Fornos de Etileno, são obrigatórios. Nesses casos é importante que esses sistemas estejam previamente definidos pela engenharia básica. Decoqueamento: Esse sistema muitas vezes é solicitado 7. Sistema de Decoqueamento: pela requisição de material e apesar de não ser muito oneroso, é importante ser previsto. Geralmente esse sistema não é dimensionado pela engenharia básica e precisa ser efetuada para que possa dimensionar as quantidades de ar e de vapor e como conseqüência os diâmetros das tubulações. É importante saber também onde os rejeitos desse processo serão descartados e o tratamento que deverá ser dado a estes. G. Cálculo da instrumentação: Primeiramente é importante saber se o limite de bateria está claro nos documentos de requisição de material.

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O sistema de intertravamento deve estar bem claro e classificação de área também. Geralmente não há o Lay-Out da planta ainda definido e a localização dos instrumentos deverão ser estimados. É importante saber se está previsto painel local e como que será feita a comunicação com o painel na sala de controle. É importante que seja feito uma lista a mais completa possível para os instrumentos, e que as folhas de dados sejam geradas para um pré-custo mais bem elaborado. Os tipos de conexão, a classe, a classe de segurança, e outras informações importantes deverão estar devidamente indicadas nas folhas de Dados dos instrumentos. H. Cálculo do Custo da Elétrica: O escopo do fornecimento elétrico deverá ser muito claro, bem como o tipo de encaminhamento, se subterrâneo, se bandejado, se as conexões e outros componentes deverão ser a prova de explosão, etc. Outros pontos deverão ser cuidadosamente verificados, como sistema de aterramento, para raios, proteção contra fogo, sinalização aérea, iluminação, etc. I. Cálculo do Custo da Tubulação: É importante saber o limite de bateria, os Pipe-Rack disponíveis, as especificações de cada tipo de tubulação e o encaminhamento preliminar que deverá ser o mais próximo da realidade possível, O ideal seria executar um estudo preliminar do encaminhamento das tubulações, para um custeio mais acurado. J. Cálculo do Custo da Construção Civil: Algumas informações básicas são primordiais para que seja feito o custeio da construção civil as quais listamos abaixo: • • • • •

Estudo do Lay Out inclusive dos Pipe-Racks Estudo do solo Localização de possíveis envelopamento e outros under-grounds Definição da quantidade de cabos subterrâneos Edificações





Tendo em mãos essas informações, deve ser feito um estudo preliminar de todo projeto para calcular o volume de concreto, ferragens, e das edificações com os acabamentos previamente definidos. K. Cálculo do Frete ou transporte: Uma vez definidas as modalidades acima, é mais fácil definir o custo do transporte ou frete. É importante que o frete entre o fornecedor e a planta do fabricante esteja embutida no custo do material. O custo ora estudado refere-se ao produto manufaturado parcial ou totalmente. Geralmente o fabricante elabora uma lista de romaneio e isso deverá ser feito preliminarmente, o mais próximo possível da realidade. O processo de levantamento ou içamento das partes do forno é previamente estudada e um custo para fabricação dos acessórios para essa finalidade deverá ser feita.

Es tu do de Hig de um a Sec ção d e Co ve cção





Est ud o d e des pac ho da Sec ção d e Radi ação d o fo rn o d e Etilen o

L. Cálculo do Custo e Montagem: Para que o custo da montagem seja bem elaborado, é necessário que o montador esteja ciente dos seguintes pontos importantes: Escopo de Fornecimento bem claro Lista de todas as modalidades que estará envolvido (Mecânica, Rotativos, Isolamento, Tubulação, Elétrica, Instrumentação, Civil, apoio no comissionamento, pré-partida, partida, etc.) Lista das peças com peso e dimensões Planta do local, e local para patolar os guindastes. Cronograma detalhado do trabalho de montagem. Testes e ensaios a serem feitos. • •

• • • •

Essas informações com o máximo de desenhos existentes deverão ser fornecidos para ober um preço mais acurado possível.





XX. RATEIO DE CUSTO DE FABRICAÇÃO X MONTAGEM: Para o rateio do custo de um forno petroquímico entre a fabricação e Montagem, é necessário conhecer em profundidade as diferenças de um forno para outro forno, e como está sendo previsto o despacho das partes. Atualmente a tendência dos fabricantes mais experientes é de fornecer o equipamento mais montado possível. Antigamente o forno era despachado totalmente desmontado com as partes a serem ajustadas e montadas no campo, mas os riscos no campo tais como falhas operacionais, greves, problemas ambientais e em alguns países como no oriente médio, seqüestros, tem feito com que os trabalhos de um forno seja maximizado na fábrica. Veja alguns exemplos abaixo como era antigamente feito:

FORNOS DESPACHADOS TOTALMENTE DESMONTADOS





O tempo gasto para todo trabalho de solda, radiografia, tratamento térmico e teste hidrostático no campo é muito maior que o executado na fábrica, especialmente quando a fábrica possui um bunker que permite radiografar durante o dia sem interrupção dos trabalhos.

Fornos com o são atualmente despachados





Forno de Etileno Sendo Despachado p ara o A rábia Saudita totalmente mo ntado

IMPOSTOS QUE INCIDEM SOBRE O FORNO: Os impostos que incidem sobre os fornos petroquímicos são os seguintes: MONTAGEM: PIS

1,6%

COFINS 7,6% ISS

- Depende de Cidade para Cidade

FABRICAÇÃO: IPI

2,0%

PIS

1,6%

COFINS

7,6%

ICMS Depende da Região do Brasil Atualmente devido a convênio para incentivo Fiscal (ICM-52 SF4) vigora o seguinte: CORNERSTONE Engenhari a S/C – e-mail : jhayashi @terra.com.br




Região Norte Nordeste e ES

de 7,0% para 5,14%

Região Sul e Sudoeste (menos ES) de 12,0% para 8,0% Sudeste

de 12,0% para 8,8%

Posição Fiscal para fornos de aquecimento : 84.17.10.90 Posição Fiscal para fornos de Pirólise :

84.17.80.90

CUSTO DE SUPERVISÃO DE FABRICAÇÃO E MONTAGEM: O custo de supervisão de fabricação é normalmente menor que o de montagem, dependendo do local onde os trabalhos estão sendo executados. Quanto maior o índice de fabricação menor o tempo no campo, o que minimiza os custos de Canteiro, de equipe de Segurança, Meio Ambiente e médica. O gerenciamento no campo é muito mais elevado do que pois se torna duplicado, ou seja gerenciamento do projeto global e o gerenciamento de campo.





XXI. CUSTO OPERACIONAL DE UM FORNO: Um dos itens importantes para o projeto de um Forno Petroquímico é a avaliação do custo operacional do mesmo, e conhecer os fatores que encarecem ou barateiam nesse quesito. Dentro custo operacional, os fatores importantes a serem analisados são: 1. Consumo de Combustível: O maior aproveitamento da energia gerada é o fator mais importante no consumo de combustível. A eficiência está diretamente ligada a dois fatores: a. Temperatura mínima econômica para a temperatura da saída dos fumos, limitada à temperatura de entrada do fluido na convecção. b. Porcentagem de ar em excesso permitida pelo queimador instalado. Como há um limite processual no que diz respeito a temperatura de saída dos fumos, é importante analisar o balaço energético de toda unidade, se há necessidade de geração de vapor, se há condição de aquecer água ou outro processo que permit um aproveitamento maior da energia gerada pelos queimadores. 2. Consumo de Energia O consumo de energia é um outro item que tem um peso no custo operacional. Para cada forno existe um determinado consumo de energia que depende diretamente nos equipamentos auxiliares utilizados para a operação normal do forno. 3. Emissão de Poluentes (líquidos, gasosos e sólidos) Dependendo do risco do forno produzir uma quantidade de poluentes acima do limite das legislações locais, há um risco da unidade sofrer multas e até interrupção da operação. 4. Mão de obra necessária para operação segura e confiável Quanto maior a automação menor é a necessidade de operadores para o funcionamento seguro do forno. Dependendo do nível de automação e da filosofia adotada, o custo inicial do empreendimento é maior ou menor. Um estudo econômico deve ser feito de forma a amortizar o custo adicional desse benefício em no máximo 5 anos.





5. Manutenção Requerida Muitos projetos têm um custo inicial menor que um outro, porém o custo de manutenção, ou mesmo o período de campanha se torna menor devido a necessidade de interrupção para manutenção antecipada. FATORES QUE PODEM CRIAR PROBLEMAS DE CAMPANHA REDUZIDA OU MANUTENÇÃO MAIOR Citamos abaixo alguns fatores que influenciam diretamente na necessidade de uma manutenção maior, ou um menor período de campanha. 1. Fluxo de calor: 2. Tipo de Queimador 3. Superfície Estendida (aletas) dos tubos da convecção 4. Velocidade mássica na serpentina. 5. Isolamentos da carcaça do forno. 6. Sopradores de Fuligem 7. Instrumentos de parede dos tubos 8. Suportação adequada com material adequado.

MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DOS FORNOS: Atualmente temos métodos e equipamentos mais sofisticados e mais precisos para as análises da situação real do forno. Listamos abaixo alguns dos métodos ou equipamentos utilizados ultimamente para essa finalidade:




Programa de Treinamento Curso Forno

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