Embed Size (px)
Citation preview
SISTEMAS DE PROTECAO – VALVULAS DE ALIVIO E CORTA-CHAMAS
Jonatas Silva de Carvalho Britto
Projeto de Graduacao apresentado ao Curso de
Engenharia de Petroleo da Escola Politecnica,
da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessarios a obtencao do
tıtulo de Engenheiro.
Orientador: Regis da Rocha Motta Ph.D.
Rio de Janeiro
Dezembro de 2018
SISTEMAS DE PROTECAO – VALVULAS DE ALIVIO E CORTA-CHAMAS
Jonatas Silva de Carvalho Britto
PROJETO DE GRADUACAO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO
CURSO DE ENGENHARIA DE PETROLEO DA ESCOLA POLITECNICA
DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE
DOS REQUISITOS NECESSARIOS PARA A OBTENCAO DO GRAU DE
ENGENHEIRO DE PETROLEO.
Examinado por:
Prof. Regis da Rocha Motta, Ph.D.
Prof. Rafael Mengotti Charin, Ph.D.
Prof. Igor Bentes Saraiva, B.M.E.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
DEZEMBRO DE 2018
Britto, Jonatas Silva de Carvalho
SISTEMAS DE PROTECAO – VALVULAS DE
ALIVIO E CORTA-CHAMAS/Jonatas Silva de Carvalho
Britto. – Rio de Janeiro: UFRJ/Escola Politecnica, 2018.
XIII, 37 p.: il.; 29, 7cm.
Orientador: Regis da Rocha Motta Ph.D.
Projeto de Graduacao – UFRJ/Escola Politecnica/Curso
de Engenharia de Petroleo, 2018.
Referencias Bibliograficas: p. 36 – 37.
1. Riscos. 2. Vapores. 3. Tanques. I. Ph.D., Regis da
Rocha Motta. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro,
Escola Politecnica, Curso de Engenharia de Petroleo. III.
Tıtulo.
iii
Dedico a minha avo, Wanda da
Cruz da Silva, cujo sonho era ver
eu me formar, e que infelizmente
nao foi possıvel em vida.
iv
Agradecimentos
A minha famılia Green, pelo amor, carinho e paciencia comigo durante todo esse
tempo.
A minha famılia Vargas-Lins, por me fazerem sentir parte de suas famılias .
Ao Naruto pelos ensinamentos.
Ao professor Regis Motta, pela disponibilidade em me orientar e pelos importantes
ensinamentos teoricos e praticos.
Ao professor Rafael Charin, por aceitar o convite para fazer parte da banca
examinadora.
Ao Igor Bentes, por aceitar o convite para fazer parte da banca examinadora.
v
Resumo do Projeto de Graduacao apresentado a Escola Politecnica/UFRJ como
parte dos requisitos necessarios para a obtencao do grau de Engenheiro de Petroleo.
SISTEMAS DE PROTECAO – VALVULAS DE ALIVIO E CORTA-CHAMAS
Jonatas Silva de Carvalho Britto
Dezembro/2018
Orientador: Regis da Rocha Motta Ph.D.
Curso: Engenharia de Petroleo
Nos processos industriais, a presenca das valvulas de alıvio e corta-chamas sao
acessorios importantes, merecendo cuidados na sua localizacao, especificacao e selecao.
Devido aos vapores produzidos a partir do abastecimento e descarga de fluidos em
tanques industriais, as valvulas podem liberar os vapores presentes no tanque para
atmosfera ou para uma tubulacao onde serao tratados, comercializados ou utilizados
em outros processos. Muitos desses fluidos apresentam grande risco devido a sua
inflamabilidade e para estes casos e necessario a instalacao de valvulas de alıvio com
corta-chamas, evitando assim, o retrocesso de fogo em caso de uma possıvel ignicao
externa. Outra funcao importante das valvulas de alıvio e a diminuicao da perda
de carga no processo; a partir dos dados de pressao de processo, pode-se calibrar
a valvula para abrir em pressoes desejadas, a ponto de evitar a perda excessiva de
produto e diminuir despesas. Alem das valvulas de alıvio de pressao e vacuo com ou
sem corta-chamas, as industrias optam pela aquisicao de corta-chamas para proteger
o tanque. Estes corta-chamas podem ser instalados no topo do tanque, corta-chamas
de final de linha ou instalados nas tubulacoes, corta-chamas em linha. Para estes
corta-chamas em linha, existe a dissociacao em corta-chamas a prova de deflagracao
e a prova de detonacao. Para manter um bom funcionamento destes dispositivos de
seguranca, uma manutencao periodica deve ser feita. Por isso, todo o processo de
manutencao dos equipamentos sera apresentado. Por fim, veremos suas aplicacoes
na industria e quando e por que sao utilizadas. Palavras-chaves: Riscos, vapores,
tanques.
vi
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment
of the requirements for the degree of Engineer.
PROTECTION SYSTEMS - RELIEF VALVES AND FLAME ARRESTERS
Jonatas Silva de Carvalho Britto
December/2018
Advisor: Regis da Rocha Motta Ph.D.
Department: Petroleum Engineering
In industrial processes, the presence of relief valves and flame arresters are
important accessories, deserving care in locating, specifying and selecting them. Due
to the vapors produced from the supply and discharge of fluids in industrial tanks,
the valves can release the vapors present in the tank to atmosphere or to a pipeline
where they will be treated, marketed or used in other processes. Many of these fluids
present great risk due to their flammability and in these cases it is necessary to
install relief valves with flame arresters, thus avoiding fire recoil in case of possible
external ignition. Another important function of the relief valves is the reduction
of the pressure drop in the process; from the process pressure data, the valve can
be calibrated to open at desired pressures to the extent of avoiding excessive loss
of product and expense. In addition to pressure relief valves and vacuum with or
without flame arresters, industries choose to purchase flame arresters to protect the
tank. These flame arresters can be installed at the top of the tank, end-of-line flame
arresters or installed in the pipes, in-line flame arresters. For these flame arresters in
line, there is the decoupling in deflagration flame arresters and the detonation proof.
To maintain the proper functioning of these safety devices, periodic maintenance
must be carried out. Therefore, the whole process of equipment maintenance will be
presented. Finally, we will look at your applications in the industry and when and
why they are used.
Keywords: Risks , vapors, tanks
vii
Sumario
Lista de Figuras x
Lista de Tabelas xii
1 Introducao 1
1.1 Motivacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Metodologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.3 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Revisao Bibliografica 3
2.1 Processos de combustao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1.1 Explosao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1.2 Deflagracao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1.2.1 Deflagracao Atmosferica . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1.2.2 Deflagracao pre-volumetrica . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.2.3 Combustao estabilizada . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.3 Transmissao de chama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1.4 Dispositivos de protecao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.1.4.1 Corta-chamas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.4.1.1 Corta-chamas estaticos a seco . . . . . . . . 9
2.1.4.1.2 Corta-chamas estaticos de selo lıquido . . . 10
2.1.4.1.3 Corta-chamas dinamicos . . . . . . . . . . . 11
2.1.4.1.4 Grupos de explosao . . . . . . . . . . . . . . 11
2.1.4.1.5 Local de instalacao . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.4.1.6 Norma ABNT NBR ISO 16852 . . . . . . . 14
2.1.4.2 Valvulas de alıvio de pressao e/ou vacuo . . . . . . . 15
2.1.4.3 Valvulas de alıvio de pressao e/ou vacuo com corta-
chamas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1.4.3.1 Local de instalacao . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.4.3.2 Dimensionamento das valvulas . . . . . . . 19
viii
3 Manutencao 22
3.1 Ambiente e Processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2 Analise e Planejamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3 O Servico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3.1 Recalibracao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3.2 Corrosao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.3.3 Entupimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3.4 Condensado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
4 Estudo de casos 29
4.1 Lamesa, Texas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2 Refinaria PEMEX, Mexico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.3 Terminal Ultracargo, Brasil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5 Consideracoes Finais 35
Referencias Bibliograficas 36
ix
Lista de Figuras
2.1 Deflagracao atmosferica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Deflagracao pre-volumetrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.3 Combustao estabilizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.4 Transmissao de chama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.5 Corta-chamas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.6 Corta-chamas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.7 Corta-chamas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.8 Elemento corta-chamas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.9 Extincao da chama . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.10 Corta-chamas de prduto lıquido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.11 Corta-chamas hidraulico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.12 Valvula de alıvio de pressao de diafragma . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.13 Valvula de alıvio de pressao de alta velocidade . . . . . . . . . . . . . 13
2.14 Classificacao de substancias em grupos de explosividade . . . . . . . . 13
2.15 Tabela corta-chamas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.16 Valvula de alıvio de pressao e vacuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.17 Expiracao da valvula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.18 Aspiracao da valvula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.19 Aspiracao da valvula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.20 Valvula de alıvio de pressao e vacuo com corta-chamas integrado . . . 18
2.21 Fator de latitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.1 Valvula de alıvio de pressao e vacuo com corta-chamas no inverno . . 23
3.2 Valvula de alıvio de pressao com lastro . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.3 Valvula com corrosao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.4 Entupimento dos elementos corta-chamas . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3.5 Condensado no elemento corta-chamas . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.6 Condensado no interior do corta-chamaso . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.1 Bateria de tanques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.2 Bateria de tanques durante a explosao . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
x
4.3 Explosao na refinaria PEMEX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.4 Explosao Ultracargo 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.5 Explosao Ultracargo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.6 Explosao Ultracargo 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.7 Explosao Ultracargo 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.8 Explosao Ultracargo 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
xi
Lista de Tabelas
2.1 Fator de latitude. Adptado de BRAUNSCHWEIGER [2018] . . . . . 20
xii
Nomenclatura
ABNT Associacao Brasileira de Normas Tecnicas
API American Petroleum Institute
Cin Fator de latitude dependente da pressao de vapor
Cout Fator de latitude
D Diametro da tubulacao
DN Diametro nominal
L Distancia entre a fonte de ignicao e o local de instalacao do corta-chamas
MESG Maximum Experimental Safe Gap
NG Tamanho nominal
PMTA Pressao maxima de Trabalho Admissıvel
Rin Fator redutor para o isolamento
V ′aspiracao Vazao de aspiracao
V ′condensacao Vazao de condesacao
V ′drenagem Vazao de drenagem
V ′enchimento Vazao de enchimento
V ′evaporacao Vazao de evaporacao
V ′expiracao Vazao de expiracao
Vt Volume do tanque
V APV Valvula de alıvio de pressao e vacuo
xiii
Capıtulo 1
Introducao
1.1 Motivacao
Pode-se considerar que a historia do petroleo no Brasil comecou em 1858, nas
margens do rio Marau, na Bahia. Em 1930, depois de algumas tentativas de per-
furacao sem sucesso em determinados estados brasileiros, o engenheiro agronomo
Manoel Bastos tomou conhecimento que em uma cidade da Bahia, moradores usavam
uma “lama preta”, oleosa, para iluminar suas residencias. Apos a descoberta dessa
informacao, realizaram-se diversas pesquisas desta lama oleosa SANTOS [2006]. Apos
esta descoberta, as atividades de exploracao de petroleo no paıs se intensificaram.
Com isso, houve outras descobertas realizadas no setor “onshore”. Posteriormente,
ocorreram descobertas no setor “offshore”, o que intensificou as atencoes petrolıferas
nacionais. Assim, os campos de petroleo “onshore” foram deixados de lado SANTOS
[2006]. Com o aumento da exploracao e, consequentemente, da producao deste
petroleo, o paıs apresentou um aumento na demanda de tanques de armazenamento
para os derivados gerados do petroleo. Os tanques de armazenamento compoem um
conjunto de equipamentos que envolvem os mais variados usos, tais como armazena-
mento do petroleo cru, insumos e produtos, possibilitando a manutencao de estoques,
garantindo assim uma continuidade operacional, no caso em que algum produto sofra
com a falta de fornecimento. Entende-se como tanque de armazenamento um recipi-
ente destinado a armazenar petroleo e seus derivados a pressao atmosferica e pressoes
superiores a atmosferica. Na industria de processos, a maior parte dos tanques
de armazenamento e construıda normalmente conforme os requisitos constituıdos
na norma americana API 650 “Welded Steel Tanks for Oil Storage”. No Brasil, e
utilizado, tambem, a norma NBR 7821 “Tanques Soldados para Armazenamento
de Petroleo e Derivados”. Porem, para projetar e construir um tanque de armaze-
namento, alguns cuidados especiais sao exigidos, como o conhecimento de normas
tecnicas e a utilizacao de materiais adequados para cada tipo de aplicacao, evitando
1
assim, prejuızos financeiros ou, ate mesmo, fatalidades. E e neste ambito que sao
introduzidos os equipamentos de protecao, como as valvulas de alıvio de pressao e
vacuo (VAPV) e corta-chamas. Com a evolucao dos processos quımicos, as exigencias
em torno destes dispositivos de protecao tornaram-se cada vez mais complexos.
Acrescentou-se a isto os requisitos de protecao ambiental. Assim, baseados nestes
sistemas de protecao que este trabalho propoe um esclarecimento do uso de VAPV e
corta-chamas de forma adequada e eficiente em tanques atmosfericos no intuito de
evitar desastres.
1.2 Metodologia
A metodologia utilizada para a elaboracao deste documento foi a realizacao de
uma ampla pesquisa bibliografica sobre o tema em questao. Buscou-se referencias em
diretrizes e normas recomendadas da industria, tanto do Brasil quanto de ooutros
paıses, bem como em dissertacoes , teses e artigos cientıficos.
1.3 Objetivos
O presente trabalho tem como objetivo demonstrar a importancia de um sistema
de protecao tanto para a area de petroleo quanto para um processo especıfico.
• Obter uma visao geral dos dispositivos (VAPV e corta-chamas) de protecao
em tanques atmosfericos;
• Visualizar a dinamica dos dispositivos;
• Elucidar os parametros relevantes para uma melhor selecao destes dispositivos;
• Mostrar as normas que envolvem estes processos;
• Apresentar todo o processo de manutencao desses dispositivos;
• Estudo de caso de uma industria que se utiliza este dispositivo;
2
Capıtulo 2
Revisao Bibliografica
2.1 Processos de combustao
Os processos de combustao sao responsaveis pela producao de grande parte da
energia do mundo, inclusive o Brasil, em transporte (carros, avioes, trens, navios,
etc), usinas termeletricas, processos industriais, aquecimento domestico, geradores,
cozimento de alimentos e outros SANTOS [2006]. Nos processos industriais, misturas
explosivas podem queimar de varias maneiras. Alguns fatores podem influenciar o
processo de combustao: a composicao quımica da mistura, possıveis ondas de pressao,
a pre-compressao, a forma geometrica da camara de combustao e a velocidade de
propagacao da chama SCHAMPEL [1988]. Os principais processos de combustao
para corta-chamas sao definidos de acordo com as normas internacionais, sendo estes
os:
2.1.1 Explosao
Termo generico para a reacao abrupta de oxidacao ou de decomposicao, produzindo
um aumento de temperatura, de pressao ou de ambos simultaneamente STANDARDS
[1997].
2.1.2 Deflagracao
E uma explosao que se propaga a velocidade subsonica. Dependendo da forma
geometrica da camara de combustao, uma distincao e feita entre a deflagracao
atmosferica, a deflagracao pre-volumetrica e a deflagracao em tubulacao 16852 [2008].
2.1.2.1 Deflagracao Atmosferica
E uma explosao que ocorre ao ar livre, sem aumento significativo da pressao. A
partir de qualquer fonte de ignicao presente ao redor do tanque, a chama se propagara
3
na direcao do interior do tanque. Um exemplo deste tipo de deflagracao e o raio,
onde ocorre a ignicao e os gases que sao liberados pelas valvulas sofrem combustao,
conforme a figura 2.1.
Figura 2.1: Deflagracao atmosferica. Adaptado de BRAUNSCHWEIGER [2018]
2.1.2.2 Deflagracao pre-volumetrica
E uma explosao que ocorre ao ar livre, sem aumento significativo da pressao. A
partir de qualquer fonte de ignicao presente ao redor do tanque, a chama se propagara
na direcao do interior do tanque. Um exemplo deste tipo de deflagracao e o raio,
onde ocorre a ignicao e os gases que sao liberados pelas valvulas sofrem combustao,
conforme a figura 2.2. E uma explosao em um volume fechado (tal como dentro
de um recipiente), iniciada por uma fonte de ignicao interna.Esta fonte de ignicao
pode ser provocada por uma paleta em um reator de mistura. A paleta metalica ao
entrar em contato com a parede do tanque pode provocar uma ignicao e gerar uma
deflagracao. Um exemplo deste tipo de deflagracao e ilustrada na figura 2.2.
Figura 2.2: Deflagracao pre-volumetrica. Adaptado de BRAUNSCHWEIGER [2018]
4
2.1.2.3 Combustao estabilizada
E a queima uniforme e constante de uma chama estabilizada sobre ou perto do
elemento corta-chamas, conforme 2.3. Faz-se uma distincao entre combustao de curta
duracao e a combustao contınua.
Figura 2.3: Combustao estabilizada. Adaptado de BRAUNSCHWEIGER [2018]
A Combustao estabilizada cria riscos adicionais em aplicacoes onde pode ocorrer
um fluxo contınuo da mistura explosiva em direcaoao lado desprotegido do corta-
chamas. Se o fluxo da mistura explosiva pode ser cessado dentro em um especıfico
tempo entre 1 min e 30 min, os corta-chamas que previnem a transmissao da chama
durante este intervalo de tempo sao classificados como corta-chamas de curta duracao.
Se o fluxo da mistura explosiva nao pode ser cessado dentro de um tempo especıfico
de 30 minutos, corta-chamas que previnem a transmissao de chamas para este tipo
de combustao estabilizada sao classificados como corta-chamas a prova de combustao
contınua GROSSEL [2002].
2.1.3 Transmissao de chama
Quando em um processo quımico ocorre a ignicao de uma mistura explosiva, ha
o inıcio de uma deflagracao. Quando confinada em uma tubulacao, a chama pode
sofrer uma aceleracao e sofrer uma transformacao de deflagracao acelerada para
detonacao instavel. Uma detonacao e instavel durante a transicao do processo de
combustao de deflagracao para a detonacao estavel. A transicao ocorre em areas
de espaco limitado em que a velocidade da onda de combustao nao e constante e
onde a pressao da explosao e significativamente maior do que a da detonacao estavel.
A localizacao desta zona de transicao depende, entre outros fatores, da pressao e
da temperatura de trabalho, do diametro do tubo, da configuracao da tubulacao,
do gas em teste e do seu grupo de explosao HOWARD [2018]. Apos sofrer uma
transformacao de deflagracao acelerada para detonacao instavel, a chama atinge seu
5
apice e incide na perda de velocidade ate o momento em que passa a apresentar
velocidade e pressao constantes. Neste momento, considera-se a detonacao estavel
HOWARD [2018]. A figura 2.4 ilustra todos os momentos da transmissao da chama
apos a ignicao.
Figura 2.4: Deflagracao, detonacao instavel e detonacao estavel. Adaptado deGROSSEL [2002]
A figura 2.4 mostra o inıcio da deflagracao, quando ocorre a ignicao dos vapores
inflamaveis dentro de uma tubulacao. Considerando que o volume interno nao varia,
existe um grande aumento de pressao dentro da tubulacao ate que os vapores nao
inflamados se auto inflamem, gerando uma detonacao estavel. O processo entre a
deflagracao e o momento em que ocorre a detonacao estavel e chamado de detonacao
instavel.
2.1.4 Dispositivos de protecao
A precursora dos atuais corta-chamas sao lampadas de seguranca das minas.
Nos anos de 1800, velas e lampadas a oleo eram usadas em minas de carvao e
eram responsaveis por muitas explosoes terrıveis. Apos diversos desastres, o Senhor
Humphrey Davy foi solicitado a encontrar uma alternativa para contornar estes
problemas, e em 1815 ele apresentou um artigo a Sociedade Real de Londres intitulado
de “On the Fire-Damp of Coal Mines, and on Methods of Lighting a Mine so as
to Prevent its Explosion.”Este artigo resultou na invencao da famosa Lampada
de Davy que utiliza uma fina gaze metalica como corta-chamas GROSSEL [2002].
Entretanto, tambem em 1815, mas antes de Davy apresentar sua primeira lampada
ao publico, George Stephenson tambem estava trabalhando em um dispositivo de
seguranca para as minas, trabalho este que era independente ao trabalho de Davy.
Stephenson descobriu durante seu experimento que a chama produzida por um gas
particular a uma dada concentracao nao passaria atraves de um tubo menor que certo
diametro. Enquanto a maioria da populacao tomava ciencia da lampada de Davy,
na verdade a descoberta de Stephenson que foi extremamente importante, por que
ela forneceu uma base para o cenceito de espacamento, o que levou ao conceito do
6
MESG (Espacamento maximo de seguranca experimental) CHANEY [2018]. Com a
evolucao dos processos quımicos, as exigencias em torno dos dispositivos de protecao
tornaram-se cada vez mais complexas. Acrescentou-se a isto os requisitos de protecao
ambiental. Vapores provenientes de processos precisam ser eliminados de forma
compatıvel com o ambiente e precisam ser fornecidos aos sistemas de combustao de
acordo com os regulamentos SANTOS [2006]. Com isso, o conceito e aplicacao dos
corta-chamas sofreram melhorias e atualmente sao utilizados como dispositivos de
seguranca nas industrias quımicas e petroquımicas.
2.1.4.1 Corta-chamas
Corta-chamas apresentam a funcao de extinguir o retrocesso da chama, sempre
que necessario. Sao dispositivos instalados na abertura de um involucro ou no tubo
de ligacao de um sistema de involucros, cuja funcao e permitir o fluxo, porem, impedir
a propagacao da chama. E comumente utilizado em plantas industriais em que ha a
presenca de atmosferas explosivas (ar misturado a vapores ou gases inflamaveis). Os
corta-chamas extinguem o retrocesso da chama, sempre que necessario, atraves de
filtros, tambem chamados de elemento corta-chamas. Basicamente sao compostos
de corpo, porcao do corta-chamas cuja principal funcao e de fornecer um involucro
adequado para o elemento corta-chamas e permitir conexoes mecanicas a outros
sistemas e do elemento corta-chamas, porcao do corta-chamas cuja principal funcao
e a de prevenir a transmissao da chama, vide figura 2.5 HOWARD [2018].
Figura 2.5: Corta-chamas e elemento corta-chamas. Adaptado de UNIVERSAL[2018]
Onde o dispositivo corta-chamas apresentado na figura 2.5 possui conjunto
abafador de chamas em vermelho que e composto por filtros que extinguem a chama,
7
representado pelo conjunto de elementos. Os corta-chamas sao subdivididos em
diferentes tipos, dependendo do processo de combustao e de acordo com a instalacao
(em final de linha,conforme figura 2.6;em tubulacao, figura 2.7; em equipamentos).
Evidenciaremos os tipos basicos em: corta-chamas estaticos a seco, corta-chamas
estatico de selo lıquido e corta-chamas dinamico 16852 [2008].
Figura 2.6: Corta-chamas de final de linha. Adaptado de BRAUNSCHWEIGER[2018]
Onde, as dimensoes do corta-chamas de final de linha estao representadas pelas
letras a, b e c; DN representa o diametro nominal do equipamento; o flange do
corta-chamas esta representado pelo numero 1; o numero 2 representa o capuz de
protecao; o numero 3 representa a armacao do elemento corta-chamas e o numero 4,
o elemento corta-chamas, a parte mais importante do equipamento.
Figura 2.7: Corta-chamas em tubulacao ou em linha. Adaptado de BRAUNSCHWEI-GER [2018]
Onde, as dimensoes do corta-chamas em linha estao representadas pelas letras a,
b; DN representa o diametro nominal e NG o tamanho nominal do equipamento; o
8
corpo do corta-chamas esta representado pelo numero 1; o numero 2 representa a
armacao do elemento corta-chamas e o numero 3, o elemento corta-chamas.
2.1.4.1.1 Corta-chamas estaticos a seco
Estes corta-chamas foram projetado para prevenir a transmissao da chama por perda
de calor 16852 [2008]. Para se proteger contra todos os processos de combustao
anteriormente mencionados, houve um grande desenvolvimento nos corta-chamas
estaticos, otimizando sua construcao e submetendo-os a certificacoes nacionais e
internacionais. Todos os corta-chamas estaticos baseiam-se no princıpio de funciona-
mento do elemento corta-chamas HOWARD [2018]. O elemento corta-chamas e feito
de fitas de metal corrugado enroladas, conforme figura 2.8. O princıpio de extincao
da chama em espacamentos pequenos e aplicado nos corta-chamas de final de linha e
em corta-chamas para tubulacoes, esta diferenca sera evidenciado posteriormente.
Figura 2.8: Elemento corta-chamas. Adaptado de BRAUNSCHWEIGER [2018]
Quando uma mistura inflama-se num espaco entre duas paredes, a chama se
propaga na direcao da mistura nao queimada. A expansao do volume da mistura
ja queimada pre-comprime a mistura nao queimada e acelera a chama COWARD e
JONES [1952].
A chama e extinta por dissipacao de calor na camada limite para a grande
superfıcie do comprimento do espacamento em comparacao com a sua largura,
resfriado o produto abaixo de sua temperatura de ignicao conforme figura 2.9. A
largura e o comprimento do espacamento do elemento corta-chamas determinam a
sua capacidade de extincao.
Quanto mais estreito e longo o espacamento for, maior e a eficacia da extincao.
Quanto mais largo e curto o espacamento for, menor e a perda de pressao. A melhor
solucao entre as duas condicoes e determinada por testes BARTKNECHT [1981].
9
Figura 2.9: Extincao de chama por transferencia de calor. Adaptado de HOWARD[2018]
2.1.4.1.2 Corta-chamas estaticos de selo lıquido
Os corta-chamas de selo lıquido sao barreiras lıquidas seguindo o princıpio do sifao,
onde o lıquido para a deflagracao e/ou detonacao entrante e extingue a chama
GROSSEL [2002]. Existem dois tipos diferentes:
• Corta-chamas de produto lıquido: o produto e usado para formar um selo
lıquido como barreira contra a propagacao da chama, conforme figura 2.10
• Corta-chamas hidraulico: e projetado para quebrar o fluxo de uma mistura
explosiva em bolhas definidas numa coluna de agua, impedindo assim a pro-
pagacao da chama, conforme figura 2.11
• Elucidar os parametros relevantes para uma melhor selecao destes dispositivos;
• Mostrar as normas que envolvem estes processos;
• Apresentar todo o processo de manutencao desses dispositivos;
• Estudo de caso de uma industria que se utiliza este dispositivo;
10
Figura 2.10: Corta-chamas de produto lıquido. Adaptado de BRAUNSCHWEIGER[2018]
Figura 2.11: Corta-chamas hidraulico. Adaptado de BRAUNSCHWEIGER [2018]
2.1.4.1.3 Corta-chamas dinamicos
Os corta-chamas dinamicos sao projetados para produzir, em condicoes de funciona-
mento, velocidades de fluxo que excedam a velocidade da chama na mistura explosiva,
impedindo assim a propagacao da chama. Este princıpio e aplicado nas valvulas de
alıvio de pressao de diafragma e nas valvulas de alta velocidade, conforme na figura
2.12 e na figura 2.13, respectivamente. Estas valvulas devem estar fechadas antes da
velocidade de fluxo atingir valores crıticos GROSSEL [2002].
2.1.4.1.4 Grupos de explosao
Dadas as composicoes quımicas dos gases, gases diferentes tem diferentes capacida-
des de propagacao da chama e sao, portanto, classificados em grupos de explosao
correspondentes ao seu nıvel de risco. O criterio para isto e o MESG = Maximum
Experimental Safe Gap (maximo espacamento experimental seguro), um valor ca-
11
Figura 2.12: Valvula de alıvio de pressao de diafragma. Adaptado de BRAUNS-CHWEIGER [2018]
racterıstico medido em laboratorio, que diz a capacidade de propagacao da chama
do produto. O MESG, tambem conhecido como Espacamento Padrao, e a maior
abertura entre as duas partes da camara interior de um dispositivo de teste que,
quando a mistura do gas na parte interna inflama, e em condicoes especıficas, impede
a ignicao da mistura do gas na parte externa, atraves de uma abertura de 25mm de
comprimento de todas as concentracoes do gas testado ou do vapor no ar. O MESG
e uma propriedade da respectiva mistura de gas, conforme figura 2.14 COWARD e
JONES [1952].
Os valores do MESG representam o maximo espacamento experimental seguro
do elemento corta-chamas, sao classificados a partir de um fluido de referencia. Ou
seja, quanto menor o MESG, mais seguro sera o seu processo.
2.1.4.1.5 Local de instalacao
Os corta-chamas devem cumprir diversas tarefas de protecao e elas dependem do local
de instalacao do equipamento. Os corta-chamas de final de linha protegem contra
deflagracoes atmosfericas e combustao estabilizadas, podendo essas combustoes serem
de curta duracao ou combustao contınua. Podem ser conectados apenas em um dos
lados e nao podem ser instalados no meio de tubulacoes BARTKNECHT [1981]. Os
corta-chamas pre-volumetricos sao integrados no equipamento (sao partes inseparaveis
do equipamento) e testados juntamente com ele. Os corta-chamas para tubulacao
protegem contra deflagracoes e/ou detonacoes estaveis e/ou detonacoes instaveis.
Sao instalados em linha de tubulacao e nao devem ser utilizados como corta-chamas
12
Figura 2.13: Valvula de alıvio de alta velocidade. Adaptado de BRAUNSCHWEIGER[2018]
Figura 2.14: Classificacao de substancias em grupos de explosividade
de final de linha. Estes corta-chamas apresenta protecao bi-direcional, protegendo
o fluido armazenado e as tubulacoes em caso de uma deflagracao pre-volumetrica
COWARD e JONES [1952]. Os corta-chamas devem ser posicionados de acordo com
13
o uso especificado. Para corta-chamas em tubulacao a prova de deflagracao, deve-se
certificar que a relacao L/D (L = distancia entre a fonte de ignicao e o local de
instalacao do corta-chamas, D = diametro da tubulacao) e atendida.
2.1.4.1.6 Norma ABNT NBR ISO 16852
Esta Norma especifica os requisitos para os corta-chamas que impedem a transmissao
da chama quando misturas explosivas de ar-gas ou vapor-ar estao presentes. Esta
norma estabelece os princıpios uniformes para a classificacao, construcao basica e
informacoes para uso, incluindo a marcacao dos corta-chamas, bem como especifica
os metodos de ensaio para verificar os requisitos de seguranca e determinar os limites
seguros para uso 16852 [2008]. Esta Norma e valida para intervalos de pressao de 80
kPa a 160 kPa e temperaturas com intervalos de - 20C a + 150C. Esta Norma nao e
aplicavel ao seguinte:
• medicao relacionada a seguranca externa e equipamento de controle, que
pode ser exigido para manter as condicoes operacionais dentro dos limites de
seguranca estabelecidos:
• corta-chamas usados para misturas explosivas de vapores e gases, que tendem a
se autodecompor (por exemplo, acetileno) ou que sao quimicamente instaveis;
• corta-chamas usados para dissulfeto de carbono, devido as suas propriedades
especiais;
• corta-chamas cujo uso pretendido e para misturas, em vez de misturas gas-ar
ou vapor-ar (por exemplo, razao mais alta de oxigenio-nitrogenio, cloro como
oxidante etc.);
• procedimentos de ensaio de corta-chamas para mecanismos de ignicao de
compressao de chama interna;
• valvulas de atuacao rapida, sistemas de extincao e outros sistemas de isolamento
da explosao;
• corta-chamas integrados ou combinados com equipamento de protecao contra
explosao, como sopradores, ventiladores, compressores e bombas
Estao especificados somente requisitos gerais de desempenho e estes estao mantidos
a um mınimo possıvel. Experiencia tem mostrado que o excesso de requisitos gerais
de desempenho nesta area pode criar restricoes frequentes nao justificadas e prevenir
o desenvolvimento de solucoes inovadoras. Um numero consideravel de ensaios e
condicoes de ensaios precisa ser considerado por existirem diferentes tipos de corta-
chamas. Isto e, havera um ensaio especıfico para diferentes princıpios de operacao
14
(estatico, hidraulico, lıquido ou dinamico) 16852 [2008]. Os ensaios mais importantes
sao os de transmissao de chama. Nesses ensaios os corta-chamas sao testados de
acordo com a sua configuracao, conforme visto na figura 2.15. Todos os corta-chamas
Figura 2.15: Tabela corta-chamas
devem ser ensaiados quanto ao tipo em relacao a transmissao da chama. Nao pode
haver deformacao visıvel permanente do corpo do corta-chamas. Os ensaios devem
ser especıficos para os tipos basicos de operacao. Um unico corta-chamas deve ser
usado para todos os ensaios de transmissao de chama por deflagracao ou detonacao.
Nenhuma substituicao de pecas ou modificacao deve ocorrer no corta-chamas durante
estes ensaios 16852 [2008]. Ensaios de combustao de curta duracao e contınua devem
ser executados de acordo com o servico para o qual sera utilizado. Os corta-chamas
bidirecionais somente devem ser ensaiados de um lado, se os lados protegidos e
desprotegidos forem identicos. Todos os ensaios de transmissao da chama devem ser
executados com misturas ar-gas a temperatura ambiente 16852 [2008]. Dependendo
do uso pretendido, os corta-chamas devem ser ensaiados para o grupo de explosividade
especıfico para as misturas explosivas gas-ar ou vapor-ar. O corta-chama para um
grupo particular de explosao e apropriado para misturas explosivas de outro grupo,
que tem um MESG mais alto 16852 [2008].
2.1.4.2 Valvulas de alıvio de pressao e/ou vacuo
Valvulas de alıvio de pressao e vacuo sao dispositivos automaticos acionados
pela pressao estatica a montante da valvula. A abertura da valvula e proporcional
ao aumento de pressao acima da pressao de abertura. E utilizada em aplicacoes
com fluidos no estado lıquido, a sobrepressao entre 10% e 25% da pressao de
alıvio COWARD e JONES [1952]. Vasos ou tanques fechados preenchidos com
produtos lıquidos devem ter uma abertura atraves da qual a pressao acumulada
possa ser liberada para que o vaso nao exploda. Da mesma forma, o vacuo deve ser
compensado quando o tanque ou o tanque e drenado para que o mesmo nao imploda.
Sobrepressoes inadmissıveis e sobrepressoes negativas poderao ocorrer devido a
procedimentos de carga e descarga, processos de limpeza a vapor, inertizacao e efeitos
termicos. Aberturas livres permitem a livre troca com a atmosfera ou com sistemas de
tubulacoes conectados, que nao sao controlados e monitorados. Neste caso sao usadas
15
valvulas de alıvio de pressao, conforme figura 2.16 UNIVERSAL [2018]. Os vapores
Figura 2.16: Valvula de alıvio de pressao e vacuo. Adpatado de UNIVERSAL [2018]
de produtos expelidos podem ser inflamaveis, venenosos ou podem simplesmente
representar uma perda do produto poluindo a atmosfera. A concentracao local de
industrias quımicas e de processamento e sua associacao com a poluicao ambiental
tem aumentado tanto nos ultimos 50 anos que, atualmente, paıses industrialmente
desenvolvidos utilizam valvulas fechadas durante a operacao normal, permitindo o
alıvio de pressao e vacuo apenas em casos de emergencia COWARD e JONES [1952].
Estas valvulas precisam ser simples e robustas, sem necessidade de controle e sem
falhas, cumprindo as tarefas esperadas de forma confiavel, mantendo e compensando
a pressao e o vacuo COWARD e JONES [1952]. As valvulas de alıvio de pressao
e vacuo tem obturadores calibrados por peso ou por mola. Quando ha excesso de
pressao no tanque, o obturador de pressao, guiado no corpo, e levantado, liberando
assim o fluxo para a atmosfera, conforme figura 2.17, ate a pressao cair abaixo da
pressao de ajuste da valvula. Em seguida, fecha novamente. O lado do vacuo da
valvula e firmemente vedado pela carga adicional da sobrepressao. Quando ha vacuo
no tanque, a sobrepressao da atmosfera eleva o obturador de vacuo e o tanque e
ventilado, conforme figura 2.18 e BARTKNECHT [1981].
Figura 2.17: Expiracao da valvula. Adpatado de BRAUNSCHWEIGER [2018]
16
Figura 2.18: Aspiracao da valvula. Adpatado de BRAUNSCHWEIGER [2018]
A pressao de operacao devera ser pelo menos 10% menor do que a pressao de alıvio.
Se a pressao de operacao se aproximar da pressao de alıvio ela ficara oscilando e
provocara danos a valvula BRAUNSCHWEIGER [2018]. Ja a pressao de ajuste devera
ser inferior ou no maximo igual a PMTA (manometrica) do equipamento protegido
BRAUNSCHWEIGER [2018]. Os tanques de armazenamento estao expostos a
condicoes climaticas, tais como aquecimento e resfriamento. Estas influencias devem
ser consideradas adicionalmente as vazoes de enchimento e esvaziamento do tanque
assim como do suprimento de gas inerte. A pressao de abertura da valvula nao
deve exceder a pressao maxima admissıvel do tanque, tambem chamada de pressao
de projeto do tanque. A construcao e o projeto da valvula determinam como esta
pressao de abertura e atingida COWARD e JONES [1952]. Quando vazoes de
expiracao extremamente elevadas sao necessarias devido a um incendio na superfıcie
externa do tanque ou a falhas nos equipamentos especiais do tanque (tais como
sistemas de gas de inertizacao), valvulas de respiro de emergencia adicionais devem
ser usadas, especialmente quando o teto do tanque nao tiver uma solda de ruptura
fragil. Quando o sistema de inertizacao falhar, grandes quantidades de gas podem
fluir para dentro do tanque. O excesso de gas deve ser expelido do tanque atraves do
sistema de alıvio de pressao, sem exceder a pressao de projeto do tanque. A figura
2.19 apresenta exemplos de valvulas de alıvio que podem ser utilizadas em tanques
de armazenamento GROSSEL [2002].
2.1.4.3 Valvulas de alıvio de pressao e/ou vacuo com corta-chamas
Ao armazenar produtos inflamaveis ou processar produtos quımicos que possam
gerar misturas explosivas, a abertura do tanque de armazenamento deve ser protegida
adicionalmente com corta-chamas. As valvulas com corta-chamas integrado tem a
vantagem singular de que os conjuntos abafadores de chamas sao externos e, portanto,
17
Figura 2.19: Alıvio de pressao e vacuo de um tanque de armazenamento atraves davalvula de alıvio de pressao e vacuo (a), alıvio canalizado para o tubo coletor deescape durante a operacao (b), aspiracao durante a operacao atraves da valvula decontrole de nitrogenio (c), alıvio em caso de incendio atraves da valvula de respirode emergencia (d). Adpatado de UNIVERSAL [2018]
facilmente acessıveis. Este tipo de valvula e evidenciado na figura 2.20 HOWARD
[2018].
Figura 2.20: Valvula de alıvio de pressao e vacuo com corta-chamas integrado.Adpatado de BRAUNSCHWEIGER [2018]
O item 3 da figura 2.20 mostra a localizacao do elemento corta-chamas e as letras a,
b, c, d as dimensoes da valvula que variam de acordo com o diametro selecionado. As
condicoes de operacao devem ser cuidadosamente avaliadas. Dependendo dos possıveis
processos de combustao, deve ser providenciada uma protecao contra deflagracao
atmosferica e/ou combustao de curta duracao e/ou combustao contınua GROSSEL
[2002]. A tecnologia e funcionamento das valvulas de alıvio de pressao e vacuo
com o conjunto abafador de chamas (corta-chamas) integrado sao iguais aqueles das
valvulas sem conjunto abafador de chamas GROSSEL [2002]. As valvulas de alıvio
de pressao e vacuo com corta-chamas integrado tem as mesmas atribuicoes e funcoes
18
das valvulas sem corta-chamas. Elas servem para manter a pressao (preservacao
de vapores) e possibilitam o respiro de tanques BARTKNECHT [1981]. Elas sao
principalmente utilizadas como dispositivos de seguranca para a expiracao e aspiracao
do tanque, reservatorios e aparelhos de processo. A valvula, por um lado, oferece
uma protecao segura contra sobrepressao e vacuo ou impede a entrada de ar e perda
inadmissıvel de produtos ate perto da pressao de ajuste e, por outro lado, garante
seguranca contra propagacao de chamas em casos de deflagracoes atmosfericas. O
elemento corta-chamas e configurado de modo que sejam atingidas perdas mınimas
de pressao com maxima seguranca GROSSEL [2002].
2.1.4.3.1 Local de instalacao
Valvulas com corta-chamas sao sempre valvulas de final de linha, ja que o calor
deve ser liberado para o meio ambiente sem acumulacao, impedindo a propagacao de
chamas. Do contrario, uma acumulacao de calor causaria o aquecimento inadmissıvel
do elemento corta-chamas, que resultaria em um retrocesso de chamas. Estas valvulas
sao usadas principalmente em tanques de armazenamento em que lıquidos inflamaveis
sao estocados ou processados, e nas aberturas de alıvio em recipientes de processo,
onde a ocorrencia de misturas explosivas nao pode ser excluıda HOWARD [2018].
Uma vez que as valvulas de alıvio de pressao e vacuo com corta-chamas sao sempre
valvulas de final de linha, elas sao selecionadas levando em consideracao a funcao
prevista como valvula de pressao, valvula de vacuo ou valvula combinada de alıvio
de pressao e vacuo GROSSEL [2002]. Apos terem sido determinados o grupo de
explosividade do produto e o provavel processo de combustao, a valvula podera ser
selecionada com relacao a sua protecao contra a propagacao de chamas. Ao selecionar
valvulas com corta-chamas, deve ser decidido se a protecao contra a propagacao
de chamas a ser providenciada sera contra deflagracoes atmosfericas ou combustao
contınua. Corta-chamas a prova de combustao contınua incluem a protecao contra
deflagracoes atmosfericas. Valvulas de alıvio de vacuo a prova de propagacao de
chamas nao protegem contra a combustao contınua, porem, sao sempre a prova de
deflagracao.
2.1.4.3.2 Dimensionamento das valvulas
Algumas normas sao utilizadas para realizacao do dimensionamento dos equipa-
mentos a serem ofertados. Sao elas: API 2000 6a edicao, API 2000 6a edicao Anexo
A e a norma alema TRbF 20. Neste trabalho sera evidenciado os calculos utilizados
na API 2000 6a edicao. Para uma melhor selecao das valvulas a serem ofertadas,
conforme API 2000 6a edicao, sao necessarios dados do tanque e do processo, tais
como: diametro, altura e volume do tanque, vazao de enchimento e esvaziamento
19
Tabela 2.1: Fator de latitude. Adptado de BRAUNSCHWEIGER [2018]
Cout = 0,20 Latitude > 58o
Cout = 0,25 Latitude 42o - 58o
Cout = 0,32 Latitude < 42o
da bomba, pressao e vacuo maximo admissıvel, material construtivo do tanque,
temperatura e pressao de operacao. A partir destes dados podemos calcular a vazao
de expiracao e aspiracao do tanque levando em consideracao a influencia climatica.
O calculo das vazoes de expiracao e aspiracao e dado atraves da equacao (2.1) e (2.2)
abaixo 28300 [2008].
V ′vazaodeexpiracao = V ′
evaporacao + V ′enchimento (2.1)
V ′vazaodeaspiracao = V ′
condensacao + V ′drenagem (2.2)
O calculo da capacidade maxima necessaria por influencias termicas baseia-se na
norma ISO 28300 com relacao a tanques de armazenamento de superfıcie com ou sem
isolamento 28300 [2008]. O calculo das vazoes termicas de evaporacao e condensacao
e dado traves das equacoes (2.3) e (2.4) abaixo.
V ′evaporacao = CoutVT
0,9Rin. (2.3)
V ′condensacao = CinVT
0,7Rin. (2.4)
Onde, Cine o fator que depende da pressao de vapor, temperatura de estocagem
media e latitude, conforme Tabela 3.
Figura 2.21: Fator de latitude dependente da pressao de vapor. Adpatado deBRAUNSCHWEIGER [2018]
Em casos em que a obtencao da pressao de vapor e temperatura de armazenamento
do fluido nao econhecida, a norma API 2000 6a edicao informe que dados do Hexano
devem ser considerados, por apresentar maiores riscos 28300 [2008]. A partir dos
dados de vazao de expiracao e aspiracao, os valores de calibracao da valvula e modelo
do equipamento determinados, pode-se calcular o diametro ideal da valvula para
atender o processo em questao. Cada equipamento apresenta um grafico de pressao
20
x vazao que deve ser certificada por um orgao credenciado. Uma vez que obtidos os
valores da calibracao da valvula e a vazao calculada, devem-se rebater esses valores
no grafico e encontrar o diametro ideal, conforme exemplo abaixo 28300 [2008].
21
Capıtulo 3
Manutencao
Dispositivos de seguranca precisam de uma manutencao periodica. Por serem
equipamentos mecanicos e na maior parte das vezes expostos ao ar livre, com o
tempo, o seu desempenho pode ser comprometido. Existem varias causas para tal
fato acontecer. Por isso, cada processo deve ser avaliado durante a especificacao do
equipamento para levantar todos os possıveis cenarios agressivos ao equipamento.
3.1 Ambiente e Processo
O ambiente e o processo da empresa sao os fatores cruciais que influenciam no
funcionamento desses dispositivos. O meio onde ele sera instalado e importante
porque um mesmo equipamento instalado na Alemanha, (figura 3.1) onde o inverno
muitas vezes e bem intenso, com temperaturas negativas, dificilmente tera o mesmo
desempenho que um instalado no Brasil, que dependendo do lugar as temperaturas
podem chegar em torno de 40oC. Um outro exemplo seria um equipamento instalado
perto do mar e outro instalado longe. Os efeitos da maresia devem ser levados
em consideracao pois podem causar a corrosao das valvulas. Alem do meio, o
processo da empresa tambem e de suma importancia para uma boa funcionalidade
do equipamento.
O processo da empresa e um pouco mais complicado, pois depende de fatores
que muitas das vezes sao conhecidos apenas pela empresa compradora. Por isso
uma cooperacao de ambas as partes deve acontecer para que o equipamento seja
especificado de maneira correta para minimizar futuros danos. Obviamente, nao e
possıvel prevenir todos os danos aos equipamentos, por exemplo, se o processo for
muito agressivo, a vida util do equipamento sera menor do que de um que tenha
um processo mais brando. Alem disso, se o processo tiver fluidos corrosivos, mesmo
utilizando um material com uma maior compatibilidade com o processo, a vida util
do equipamento nao sera a mesma de um com um fluido mais limpo. Apos serem
apresentadas algumas das possıveis causas da manutencao desses dispositivos de
22
Figura 3.1: Valvula de alıvio de pressao e vacuo com corta-chamas no inverno.Adaptado: BRAUNSCHWEIGER [2018]
seguranca, na proxima secao sera apresentada uma analise das diferentes formas de
manutencao dos mesmos, assim como o planejamento para tal.
3.2 Analise e Planejamento
A manutencao dessas valvulas e corta-chamas devem ser feitas por uma mao-
de-obra qualificada. Ela pode ser feita pela propria fornecedora ou ate mesmo por
empresas especializadas em servicos de manutencao de dispositivos de seguranca.
Nao e recomendado que a empresa compradora faca a manutencao por conta propria
porque alem de poder danificar o equipamento, por se tratar de um dispositivo
de seguranca, sua falha pode ocasionar acidentes graves. A seguir, os tipos de
manutencao serao apresentados. Existem dois tipos de manutencao, a preventiva e
a corretiva. A primeira normalmente deve ser feita com uma certa periodicidade,
caso o cliente queira manter um alto rendimento do equipamento. Normalmente tal
manutencao e mais barata, pois ha apenas uma inspecao do equipamento, limpeza
e substituicao de componentes pequenos. Ja a segunda e mais cara, pois essa
manutencao e feita depois do equipamento apresentar um defeito. Consiste em
sua maioria na troca de componentes grandes e mais caros, podendo ate haver a
condenacao do equipamento, acarretando na troca do mesmo, o que sera muito mais
custoso para o cliente. Na maior parte dos casos a manutencao corretiva acontece
quando a empresa compradora nao faz a manutencao preventiva com frequencia ou
simplesmente nunca fez. Quando a empresa solicita esse servico, o fornecedor deve
apresentar antes um escopo completo do mesmo, contemplando tudo o que sera feito.
E apos o termino do servico deve apresentar um relatorio tecnico, informando o que
foi visto, as medidas tomadas e a serem tomadas tambem, assim como a emissao
dos certificados de inspecao e teste apos o termino do servico. A seguir um escopo
modelo detalhado pode ser visto:
23
• Recebimento dos equipamentos em oficina;
• Analise tecnica e inspecao visual externa;
• Desmontagem dos equipamentos;
• Avaliacao tecnica dos componentes (internos e externos);
• Limpeza interna nos pontos de vedacao, como junta do corpo/tampa, sedes e
obturadores;
• Verificacao da integridade dos componentes internos;
• Limpeza dos elementos corta-chamas;
• Analise tecnica dos espacamentos seguros dos elementos corta-chamas;
• Lapidacao nas sedes e obturadores (se houver necessidade);
• Montagem dos equipamentos;
• Testes de calibracao e estanqueidade realizados em bancada movel;
• Emissao do relatorio tecnico de manutencao;
Apos serem apresentados os possıveis tipos de manutencao e o escopo o qual deve
ser fornecido aos clientes, na proxima secao veremos o servico em si, ou seja, como e
feita a manutencao dos dispositivos.
3.3 O Servico
Apos toda a analise da manutencao requisitada, o servico comeca a ser feito. Como
existem inumeros casos diferentes, citaremos alguns deles, mostrando os problemas
encontrados, assim como as solucoes para os mesmos.
3.3.1 Recalibracao
A recalibracao consiste em aumentar ou diminuir a pressao de abertura da valvula
mantendo sua estanqueidade utilizando lastros, conforme na figura 3.2. Porem se a
diferenca de pressao entre a atual e a requerida for grande, possivelmente o obturador
da valvula devera ser trocado por um material mais pesado ou mais leve, dependendo
da pressao desejada. Ela normalmente e feita quando ha uma mudanca de operacao
do tanque ou foi calibrada incorretamente, causando vazamento de produto.
24
Figura 3.2: Valvula de alıvio de pressao com lastro. Adaptado: BRAUNSCHWEI-GER [2018]
3.3.2 Corrosao
A corrosao e o desgaste gradual de um corpo qualquer, o qual sofreu uma
transformacao quımica e/ou fısica, proveniente de uma interacao com o meio ambiente.
No caso de valvulas de alıvio e corta-chamas, esses dispositivos sofrem um desgaste
devido ao fluido no interior do tanque que passa constantemente pelo interior do
equipamento, conforme a figura 3.3. Se o produto do interior do tanque for agressivo,
ou seja, se tiver um teor de acidez alto, o material sofrera corrosao. Entao podemos
concluir que quanto mais acido for o fluido, maiores as chances de corrosao. Para
evitar ao maximo dano ao equipamento, recomenda-se verificar a compatibilidade
quımica do fluido com o material do dispositivo de seguranca, assim, ao escolher
um material mais compatıvel, prolonga-se a vida util do equipamento. Caso a
valvula esteja com um nıvel de corrosao significativo, ela perdera sua estanqueidade e
comecara a vazar produto. Enquanto nos corta-chamas, se isso ocorrer nos elementos
corta-chamas, a chama passara por essa abertura, tambem chamado de caminho
preferencial.
25
Figura 3.3: Valvula com corrosao. Adaptado de BRAUNSCHWEIGER [2018]
3.3.3 Entupimento
O entupimento, neste caso, e a obstrucao do fluxo contınuo do fluido pelo interior
do corta-chamas. Isto e, ha um acumulo de resıduo no elemento corta-chamas, tanto
na superfıcie quanto dentro dos espacamentos, que impede a passagem dos vapores,
aumentando a pressao de dentro do tanque. Normalmente causado por sujeiras em
geral, como na 3.4 ou quando o processo e muito poluıdo. Para solucionar esse
problema, o qual e bastante comum, deve-se passar uma esponja de aco para tirar o
excesso das incrustacoes, aplica-se jato de ar comprimido para remover os resıduos
de dentro dos espacamentos e por fim, mergulha o elemento em um solvente para
retirar o resto.
3.3.4 Condensado
Quando a temperatura da parte interna do equipamento, por onde passa os
vapores, for menor que a temperatura de condensacao do fluido, o mesmo passa
de gas para lıquido. Esse lıquido pode grudar nos obturadores das valvulas e
comprometer a abertura dos mesmos, pois o vapor tera que fazer uma forca maior
para abri-los. Caso este condensado ocorra em corta-chamas, o lıquido pode depositar-
se em cima do elemento corta-chamas e corroer o mesmo, como pode ser visto nas
figuras 3.5, 3.6.
26
Figura 3.4: Entupimento dos elementos corta-chamas. Adaptado de BRAUNS-CHWEIGER [2018]
Para solucionar esse problema, o tecnico deve drenar o lıquido de dentro do
dispositivo ou instalar um equipamento com uma jaqueta aquecida para que o gas
que esta passando no interior do equipamento nao condense.
27
Figura 3.5: Condensado no elemento corta-chamas. Adaptado de BRAUNSCHWEI-GER [2018]
Figura 3.6: Condensado no interior do corta-chamas. Adaptado de BRAUNSCHWEI-GER [2018]
28
Capıtulo 4
Estudo de casos
4.1 Lamesa, Texas
Em 2009, um acidente em uma bateria de tanques na cidade de Lamesa, localizada
a oeste do Texas causou um enorme susto a populacao texana e poderia ter sido
evitado se os responsaveis pela planta tivessem simplesmente seguidos os requisitos
basicos da norma vigente para tanques com possibilidade de formacao de uma
atmosfera explosiva. Conforme na figura 4.1, a bateria de tanques em Lamesa se
encontra no deserto texano, com pouca supervisao.
Figura 4.1: Bateria de tanques. Adaptado: KLTV [2018]
Sao tanques conectados entre si e que fazem a separacao do oleo cru das impurezas
por densidade, com a introducao de agua. Estes tanques nao cumprem a norma
vigente ISO 16852, norma que especifica os requisitos para o uso de corta-chama,
impedindo a transmissao da chama quando misturas explosivas de ar-gas ou vapor-ar
estao presentes. Estes tanques sao expostos a condicoes climaticas e apresentavam
apenas valvulas de alıvio de pressao no topo do tanque para manter a pressao interna
e fazer o tanque respirar. No dia 16 de maio de 2009, apos uma noite de condicoes
climaticas adversas, a bateria de tanques nao possuıa qualquer sistema de protecao
29
contra descargas eletricas. E foi exatamente uma descarga eletrica o motivo da
explosao dos tanques na regiao. A valvula de alıvio de pressao e vacuo presente no
tanque liberava os gases para a atmosfera quando uma descarga eletrica atingiu a
regiao e provocou uma ignicao, provocando uma deflagracao atmosferica. A chama
iniciada se dirigiu para o tanque, causando uma grande explosao, vide figura 4.2.
Figura 4.2: Bateria de tanques durante a explosao. Adaptado: KLTV [2018]
A utilizacao de corta-chamas deve ser considerado sempre que vapores inflamaveis
sao estocados, armazenados ou transportados criando uma atmosfera explosiva e ha
uma fonte de ignicao iminente na regiao. Portanto, a presenca de uma valvula de
alıvio de pressao e vacuo com corta-chamas integrado teria prevenido a explosao.
Com a utilizacao deste tipo de equipamento, a chamas ao se chocar no elemento
corta-chamas tera seu calor dissipado ou em caso de gases continuar sendo liberados
do tanque para a atmosfera, alimentando assim a chama, o corta-chamas impedira
que a chamas adentre o tanque provocando a explosao. Em Lamesa, o fogo queimou
durante nove horas ininterruptas. Porem, por ser uma regiao com baixa densidade
demografica e pouca supervisao, nao houve feridos.
4.2 Refinaria PEMEX, Mexico
Em 2012, no Centro Receptor de Gas Condensado de Monterrey, Mexico, um
vazamento de gas natural provocou um incendio na usina de compressao de gas na
Petroleos Mexicanos, conhecida como PEMEX, conforme na figura 4.3. Este acidente
causou a morte de 40 pessoas (26 mortos durante a contagem inicial). Segundo
relatos, um caminhao tanque estava sendo carregado junto a um dos tanques de gas e,
possivelmente, uma das valvulas da mangueira de abastecimento falhou, provocando
uma fonte de ignicao que levou a uma deflagracao seguindo de um grande incendio
cuja as chamas atingiram alturas superior a 30 metros. Bombeiros da PEMEX, do
30
estado de Tamaulipas e do munıcipio de Reynosa conseguiram controlar as chamas
apenas duas horas apos o inıcio do incendio. A utilizacao de um corta-chamas em
linha e um corta-chamas final de linha no topo do tanque teriam evitado a morte
dessas 40 pessoas, uma vez que apos formacao da fagulha, o corta-chamas em linha
teria evitado a chama de retornar para o tanque e o corta-chamas final de linha
poderia ter evitado demais transtornos nos tanques vizinhos.
Figura 4.3: Explosao na refinaria PEMEX. Adaptado: FOLHAPRESS [2012]
4.3 Terminal Ultracargo, Brasil
Um dos incencios mais recentes em parque de tancagem brasileiro foi o acidente
no terminal da empresa Ultracargo, em 2015, localizada no bairro de Alemoa,em
Santos, conforme 4.4. O local onde ocorreu o incendio abrigava cento e setenta e
cinco tanques de capacidade de ate dez mil metros cubicos (10.000 m3), cada um, em
uma area de cento e oitenta e tres mil oitocentos e setenta e um metros quadrados
(183.871 m2). A Ultracargo armazena produtos como combustıveis, oleos, vegetais,
etanol, corrosivos e quımicos G1GLOBO [2018]. O incendio na empresa Ultracargo
comecou por volta das dez horas da manha do dia 2 de abril e foi extinguido no dia
9 de abril de 2015, vide figura 4.5. Dos cinquenta e oito tanques da Ultracargo, seis
tanques de combustıvel, cada um com capacidade de seis milhoes de litros (6.000.000l)
cada, foram atingidos. Cerca de quinze pessoas foram atendidas, algumas dessas,
levadas ao Pronto Socorro Central apos terem sofrido crise nervosa e inalacao de
fumaca. Nao houve nenhum ferido G1GLOBO [2018].
No inıcio do incendio, a temperatura chegou a oitocentos graus Celsius (800oC)
e foi necessaria ajuda do Governo Federal e importacao de produtos de combate a
chamas para cessar as chamas. Ao todo, foram necessarios cem homens do Corpo
de Bombeiros, vinte e uma viaturas do mesmo, e bilhoes de litros de agua do mar
para extinguir o fogo, visto na figura 4.6G1GLOBO [2018]. Segundo o Ministerio
Publico, o incendio foi causado porque as valvulas ligadas a uma bomba estavam
fechadas. Por um erro de um dos operadores, a bomba foi posta em operacao com as
valvulas de alıvio fechadas, e isso fez com que a bomba trabalhasse sem a circulacao
de combustıvel ate gerar a explosao pelo acumulo de pressao. Porem, essa informacao
31
Figura 4.4: Explosao Ultracargo 1. Adaptado: G1GLOBO [2018]
Figura 4.5: Explosao Ultracargo 2. Adaptado: G1GLOBO [2018]
Figura 4.6: Explosao Ultracargo 3. Adaptado: G1GLOBO [2018]
32
nao faz sentido, pois so existiria acumulo de pressao se a bomba estivesse enchendo o
tanque, e como a bomba estava trabalhando sem a circulacao do lıquido combustıvel,
pode-se concluir que a bomba estava esvaziando o tanque. Com a retirada do lıquido
de dentro do tanque, apenas restou gas combustıvel dentro dele e da linha. Sem
lıquido na linha e a bomba ainda em operacao, ela comeca a aquecer a ponto de criar
pontos de abertura na bomba, causando a entrada do ar. A entrada de oxigenio e o
gas combustıvel presente dentro do tanque, gera uma mistura explosiva. Quando o
aumento de temperatura da bomba atingiu a temperatura de ignicao do fluido, ouve
a explosao na linha que se propagou para o interior do tanque, causando a explosao
do mesmo. Essa explosao poderia ter sido evitada de duas maneiras. A primeira e
desligando a bomba quando ela esvaziar o tanque ate um certo nıvel. A segunda, e a
mais segura e instalando corta-chamas, tanto na linha, para evitar que a chama passe
para o tanque, quanto no teto do tanque, para evitar a explosao do tanque em caso
de fogo externo. Alem dos danos nos tanques, vide figura 4.7, tambem houveram
diversos danos ambientais. O Ministerio Publico pediu que a empresa seja multada
em tres bilhoes e seiscentos milhoes de reais G1GLOBO [2018].
Figura 4.7: Explosao Ultracargo 4. Adaptado: G1GLOBO [2018]
Apesar da empresa ter trabalhado para minimizar os impactos, o prejuızo ambien-
tal foi muito elevado, como pode ser visto na figura 4.8. Cerca de nove toneladas de
peixes morreram apos a contaminacao das aguas, tal fato, afetou diretamente o setor
de pesca do local. Os pescadores regionais sofreram um grande prejuızo financeiro ja
que ficaram mais de um mes sem condicoes de trabalhar. A Companhia Ambiental do
Estado de Sao Paulo (Cetesb) multou a empresa em vinte e dois milhoes e ciquentos
mil reais pelo incendio e a Prefeitura de Santos aplicou multa de dois milhoes e
oitocentos mil reais G1GLOBO [2018].
33
Figura 4.8: Explosao Ultracargo 5. Adaptado: G1GLOBO [2018]
34
Capıtulo 5
Consideracoes Finais
Este trabalho teve por finalidade explorar o uso dos sistemas de protecao no
setor industrial, mais especificamente na area de tancagem. Nesse seguimento, foram
apresentados estudos de casos sobre os descuidos na utilizacao destes dispositivos ou
na ausencia dos mesmos. Esses estudos tambem possibilitaram a elaboracao de todo
o detalhamento descrito neste trabalho. Dessa forma, ficou claro a importancia e
a necessidade de seguir normas vigentes uma vez que acidentes como o de Lamesa,
PEMEX e ate mesmo acidentes em territorio nacional como o acidente de Ultracargo,
podem acontecer a qualquer momento se houver descaso do responsavel pela planta
quanto ao uso dos dispositivos de seguranca citados nesse trabalho. Todo desen-
volvimento construıdo passando por varias areas na empresa e todo conhecimento
absorvido contribuıram completamente para formacao profissional, consolidando
todo o aprendizado teorico introduzido na universidade.
35
Referencias Bibliograficas
BRAUNSCHWEIGER. “Catalogue 2018”. https://www.protego.com/pt/
downloads-e-catalogos.html, 2018. Acessado em 11/12/2018.
SANTOS, G. “Valoracao de campos maduros e marginais”. 1, 2006. 1.
SCHAMPEL, K. Flammendurschlagsicherungen. Expert Verlag, 1988.
STANDARDS, E. “Explosive atmospheres. Explosion prevention and protection.
Basic concepts and methodology”. 1997.
16852, I. Flame arresters – Performance requirements, test methods and limits for
use. Internacional Standard, 2008.
GROSSEL, S. Deflagration and Detonation Flame Arresters. CCPS, 2002.
HOWARD, W. “Flame Arresters and Flashback Prevents. Plant/Operations
Progress”. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/
prsb.720010403, 2018. Acessado em 11/12/2018.
CHANEY, A. “Davy Lamp”. http://www.princeton.edu/~achaney/tmve/
wiki100k/docs/Davy_lamp.html, 2018. Acessado em 11/12/2018.
UNIVERSAL. “Catalogue 2018”. http://www.flammensicherungen.com/Index.
aspx?site=9&main=79&sub=137&content=325, 2018. Acessado em
11/12/2018.
COWARD, H. F., JONES, G. W. “Limits of Flammability of Gases and Vapors”,
Bureau of Mines Bulletin, v. 1, n. 00, pp. 166, 1952.
BARTKNECHT, W. “Explosions: Course, Prevention, Protection”, Springer-
Verbag, v. 1, n. 001, pp. 223, 1981.
28300, N. I. “Petroleum, petrochemical and natural gas industries – Venting of
atmospheric and low-pressure storage tanks”, International Standard, v. 1,
n. 001, pp. 84, 2008.
36
KLTV. “Oil tank battery explodes following a fire
in Lamesa”. http://www.kltv.com/story/10371940/
oil-tank-battery-explodes-following-a-fire-in-lamesa, 2018.
Acessado em 11/12/2018.
FOLHAPRESS. “Exploao de gas provoca incencio em refinaria me-
xicana”. https://www.valor.com.br/internacional/2834742/
explosao-de-gas-provoca-incendio-em-refinaria-mexicana-e-mata-26,
2012. Acessado em 11/12/2018.
G1GLOBO. “Acidente Ultracargo”. http://g1.
globo.com/sp/santos-regiao/noticia/2016/11/
mp-divulga-laudo-e-pede-multa-de-r-36-bilhoes-por-incendio-na-ultracargo.
html, 2018. Acessado em 11/12/2018.
LINDENBERG, A. Area de tancagem. SENAI, 2008.
OIL, M. “Tank battery connections”. http://www.mountainoilfield.com/
service/tank-battery-connections, 2018. Acessado em 11/12/2018.
37
