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Comissão de Inspeção de Equipamentos GRINSP-RS IBP INSTITUTO BRASILEIRO DE PETRÓLEO E GÁS GUIA N° 07 INSPEÇÃO DE CALDEIRAS Membros do GRINSP-RS que participaram da elaboração deste texto Luis Carlos Greggianin – COPESUL - coordenador do GRINSP-RS Luis Roberto de Souza - QUALYSOLDA – vice-coordenador Marco Aurélio Ritter – White Martins – Engenheiro de Inspeção Luis Henrique Nunes de Freitas - Inspetor de Equipamentos/COPESUL Jorge Faria de Oliveira – Inspetor de Ultrasom Milton Mentz - Engenheiro MKS Elton Stein – Técnico de Inspeção de Equipamentos – MegaSteam Luis Felippe – TRACTEBEL-SC Todos aqueles que desejarem colaborar, visando o aprimoramento desta Guia, poderão encaminhar suas sugestões ao Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás. Dezembro de 2004

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Comissão de Inspeção de Equipamentos GRINSP-RS

IBP INSTITUTO BRASILEIRO DE PETRÓLEO E GÁS

GUIA N° 07

INSPEÇÃO DE CALDEIRAS

Membros do GRINSP-RS que participaram da elaboração deste texto

Luis Carlos Greggianin – COPESUL - coordenador do GRINSP-RS Luis Roberto de Souza - QUALYSOLDA – vice-coordenador

Marco Aurélio Ritter – White Martins – Engenheiro de Inspeção Luis Henrique Nunes de Freitas - Inspetor de Equipamentos/COPESUL

Jorge Faria de Oliveira – Inspetor de Ultrasom Milton Mentz - Engenheiro MKS

Elton Stein – Técnico de Inspeção de Equipamentos – MegaSteam Luis Felippe – TRACTEBEL-SC

Todos aqueles que desejarem colaborar, visando o aprimoramento desta Guia, poderão encaminhar suas sugestões ao Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás.

Dezembro de 2004

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ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO .....................................................................................................................................4

2. OBJETIVO ............................................................................................................................................4

3. RAZÕES PARA INSPEÇÃO...............................................................................................................4

4. NOMENCLATURA..............................................................................................................................5

5. TIPOS E DESCRIÇÃO ........................................................................................................................5 5.1 CALDEIRAS FLAMOTUBULARES ................................................................................................. 5 5.2 CALDEIRAS AQUOTUBULARES ................................................................................................... 6 5.3 CALDEIRA MISTA ....................................................................................................................... 6

6. FUNÇÃO DOS COMPONENTES.......................................................................................................6 6.1 FORNALHA ................................................................................................................................. 6 6.2 TUBULÃO (TAMBOR) .................................................................................................................. 6 6.3 SUPERAQUECEDOR ..................................................................................................................... 6 6.4 ECONOMIZADOR......................................................................................................................... 7 6.5 PRÉ-AQUECEDOR DE AR ............................................................................................................. 7 6.6 CHAMINÉ.................................................................................................................................... 7 6.7 REAQUECEDOR........................................................................................................................... 7 6.8 DESSUPERAQUECEDOR - ATEMPERADOR.................................................................................... 7 6.9 PRECIPITADOR ELETROSTÁTICO ................................................................................................. 7 6.10 QUEIMADORES ........................................................................................................................... 7 6.11 COLETORES ................................................................................................................................ 7 6.12 EQUIPAMENTOS E DISPOSITIVOS AUXILIARES ............................................................................ 7

7. CAUSAS DE DETERIORAÇÃO E AVARIA ....................................................................................7 7.1 SUPERAQUECIMENTO ................................................................................................................. 8 7.2 CORROSÃO ................................................................................................................................. 9

7.2.1 Corrosão Interna ............................................................................................................... 9 7.2.2 Corrosão Externa .............................................................................................................. 9

7.3 EROSÃO E CORROSÃO-EROSÃO ................................................................................................ 11 7.4 MUDANÇA DE ESTRUTURA METALOGRÁFICA E MUDANÇA QUÍMICA ...................................... 11

7.4.1 Ataque por Hidrogênio a Alta Temperatura.................................................................... 11 7.4.2 Grafitização..................................................................................................................... 11

7.5 DETERIORAÇÃO DO REFRATÁRIO E DO ISOLAMENTE TÉRMICO ................................................ 12 7.6 AVARIAS MECÂNICAS .............................................................................................................. 12

8. FREQÜÊNCIA E PROGRAMAÇÃO DE INSPEÇÃO..................................................................12 8.1 OBRIGAÇÕES LEGAIS(NR-13 / ITEM 13.5)................................................................................ 12 8.2 PROGRAMAÇÃO PRÓPRIA ......................................................................................................... 13

9. TRABALHOS PRELIMINARES, INSTRUMENTOS E FERRAMENTAS.................................13 9.1 NORMAS DE SEGURANÇA ......................................................................................................... 13 9.2 PREPARAÇÃO PARA INSPEÇÃO.................................................................................................. 14 9.3 INSTRUMENTOS E FERRAMENTAS ............................................................................................. 15

9.3.1 Instrumental de Rotina .................................................................................................... 15 9.3.2 Instrumental Especial ...................................................................................................... 15 9.3.3 Equipamentos Auxiliares ................................................................................................. 15

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10. PROCEDIMENTOS DE INSPEÇÃO ...............................................................................................15 10.1 INSPEÇÃO EXTERNA ................................................................................................................. 15

10.1.1 Escadas, Plataformas e Passadiços ................................................................................ 15 10.1.2 Fundações........................................................................................................................ 15 10.1.3 Suportes Externos, Chaparia e Isolamento ..................................................................... 16 10.1.4 Vazamentos...................................................................................................................... 16 10.1.5 Câmara de Combustão .................................................................................................... 16

10.2 INSPEÇÃO GERAL ..................................................................................................................... 16 10.2.1 Tubulão e seus Dispositivos Internos .............................................................................. 16 10.2.2 Fornalha .......................................................................................................................... 16 10.2.3 Queimadores.................................................................................................................... 17 10.2.4 Superaquecedor ............................................................................................................... 17 10.2.5 Economizador.................................................................................................................. 17 10.2.6 Pré-aquecedor de Ar do Tipo Tubular ............................................................................ 18 10.2.7 Pré-aquecedor a Vapor ................................................................................................... 18 10.2.8 Pré-aquededor de Ar do Tipo Regenerativo.................................................................... 18 10.2.9 Dispositivos Auxiliares .................................................................................................... 18

10.3 ENSAIOS ................................................................................................................................... 21 10.3.1 Teste Hidrostático............................................................................................................ 21 10.3.2 Cupons de Teste............................................................................................................... 21 10.3.3 Medições de Espessura.................................................................................................... 22

11. MÉTODO DE REPARO.....................................................................................................................22

12. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...............................................................................................22

13. REGISTROS E RELATÓRIOS.........................................................................................................23

14. OBSERVAÇÕES.................................................................................................................................23 14.1 TESTE HIDROSTÁTICO .............................................................................................................. 24 14.2 AVALIAÇÃO DE INTEGRIDADE .................................................................................................. 25 14.3 PADRÕES METALOGRÁFICOS.................................................................................................... 28

14.3.1 Fluência........................................................................................................................... 28 14.3.2 Grafitização..................................................................................................................... 29 14.3.3 Esferoidização ................................................................................................................. 31

14.4 FIGURAS ................................................................................................................................... 32 14.4.1 Aquecedor de Ar Tipo Regenerativo................................................................................ 32 14.4.2 Caldeira Integral ............................................................................................................. 34 14.4.3 Esquema de Caldeira Aquotubular ................................................................................. 35 14.4.4 Nomenclatura das partes da caldeira.............................................................................. 37 14.4.5 Tubulão............................................................................................................................ 39 14.4.6 Queimadores.................................................................................................................... 40 14.4.7 Caldeira a carvão de grande porte.................................................................................. 43

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PREFÁCIO As Guias de Inspeção de Equipamentos emitidas pelo Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás – IBP, tem por objetivo orientar a realização de inspeções em equipamentos das industrias de petróleo e petroquímicas, podendo serem utilizadas em outros tipos de industrias, que possuam equipamentos similares, onde for aplicável. As Guias contém informações práticas sobre tipos de equipamentos usuais; mecanismos de danos que podem afetar os equipamentos; técnicas de inspeção usuais; aspectos de segurança individual do inspetor; aspectos da responsabilidade sobre a inspeção. As informações contidas nas Guias são práticas recomendadas que não constituem regulamentações, padrões ou códigos mandatórios, sendo de adoção voluntária. Estas práticas não substituem o julgamento ou a responsabilidade de profissionais que atuam na área de inspeção. As Guias tem por base a experiência e o conhecimento de engenheiros, inspetores e pessoas envolvidas nas atividades de inspeção de equipamentos. Colaboraram na elaboração desta guia:

1. INTRODUÇÃO

A produção de vapor através de caldeiras é uma operação necessária em quase todos os processos industriais, e está também presente em muitos estabelecimentos comerciais e hospitalares.

O uso de caldeiras é indispensável nas indústrias de petróleo, química e petroquímica; - na geração de energia elétrica; - como transmissor de força motriz para turbinas acionadoras e bombas, compressores e ventiladores; - como fonte de calor; - como auxiliar em vários tipos e fases de operações processuais;

- na limpeza de equipamentos; - na prevenção e combate a incêndio; - etc.

Nesta guia, entende-se por caldeiras o conjunto geralmente constituído de: - tubulões - tubos - fornalha - queimadores - economizador - superaquecedor - pré-aquecedores - equipamentos para tiragem

2. OBJETIVO

O objetivo desta guia é traçar diretrizes que sirvam como orientação a ser seguida nos trabalhos de inspeção de caldeiras, não sendo regras mandatórias, código ou norma.

Abrangem práticas para a inspeção de caldeiras em uso, focalizando métodos e procedimentos a serem utilizados, freqüência de inspeção, limitações, causas de deterioração e avaria e outros aspectos de inspeção.

Nesta guia serão consideradas caldeiras a óleo, gás combustível e carvão mineral, uma vez que estas são de mais largo uso.

NOTA: As figuras indicadas no texto estão no final do documento.

3. RAZÕES PARA INSPEÇÃO

As razões principais pelas quais uma caldeira tem de ser inspecionada são as seguintes:

Verificar se ocorre deterioração e avaria, em que extensão e até que ponto pode afetar a estrutura do equipamento, a fim de que se possa ter a certeza de que o mesmo opera dentro das condições de segurança indispensáveis.

Garantir, num alto nível de probabilidade, a continuidade da operação através de um programa de manutenção preventiva; Evitar as perdas decorrentes de uma parada de emergência das unidades do processo, em conseqüência de colapso na produção de vapor. É importante frisar que tais perdas são excessivamente altas;

Reduzir os custos de manutenção e de operação;

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Manter alto o rendimento da unidade.

Todos este itens só poderão ser alcançados mediante uma inspeção cautelosa e bem programada, em combinação com um criterioso serviço de manutenção.

Além disso, o Ministério do Trabalho, através da Secretaria de Segurança e Saúde do Trabalhador publicou em abril de 1995 a Norma Regulamentadora NR13 (Inspeção de Segurança de Caldeiras e Vasos de Pressão) onde são definidos 3 tipos de caldeiras, instalação e inspeção de caldeiras estacionárias a vapor e as freqüências que devem ser inspecionadas.

4. NOMENCLATURA

A nomenclatura adotada é apresentada pelas figuras 1 e 2 respectivas legendas.

A nomenclatura apresentada é a mais empregada, sendo uma referência para os inspetores indicarem os componentes de uma caldeira, podendo existir outras terminologias, que atendam às finalidades desta Guia.

5. TIPOS E DESCRIÇÃO As caldeiras podem ser agrupadas em dois tipos básicos: - flamotubular; - aquotubular;

5.1 Caldeiras Flamotubulares Ainda hoje são largamente usadas, com a finalidade de produzir vapor saturado de baixa pressão, da ordem de 14 kgf/cm2, em quantidades pequenas.

Estas consistem essencialmente de um corpo cilíndrico com dois espelhos fixos nos quais os tubos são mandrilhados ou soldados. A água contida no corpo cilíndrico envolve os tubos.

Em uma das extremidades situa-se a fornalha, de modo que os gases resultantes da combustão passando por dentro dos tubos, cedem calor à água.

Há outros tipos em que a fornalha é montada dentro do próprio corpo cilíndrico. São as chamadas caldeiras de combustão interna. Nestas o queimador está montado em uma extremidade do corpo cilíndrico, e na outra uma tampa faz com que os gases invertam o

seu percurso, passando por dentro dos tubos para alcançar a chaminé. Esse tipo é o mais comumente encontrado.

5.1.1 Roteiro de Inspeção em Caldeiras Flamotubulares

Nas Caldeiras Flamotubulares, os gases de combustão circulam no interior de tubos lisos ou corrugados, os quais encontram-se imersos em água. Neste tipo de caldeira os gases de combustão passam no interior de tubos cercados de água. A transferência de calor ocorre em toda a área circunferencial dos tubos, os quais são montados de forma similar a um trocador de calor com feixe tubular. Essas caldeiras podem ser de dois tipos: • Horizontais

• Verticais

Os componentes principais de uma caldeira

flamotubular e que devem sofrer rigorosa

inspeção são:

5.1.1.1 Componentes mecânicos Fornalha (lisa ou corrugada)

Espelhos

Feixe de tubos

Costado

Tubos tirantes ou nervuras para reforço dos

espelhos

Câmara de reversão frontal

Câmara de reversão traseira

Tampa traseira

Tampa frontal

Trapézio

Refratários

Isolamento térmico

Chaminé

5.1.1.2 Válvulas e Sistemas Operacionais Válvula principal de saída de vapor

Válvula de segurança

Sistema de descarga de fundo composto por:

Válvula de bloqueio

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Válvula de descarga rápida

Sistema de Vapor de Atomização

Sistema de Ar de Atomização (Para

Partida)

5.1.1.3 Equipamentos Auxiliares Principais

Queimador e sistema de controle de

queima e purga dos gases de

combustão

Bomba d’Água de Alimentação

Ventilador de Ar de Combustão

Exaustor dos Gases de Combustão

Bomba de Óleo Combustível

Principal

Vaso de Descarga de Fundo

5.1.1.4 Instrumentação Manômetro

Termômetro

Pressostato

Visor de Nível:

Tipo tubular

Tipo reflexivo

Alarmes e painel de controle

Garrafa de nível:

Tipo ampola

Tipo eletrodos

A inspeção periódica de caldeiras flamotubulares pode ser dividida basicamente em duas etapas distintas: inspeção a frio e inspeção a quente.

Inspeção a Frio Com a caldeira parada são

criteriosamente analisados todos os componentes externos e internos citados anteriormente.

Inspeção a Quente Com a caldeira em operação, são

testados todos os sistemas de controle e de segurança. pressostato

teste de abertura das válvulas de segurança

ensaio de suficiência dos dispositivos de

alimentação d’água

simulação de falta d’água

teste de acumulação

5.2 Caldeiras Aquotubulares Permite a produção de grandes quantidades de vapor, em alta pressão e alta temperatura, existindo tipos para produção de 1.800 toneladas de vapor por hora, a pressão de 350 kgf/cm2 e temperatura até 650°C.

Dentro deste grupo há vários tipos e tamanhos, por exemplo: - caldeiras com um tubulão, coletores seccionais e tubos retos; - caldeiras com um tubulão e tubos curvos; - caldeiras com dois tubulões e tubos curvos; - caldeiras com três tubulões e tubos curvos; - caldeiras sem tubulões (caldeiras de passe único).

5.3 Caldeira Mista

6. FUNÇÃO DOS COMPONENTES As figuras 3 e 4 indicam os principais componentes de uma caldeira aquotubular cuja função descreve-se sucintamente a seguir.

6.1 Fornalha Na fornalha processa-se a queima do combustível (gás, óleo, carvão, lenha, etc). Nesta região encontram-se os tubos que formam as paredes da água.

6.2 Tubulão (tambor) O tubulão ou tambor é um vaso de pressão cilíndrico onde se dá a separação das fases água-vapor.

Quando há tubulão de lama este se destina a coletar os sólidos para purga.

6.3 Superaquecedor É um conjunto de serpentinas dentro das quais circula o vapor saturado que passa a vapor superaquecido. Conforme a sua localização e a maneira pela qual se dá a maior troca de calor, o superaquecedor pode ser classificado como sendo:

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- de irradiação; - de convecção; - de irradiação e convecção;

6.4 Economizador É o componente onde a água de alimentação sobre elevação de temperatura antes de ingressar no tubulão, aproveitando o calor residual dos gases do combustão, antes de saírem pela chaminé.

Deste modo, recupera-se calor e evita-se o choque térmico resultante da entrada de água fria no tubulão.

6.5 Pré-aquecedor de ar O pré-aquecedor de ar é basicamente um permutador de calor destinado a aquecer o ar para combustão através do aproveitamento do calor dos gases de combustão.

Existe (ainda) o pré-aquecedor de ar a vapor, onde a troca de calor é feita sobre um tubo aletado.

Também existe o pré-aquecedor de ar tipo regenerativo, tipo Ljungstron, que corresponde a um conjunto de favos de chapas metálicas muito finas, montados em torno de um eixo, cuja rotação lenta dispõem estes componentes alternativamente à corrente de gás quente que sai da caldeira em direção à chaminé e à corrente de ar frio, insuflada pelos ventiladores, a ser aquecido para ser utilizado nos queimadores. Ver figuras.

6.6 Chaminé Destina-se a garantir a circulação dos gases quentes da combustão através de todo o sistema.

6.7 Reaquecedor Algumas caldeiras possuem um conjunto de serpentinas similares aos superaquecedores, que reaquecem o vapor de extração intermediária das turbinas de condensação, para posterior reenvio à turbina para condensação total.

6.8 Dessuperaquecedor - Atemperador Este componente é fundamental para o controle de temperatura das caldeiras. È um componente formado normalmente por um coletor de vapor e um conjunto de bicos

injetores de água. Estes componentes merecem muito cuidado, pois podem apresentar trincamento originado de fadiga térmica.

6.9 Precipitador eletrostático É normal nas caldeiras com combustíveis fósseis, tipo carvão, a existência deste equipamento. Normalmente possuem formato bastante grande, constituído por um conjunto de placas coletoras e eletrodos através dos quais é criado um campo elétrico que provocará a coleta das cinzas presentes no fluxo de gás. Estes equipamentos ficam instalados logo antes da entrada dos gases nas chaminés. Possuem alta capacidade de retenção, acima de 99,5%. Posteriormente esta cinza é removida das placas coletoras e utilizada em várias aplicações industriais como componente do cimento por exemplo.

6.10 Queimadores São fundamentais nas caldeiras. Podem ser de vários modelos em função do tipo de combustível e da vazão. Recentemente com os requisitos ambientais de redução da emissão de CO e NOx tem apresentado grande evolução tecnológica. Ver figuras

6.11 Coletores São tubulações que coletam as várias correntes de água e vapor da caldeira. Nas caldeiras de grande porte estas tubulações possuem diâmetros maiores e necessitam de grandes cuidados da inspeção pois são fundamentais para o transporte do vapor para os pontos de utilização e uma falha num componente poderá causar sérias conseqüências.

6.12 Equipamentos e Dispositivos Auxiliares

- ventiladores; - sopradores de fuligem; - dutos de ar; - dutos de gases de combustão; - válvulas de segurança; - instrumentação; - sistema de água de alimentação/desaerador.

7. CAUSAS DE DETERIORAÇÃO E AVARIA

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Para a maioria das Caldeiras independente do tipo de combustível, recomenda-se a nomenclatura contida no quadro abaixo para os mecanismos de falhas em tubos. Ruptura sob Tensão (A) Sobreaquecimento de Curta Duração Sobreaquecimento de Longa Duração (Fluência) Solda de Metais Dissimilares

Corrosão Lado Água e Vapor (B) Corrosão Cáustica Danos por Hidrogênio Corrosão Localizada (Pitting ) Corrosão sob Tensão

Corrosão das Partes Expostas ao Fogo (C) Corrosão na Zona de Baixa Temperatura Corrosão na Parede de Água (Lado Fogo) Corrosão por Cinzas de Carvão à Alta Temperatura Corrosão por Cinzas de Óleo à Alta Temperatura

Erosão (D) Erosão por Cinzas Leves Erosão por Cinzas Fundentes (Escórias) Erosão por Sopradores de Fuligem Erosão por Partículas de Combustível Sólido Fadiga (E) Fadiga por Vibração Fadiga Térmica Fadiga por Corrosão

Falta de Controle de Qualidade (F) Danos causados por Limpeza de Manutenção Danos causados por Componentes Químicos Defeitos em Materiais Defeitos em Solda São numerosas as causas que provocam a deterioração e ou avaria dos componentes de uma caldeira e seus equipamentos e dispositivos auxiliares. Entre as principais podemos citar: - superaquecimento; - corrosão; - erosão e corrosão-erosão; - mudança de estrutura metalográfica e mudança química; - deterioração do refratário e do isolamento térmico;

- avarias mecânicas;

(*) Superaquecimento, nesta Guia, significa a elevação da temperatura do aço a um nível acima daquele previsto no projeto. Não confundir com o mesmo termo usualmente adotado na metalurgia que significa uma elevação de temperatura até as zonas mais altas do campo austenítico.

7.1 Superaquecimento O superaquecimento dos componentes da caldeira responde por grande número dos danos registrados. Este superaquecimento pode resultar de uma série de diferentes condições, entre as quais encontram-se as mencionadas a seguir: - operação inadequada dos queimadores, provocando a incidência de chama sobre os tubos; - Desaeração insuficiente durante os procedimentos de partida de uma Caldeira - incrustação excessiva na parede interna dos tubos em conseqüência de tratamento deficiente de água de alimentação; - abaixamento do nível de água no tubulão; - circulação deficiente da água por obstrução parcial ou total de tubos em conseqüência de deposição interna, ou por erro de projeto ou montagem.

O superaquecimento de componentes da caldeira pode acarretar numerosos danos, sendo os principais apresentados a seguir: - abaulamento em tubos comumente conhecido por “laranja”, resultante da fluência do material, podendo levá-lo até a ruptura (figuras 5 e 6). - mudança de estrutura do material, principalmente grafitização, responsável pela diminuição de sua resistência à tração, e à fluência. Fig. 5 – Parede d’água apresentando defeitos do tipo laranja; Fig. 6 – Defeitos tipo laranja→ em detalhe com uma já rompida. - envergamento de tubos; - Oxidação das superfícies expostas, se o meio for oxidante e carbonetação, se o meio for redutor.

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7.2 Corrosão A corrosão constitui o maior fator de deterioração de caldeiras, afetando os lados interno e externo das partes pressurizadas, bem como os demais componentes de sua estrutura. (colunas, chaparia, etc).

7.2.1 Corrosão Interna A corrosão interna das partes pressurizadas depende fundamentalmente da natureza da água de alimentação, da eficiência do seu tratamento, do seu teor de O2 dissolvido e do pH. Geralmente apresenta-se sob as seguintes formas: →A corrosão pode ser uniforme ou localizada. A corrosão uniforme é prevista no projeto e necessita apenas ser periodicamente controlada por medições de espessura. A corrosão não uniforme ou localizada nem sempre é previsível e pode ser de difícil localização.

A corrosão geralmente se apresenta sob as seguintes formas: - corrosão por aeração diferencial; - corrosão por pites; - corrosão química; - fendimento por álcali;

7.2.1.1 Corrosão por Aeração Diferencial Esta forma de corrosão pode resultar da presença de O2 dissolvido na água e ocorre geralmente onde a água escoa no estado líquido, observando-se o ataque sob depósito causado por célula de aeração diferencial.

7.2.1.2 Corrosão por Pites A presença de impurezas na água, combinada com tensões localizadas, pode dar origem a pequenas áreas anódicas que propiciam o desenvolvimento de pites.

Pode resultar também da presença de CO2 que torna a água fracamente acidificada, porém suficiente para provocar a formação de pites.

7.2.1.3 Corrosão Química Generalizada Uma das formas de corrosão química

generalizada ocorre quando o metal atinge temperaturas superiores a 550°C quando então tem lugar uma oxidação a alta temperatura, segundo a reação:

3 Fe + 4 H2O – Fe304 + 4H2 ↑ dando origem a uma incrustação cujo crescimento é influenciado por vários fatores, principalmente temperatura, tempo e alimentação do agente oxidante (vapor, neste caso) Por outro lado, este tipo de ataque cria condições que permitem o superaquecimento do metal, uma vez que a incrustação normalmente constitui uma forte resistência térmica, conforme ilustrado na figura 7. Isto faz com que se retorne ao problema de superaquecimento, conforme abordado no item 7.1.

7.2.1.4 Fendimento por Álcali O fendimento por álcali ou fragilidade cáustica ocorre quando aços carbono são expostos à ação de soluções fortemente alcalinas a altas temperaturas e pressões. A intensidade do ataque depende da concentração do álcali, da temperatura e da grandeza das tensões.

7.2.2 Corrosão Externa A corrosão externa é causada geralmente por compostos agressivos formados no processo de combustão, provenientes de impurezas contidas no combustível, sendo as mais comuns o enxofre, o vanádio, o sódio e, às vezes, o níquel e o potássio.

7.2.2.1 Compostos de Enxofre Os compostos de enxofre mais comuns, nestes casos, são o SO2 e SO3 cuja ação corrosiva se manifesta onde as temperaturas são bastante moderadas, quando há condensação de vapor d’água, dando origem a formação de ácido sulfúrico. Nessas condições os componentes mais sujeitos ao seu ataque são o pré-aquecedor de ar, o economizador e a chaminé. FIG. 8 – Superfície metálica interna de uma chaminé severamente corroída por ácido sulfúrico. FIG. 9 – Corrosão externa de tubos de caldeira na zona de convencção, causada por compostos de enxofre. As baixas temperaturas dos gases efluentes das chaminés tem influência direta sobre a

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condensação de compostos de enxofre e o processo de corrosão. Cuidados especiais devem ser considerados desde o projeto. Uma ótima referência para temperaturas dos gases pode ser obtida no API FORNOS que define em função da composição dos gases a temperatura mínima para evitar o chamado “dew point” – ponto de orvalho. Recomenda-se que a temperatura fique acima de 160 ºC na saída da chaminé

FIG. 10 – CORROSÃO NO PRÉ-AQUECEDOR DE AR Corrosão externa nos tubos de um pré-aquecedor de ar, pelo ácido sulfúrico formado nas zonas mais frias da passagem dos gases combustos, contendo compostos de enxofre. FIG. 11 – Corrosão da chaparia externa de uma caldeira e ataque da base de concreto por gases SO2 e SO3

7.2.2.2 Compostos de Vanádio e Sódio Quando o combustível utilizado contem vanádio, sódio e enxofre, durante a combustão formam-se o pentóxido de vanádio (V2O5) e o sulfato de sódio (Na2SO4).

A associação do V2O5 com o Na2SO4, constitui o corrosivo mais ativo que se conhece, nos produtos de combustão. Ataca praticamente todos os materiais metálicos, mesmo as ligas mais nobres. A mistura destes dois compostos produz um eutético de baixo ponto de fusão, de modo tal que as cinzas depositadas sobre os tubos da fornalha facilmente se fundem e fluem, atacando intensamente o material. Há hipóteses, segundo as quais essa agressividade é devido a presença de O2, o qual é fortemente absorvido por esta escória, na qual se passam reações que levam à liberação do oxigênio nascente cuja atividade sabemos ser extremamente intensa.

O ataque por estes compostos, entretanto, só se registra nas zonas de mais alta temperatura.

7.2.2.3 Corrosão Atmosférica A estrutura externa da caldeira – colunas, chaparia, escadas, plataformas, etc. - está sujeita à corrosão atmosférica. Esta é

influenciada principalmente pela umidade relativa, temperatura do ambiente, natureza da atmosfera (marítima ou rural) e contaminação da mesma com agente corrosivo (atmosfera industrial).

7.2.2.4 Corrosão sob-isolamento Este é um dos mais sérios problemas encontrados em equipamentos industriais. Seu efeito, muitas vezes só é identificado após a ocorrência de vazamentos e incêndios, gerando paradas de emergência e custos inesperados de manutenção. Recomenda-se muito cuidado neste aspecto. Salientamos que projetos bem elaborados e obras bem fiscalizadas reduzem estas ocorrências, porém após 10 a 15 anos de operação é praticamente inevitável esta ocorrência. Assim recomendamos os seguintes cuidados: a - Linhas quentes que estão operando continuamente - selecionar todas as linhas que possuem isolamento cuja temperatura está abaixo de 140ºC (ref NACE) e fazer inspeção por amostragem nas paradas da caldeira ou de seus acessórios. Remover principalmente os trechos mais baixos e que fiquem ao tempo, sujeitos à chuva; - selecionar todos os drenos e trechos de linhas a montante e jusante do bloqueio do dreno, pois estes trechos ficam com o fluxo estagnado e frio, podendo ocorrer o processo de corrosão externo. b- Linhas que operam intermitentemente ou linhas frias com isolamento São os casos mais críticos, nesta situação podem estar as linhas de gás ou de óleo para os queimadores das caldeiras. Algumas destas linhas possuem traço de vapor (steam tracer) para garantir a temperatura, nestes casos estes devem estar corretamente alinhados. Também podemos incluir as linhas de vapor para os sopradores de fuligem. Nestas linhas é fundamental que os sistemas de purgadores estejam dimensionados e funcionais, evitando-se o acúmulo de condensado frio. c- Estrutural Em alguns casos a idade da caldeira ou o projeto/instalação inadequado do isolamento permite o ingresso de água da chuva. Em caldeiras que ficam hibernando deficientemente a água poderá corroer tanto a

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parte estrutural como os tubos, principalmente do lado externo da caldeira. Caso não seja detectado à tempo poderá levar a necessidade de reforçar estruturas, substituição dos tubos ou até redução da PMTA. A melhor forma de evitar este tipo de corrosão é a inspeção periódica, hibernação adequada com monitoramento das temperaturas, proteção da caldeira contra a chuva.

7.2.2.5 Corrosão Acelerada devido ao Fluxo de Vapor Úmido

Corrosão acelerada por fluxo (conhecido internacionalmente como FAC = Flow-Accelerated Corrosion) é um fenômeno que resulta da perda de metal de tubos, vasos de pressão e equipamentos fabricados em aço carbono. Isto ocorre em determinadas condições de fluxo, geometria e material, os quais são comuns em tubulações de elevadas solicitações mecânicas em usinas nucleares, usinas de combustível fóssil e de instalações industriais. Os fatores que mais influenciam na corrosão acelerada devido ao fluxo são os seguintes: � Fatores hidrodinâmicos, i.e, velocidade

de fluxo, rugosidade do tubo, geometria do caminho do fluxo, qualidade do vapor ou fluxo contendo 2 fases (água/vapor);

� Fatores relacionados ao ambiente interno nas tubulações, i.e, temperatura, pH, agente redutor, concentração de oxigênio, potencial de redução e oxidação, impurezas na água;

� Fatores metalúrgicos, principalmente a composição química do aço. Foi determinado que o elemento mais benéfico nos aços é o Cromo. Um aço contendo liga de cromo acima de 1% terá irrelevante taxa de corrosão acelerada por fluxo. Há evidência de que o uso de cromo em valores menores, em até 0,1 %, pode reduzir a corrosão acelerada.

Nas Caldeiras, este fenômeno ocorre com maior frequência em Economizadores e redes externas de drenagens.

7.3 Erosão e Corrosão-Erosão Encontra-se erosão como resultado de desalinhamento dos sopradores de fuligem

cujo jato de vapor incide sobre os tubos em vez de entre eles. Pode resultar também de jato de vapor e ou condensado proveniente de vazamento através de juntas defeituosas, gaxetas ou mesmo furos, pois jato de condensado tem uma ação erosiva muito intensa.

A corrosão-erosão é um fenômeno que resulta da ação simultânea de erosão e corrosão, cujos efeitos são bem maiores que a soma dos efeitos de cada uma, agindo isoladamente.

Para Caldeiras, as quais utilizam combustíveis sólidos (carvão, lenha, etc..)deve-se atentar para o fenômeno da erosão por cinzas leves. Este tipo de erosão é mais intenso em zonas da Caldeira onde predominam estreitamento de área de passagem de gases e em locais de mudança brusca de direção destes.

7.4 Mudança de Estrutura Metalográfica e Mudança Química

Dentre as possíveis mudanças químicas e de estrutura metalográfica do material, destacam-se as seguintes.

7.4.1 Ataque por Hidrogênio a Alta Temperatura

Tem sido verificado que, em caldeiras de alta capacidade, pressão e temperaturas elevadas, ocorre a decomposição da água com a conseqüente liberação de oxigênio e hidrogênio. Este hidrogênio livre se difunde através do metal e age sobre a cementita, decompondo-a em ferrita e carbono com o qual reage para formar metano. Desse modo, além de enfraquecer o metal, ainda permite o empolamento pelo metano que agrava o problema.

7.4.2 Grafitização A grafitização pode ocorrer nas serpentinas de aço carbono do superaquecedor quando opera a temperaturas superiores a 450°C. Acompanhamento da Deterioração Metalúrgica Em função dos tipos de materiais dos tubos das caldeiras alguns tipos de deterioração Metalúrgicas são possíveis de serem acompanhadas desde que se tenha pessoal especializado e equipamento disponível. Podem-se observar fluência, grafitização e

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precipitação de carbonetos utilizando-se de técnicas não-destrutivas de réplica metalográfica ou de microcopia de campo, medição de dureza portátil, medição da camada de óxido. Também podem ser removidas amostras e ensaiadas mecanicamente. Existem técnicas mais avançadas onde é avaliada a história térmica da região analisada através da relação entre o tempo de operação e a espessura da camada de óxido. Existem também referências onde é descrito o nível de fluência do ponto analisado através de ultrasom. As referências mais utilizadas para fluência, grafitização e para precipitação de carbonetos em aços baixa liga (P11) estão indicados nos anexos.

7.5 Deterioração do Refratário e do Isolamente Térmico

Quando as cinzas do combustível entram em contato com o refratário em temperaturas moderadamente altas, pode ocorrer a formação de uma escória cuja fluidez é aumentada pela presença de óxidos metálicos, mormente os de vanádio e molibdênio, além de sais e enxofre.

- a formação desta escória pode acarretar a deterioração do refratário, pelo menos de três modos diferentes: - fusão e conseqüente escoamento; - ação química; - penetração; Como conseqüência podemos ter uma redução de espessura do refratário, permitindo assim que a estrutura de sustentação e chaparia sejam submetidas a uma temperatura mais elevada do que a permitida.

Os gases de combustão se difundem através da parede refratária e vão atacar o isolamento, principalmente, quando este é lã de rocha, havendo a formação de compostos que corroem a chaparia externa. Por outro lado, em conseqüência do ataque, o isolamento sofre um aumento de volume o qual conduz a esforços mecânicos que danificam a parede refratária.

7.6 Avarias Mecânicas Apresentam-se a seguir algumas das causas usuais de avarias mecânicas de caldeiras:

- fadiga, tanto mecânica como térmica; - fluência; - tensões anormais impostas ao material; - uso inadequado de ferramentas ou outros meios de limpeza; - mandrilagem defeituosa dos tubos; - recalque das fundações; - cargas externas excessivas resultantes de tubulação e outros dispositivos conectados à caldeira e mal apoiados. - Explosão na câmara de combustão; FIG. 12 - Explosão na câmara de combustão. Resultado de uma explosão de combustão de uma caldeira, pouco depois de apagados os queimadores, em conseqüência de vazamento de óleo para o interior da fornalha quente. FIG. 13 – Composição de óleos combustíveis que podem ou não causar corrosão

8. FREQÜÊNCIA E PROGRAMAÇÃO DE INSPEÇÃO

8.1 Obrigações Legais(NR-13 / Item 13.5) As leis brasileiras obrigam todas as caldeiras estacionárias a ser submetidas à inspeção geral, nos seguintes casos:

- antes de entrarem em operação, quando novas; - depois de reforma, modificações, conserto importante ou após terem sofrido qualquer acidente; - periodicamente, em função do tipo de caldeira , conforme NR13, quando estiverem em serviço; - após intervalo de inatividade de quatro meses ou mais. 1.2- Princípios e orientações gerais para a inspeção 1. Deve ser elaborado e mantido pelo

proprietário da caldeira um programa de inspeção documentado, detalhado e individual para cada caldeira, levando-se em conta diferenças de concepção, idade, condições de operação e outras particularidades. Este programa deve ser continuamente revisado e atualizado, levando em consideração novas observações e experiências. Prioritariamente o programa deve observar a conformidade aos requisitos legais.

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2. Registros históricos de cada inspeção

devem ser mantidos documentados para futura referência.

3. As inspeções devem ser executadas por

agente qualificado, e habilitado podendo ser pessoal próprio ou contratado.

4. Por ocasião das inspeções, quaisquer

anomalias já conhecidas pelo proprietário da caldeira devem ser reportadas ao inspetor comissionado para os trabalhos.

5. Todas as especificações, critérios e

padrões gerais de aceitação que possam vir a ser necessários (ex.: descrição dos materiais, espessura mínima de tubos, valores de ajuste de válvulas de segurança, parâmetros do teste hidrostático, etc.), devem estar prontamente disponíveis nestas ocasiões, evitando dúvidas e equívocos.

6. As inspeções devem ser constituídas de

exame interno, exame externo e testes complementares. Cada uma destas etapas é descrita neste documento de forma sucinta, como orientação apenas. Cabe ao inspetor utilizar sua experiência e conhecimento para determinar a extensão, abrangência e detalhamento das verificações e ensaios a serem aplicados. É necessário que sejam gerados relatórios escritos conclusivos sobre os exames realizados e recomendações deles resultantes.

7. O inspetor deverá certificar-se de que

todos os reparos e modificações advindas das inspeções sejam executados em conformidade com as normas e códigos de projeto e construção da caldeira, conforme estabelecido pela legislação vigente. Exceção a este requisito é aceitável em tratando-se de novas tecnologias, já consagradas e ainda não previstas à época do código utilizado no projeto e construção da caldeira.

8.2 Programação Própria Muito embora a lei obrigue a uma inspeção por ano, o intervalo ideal de operação, entre inspeções, é de 4.000 horas.

Independentemente das inspeções programadas, sempre que a caldeira parar, e for aberta por qualquer razão, a oportunidade deverá ser aproveitada para uma inspeção, mesmo que seja parcial.

Por outro lado, o inspetor deve estar sempre inteirado das condições da caldeira em serviço, e recomendar quando necessário a paralisação e abertura, mesmo parcial, ainda que fora das inspeções programadas.

Observações Quando a caldeira tiver que ficar fora de operação por um período mais ou menos prolongado, cuidados especiais são indispensáveis no tocante a sua proteção contra a corrosão, tanto interna quanto externa.

9. TRABALHOS PRELIMINARES, INSTRUMENTOS E FERRAMENTAS

9.1 Normas de Segurança Antes do inspetor entrar em qualquer local na caldeira, deverão ser observadas todas as medidas necessárias à segurança do pessoal que tiver de trabalhar no seu interior. Essas medidas são obrigatórias e devem ser rigorosamente obedecidas, não se admitindo exceções.

Cada empresa tem o seu regulamento particular de segurança, entretanto, a maioria dos seus itens é comum a todos. Dentre eles citam-se os seguintes:

- após o completo esvaziamento da caldeira, todas as tubulações a ela conectadas (linhas de vapor, linha de água de alimentação, dos sopradores de fuligem, de descarga, de combustível, etc.) devem ser bloqueadas com flange cego; - se duas ou mais caldeiras estiverem ligadas à mesma chaminé, deverá ser completamente bloqueada a fim de evitar o retorno de gases provenientes da outra caldeira; - a temperatura interna deverá estar arrefecida até um nível que seja perfeitamente suportável pelo homem; NR15 – Trabalho em Ambientes Isalubres – índices de bulbo úmido e bulbo seco. - deverão ser providas ventilação e iluminação adequadas;

Uso de equipamentos de segurança pessoal, tais como:

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- roupa apropriada; - óculos de segurança; - capacete, etc.

9.2 Preparação para Inspeção Para se realizar uma inspeção geral de uma caldeira é necessária uma preparação que consiste do seu resfriamento, abertura de todas as portas de acesso, inclusive tubulões, limpeza interna e externa para remoção de depósitos, cinzas, incrustações, a fim de que se possa observar minuciosamente o estado das superfícies metálicas, do refratário e demais componentes.

É importante, porém, que o inspetor examine o interior da caldeira antes da remoção dos depósitos, porque sua forma e sua composição muito podem dizer das condições de operação bem como de deterioração, levando a medidas preventivas. Durante a operação de lavagem externa dos tubos deverá ser dispensado cuidado especial para evitar que o refratário seja excessivamente molhado. Caso isso ocorra é necessário uma secagem cautelosa quando da entrada em operação, o que se consegue com aquecimento lento do equipamento.

Usa-se promover a limpeza química da caldeira externa e internamente. Quando a limpeza for externa, cuidados especiais devem ser tomados para não haver retenção das soluções ou, havendo impossibilidade de removê-las completamente, deve-se procurar neutralizá-las.

No caso de limpeza química interna já existem sistemáticas minuciosas de procedimento e que, inclusive, afastam a possibilidade de retenção de soluções agressivas. É interessante, contudo, acompanhar estas limpezas com cupons de corrosão, para se ter uma idéia da natureza e intensidade do desgaste inevitável nestas operações.

2- Preparativos 1. Procedimentos de segurança

ocupacional prévios à inspeção, especialmente bloqueio e sinalização dos itens cujo acionamento acidental possa ser perigoso, devem ser rigorosamente

providenciados, com suficiente antecedência.

2. Recomenda-se que se proceda uma

verificação interna preliminar à limpeza da caldeira, de forma a observar as possíveis incrustações, obstruções e depósitos excessivos, sua natureza e localização, arranjo do fundido remanescente, etc. Entretanto esta verificação deve ser cercada das precauções de segurança exigíveis, especialmente quanto à possível queda de blocos de cinzas ou sulfato.

3. As cinzas remanescentes devem ser

removidas por lavagem a alta pressão, em alguns casos pode ser com água quente. A qualidade da limpeza resultante deve ser cuidadosamente avaliada antes do encerramento definitivo da lavagem, e antes que se iniciem quaisquer atividades de manutenção na caldeira. Especial atenção deve ser dada à remoção de formações de cinza/sulfato que eventualmente ficam presas ao teto, paredes e painéis após a lavagem, evitando acidentes com sua queda durante os trabalhos internos.

4. Todas as portas de visitas e outras

aberturas da caldeira precisam ser abertas.

5. Iluminação geral interna de baixa

voltagem deve ser providenciada, bem como luminárias manuais para todas as partes a serem localmente examinadas.

6. Um andaime rígido e seguro deve ser

erguido para possibilitar a inspeção em toda a altura da fornalha, bem como em todas as linhas de sopragem nos superaquecedores, até o teto. É importante que o andaime proporcione, quando possível, fácil acesso entre os diferentes níveis dos superaquecedores, e nunca obstrua bocas de visita. O acesso a outros locais de interesse além dos citados, se solicitado pelo inspetor comissionado, deve ser providenciado sem restrições.

7. A limpeza mecânica e preparação das

superfícies para inspeção e ensaios deve ser feita pelos meios adequados e com

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máximo cuidado, a fim de se evitar a abrasão excessiva dos tubos e conseqüentes perdas de espessura. O jato de areia está proibido, devendo-se utilizar de jato d’água (hidrojato de alta pressão).

8. É recomendável, especialmente se

houver qualquer suspeita da vazamento na caldeira, a execução de um teste de estanqueidade na mesma (com não mais que a pressão de operação) no início da parada, antecedendo as inspeções propriamente ditas. Esta providência permite evidenciar os possíveis vazamentos em tempo hábil para sua correção, evitando a sua constatação apenas no teste hidrostático final.

9.3 Instrumentos e Ferramentas Os instrumentos e ferramentas necessárias à execução dos trabalhos de inspeção constam da seguinte relação:

9.3.1 Instrumental de Rotina - espelho de cabo flexível; - calibres mecânicos internos e externos; - martelos de bola e picador; - lupa; - imã; - micrômetros de inspetor (“inspetor’s gage”) e de profundidade; - paquímetro.

9.3.2 Instrumental Especial - telelupa (boroscópio) - detetor de falhas pelo espectro magnético; - aparelhos para radiografias;

- aparelhos para determinação de espessura por meio de raios gama (gamametria); - aparelho ultrasônico para determinação de espessura e ou falhas; - pirômetros de contacto ou infra-vermelhos; - detetor de vazamentos por ultra-som; - ensaios pela exsudação de líquidos penetrantes; - teodolito; - lápis de fusão; - medidores portáteis de dureza; - medidores de películas de incrustação.

9.3.3 Equipamentos Auxiliares - máquina fotográfica; - lanternas; - escovas de aço; - raspadores; - estiletes.

10. PROCEDIMENTOS DE INSPEÇÃO Distinguem-se duas modalidades de inspeção: - inspeção externa; - inspeção interna;

10.1 Inspeção Externa É aquela que pode ser executada a qualquer tempo, com a caldeira em operação. Abrange os seguintes componentes:

10.1.1 Escadas, Plataformas e Passadiços Estes componentes são inspecionadas em geral apenas visualmente, procurando o inspetor observar corrosão ou avarias mecânicas que comprometam a estrutura ou que necessitem de reparos.

10.1.2 Fundações As fundações também são inspecionadas visualmente, sendo a avaria mais grave o seu recalque, principalmente se for diferencial quando poderá trazer sérios danos à caldeira provocando vazamento, avarias mecânicas e outras que poderão inutilizá-la por completo. Há várias maneiras de se identificar um recalque e de medir a sua extensão. Os indícios são geralmente trincas no concreto da estrutura ou do piso, lascamento do revestimento, desalinhamento de tubulação conectada, etc. A maneira mais eficiente de medir e controlar o recalque é por meio de referências, uma externamente num ponto fixo e outra num ponto de estrutura em que se suspeita de recalque, fazendo-se a medição com teodolito.

Deve-se ficar atento para os drenos (de chaminé, por exemplo) pelos quais há possibilidades de escoamento de ácido sulfúrico, formado no encontro dos gases de combustão com umidade atmosférica ou outra forma qualquer de condensado; esta solução ácida poderá penetrar no concreto e corroer severamente as ferragens de armação e, o que é mais grave, os parafusos chumbadores.

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10.1.3 Suportes Externos, Chaparia e Isolamento

Os perfis da estrutura de sustentação (pilares, vigas, etc.) e a chaparia são inspecionados visualmente. Estes estão sujeitos à corrosão e avarias mecânicas, tais como flambagem nos pilares quando excessivamente carregados, parafusos frouxos, pintura avariada e conseqüente corrosão localizada, além de corrosão sob contato e de outros tipos.

A pintura deve ser cuidadosa e regularmente inspecionada pois sinais de tinta queimada são bons indícios de problemas com refratários. Neste caso deve-se acompanhar a evolução da temperatura, no local e vizinhanças, para perfeita avaliação da situação do problema.

Várias causas concorrem para degradação do isolamento externo de uma caldeira vazamentos, infiltração de águas e gases, má aplicação, má qualidade de material, etc. O essencial é providenciar reparos, imediatos se possível, sempre que surgirem trincas e desagregação. (Fig. 14).

10.1.4 Vazamentos Devem-se ser observados e anotados, os vazamentos de água, vapor e gases, como subsídios para inspeção geral da caldeira. Uma fonte de vazamentos que deve ser observada atentamente são as válvulas de segurança.

10.1.5 Câmara de Combustão As condições internas da câmara de combustão devem ser observadas nas inspeções externas, através dos visores, quanto à direção das chamas (se há incidência nos tubos), desgaste dos refratários e abaulamentos dos tubos. As informações assim colhidas muito ajudarão futuramente. FIG. 14 – Vista do isolamento externo deteriorado no duto de gases combustos.

10.2 Inspeção Geral A inspeção geral inclui a externa, conforme exposto nos itens precedentes, e mais a inspeção de todos os demais componentes. Só poderá ser executada com a caldeira fora de operação após convenientemente preparada. (Itens 9.1 e 9.2)

10.2.1 Tubulão e seus Dispositivos Internos

Todas as superfícies internas, dispositivos internos de separação de líquido e vapor, conexões especialmente as dos visores de nível e das válvulas de segurança, devem ser cuidadosamente examinadas para se verificar a existência de corrosão, avaria mecânica ou deposição de matéria estranha.

As juntas soldadas ou rebitadas, bem como as áreas adjacentes deverão ser examinadas procurando-se observar se há corrosão localizada, trincas e rebites frouxos, o que pode ser verificado pelo teste do martelo. A corrosão nestas zonas é mais perigosa que aquela encontrada em pontos afastados das juntas. Os locais em que a circulação de água é deficiente estão sujeitos a um ataque localizado mais intenso.

Em tubulões rebitados é oportuno o exame, por amostragem, dos rebites e zonas adjacentes com líquidos penetrantes (teste de exsudação) para pesquisa de trincas. As espessuras da parede do tubulão devem ser sempre medidas e registradas, para se definir a taxa de corrosão. O melhor processo para isso consiste no uso de aparelhos de medição indireta de espessuras por meio de ultra-som, não se dispondo do aparelho, pode-se lançar mão de métodos de medição direta. Por ocasião da inspeção periódica, a qualidade da água de alimentação (incluindo água de alimentação principal, de reposição, e condensados que retornam à caldeira) é aferida. Uma inspeção interna nos balões e coletores torna isto possível. No caso dos coletores, devem ser removidos caps para possibilitar esta visualização, e também ser feita a retirada de amostras dos depósitos internos e possíveis detritos, que serão analisadas por agente competente. Falhas ou deficiências da camada de óxido protetor, depósitos excessivos, corrosão, pitting, erosão, e outras irregularidades associáveis à qualidade da água são portanto evidenciadas neste exame dos balões e coletores. Também podem ser cortados trechos de tubos para permitir análise dos depósitos internos.

10.2.2 Fornalha Na fornalha os vários itens que deverão ser observados são, principalmente:

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10.2.2.1 Tubos Os tubos da fornalha deverão ser inspecionados, inicialmente, antes de sua limpeza, a fim de se verificar a existência de incrustação, nas superfícies externas e, em caso afirmativo, pesquisar a natureza da mesma.

Depois de feita a limpeza, procede-se ao exame cuidadoso das superfícies expostas, pesquisando-se, principalmente, corrosão, abaulamentos e zonas de superaquecimento e, sempre que possível, determinando a sua extensão.

Os abaulamentos e corrosão alveolar são facilmente identificados fazendo-se incidir o feixe de luz da lanterna tangencialmente ao tubo.

Os abaulamentos identificados deverão ter o seu perímetro medido na zona de maior deformação, fazendo-se o registro com a identificação completa do tubo e respectiva posição a fim de que se possa fazer o controle periódico da evolução dos mesmos. De um modo geral o valor máximo que se admite para um abaulamento é da ordem de 5% sobre o diâmetro externo do tubo. O desgaste interno por corrosão, se uniforme, poderá ser perfeitamente avaliado com medições de espessura por ultra-som. Os tubos da caldeira devem ser examinados visualmente com foco em corrosão, erosão, abrasão, desalinhamentos, deformações, amassamento, empolamento, inchamento, porosidade, trincas, rupturas, descoloração, alterações da textura do material, etc. Deve-se verificar os tubos também quanto a danos mecânicos decorrentes de possível interferência física indevida entre componentes da própria caldeira, limpeza da caldeira com instrumentos pontiagudos, colisões com sopradores de fuligem, queda de objetos pesados, etc.. Tubos do fundo da fornalha são particularmente sujeitos a danos por queda de grandes formações de cinza, que se desprendem das partes altas da caldeira. Os pontos mais críticos das fornalhas normalmente são: Próximo aos queimadores: tubos laterais e superiores � corrosão, oxidação externa,

erosão, deterioração metalúrgica, formação de depósitos internos; Próximo aos sopradores de fuligem: ocorrência de erosão, impingimento de condensado proveniente do vapor que estava na tubulação de alimentação e que não é devidamente purgado; Fundo da fornalha: em caldeiras altas, normalmente sofre erosão externa devido ao impacto com a queda de cinzas da fornalha.

10.2.2.2 Refratário O refratário da fornalha deverá ser examinado quanto a rachaduras, avarias mecânicas, vitrificação ou escorificação e decomposição por ação química; esta deterioração pode ser facilmente identificada pela perda de consistência do material, por meio de estilete.

10.2.3 Queimadores Os queimadores deverão ser removidos e completamente desmontados para limpeza e inspeção minuciosa. Atenção especial deverá ser dispensada ao difusor, que, geralmente, fica sujeito a temperaturas muito elevadas. Quando se trata de queimador de óleo, o bico deverá ser examinado cautelosamente, pois os furos são geralmente atacados por erosão.

10.2.4 Superaquecedor O superaquecedor deverá ser examinado tanto quanto à corrosão e abaulamento e quanto à possível erosão causada pelos sopradores de fuligem. Também tem possibilidade de ocorrência de oxidação devido à alta temperatura nestas regiões, acima dos valores permitidos pelos códigos do fabricante ou de projetista.

10.2.5 Economizador O economizador está sujeito à corrosão dada a baixa temperatura dos gases que por ele passam. Também está sujeito à erosão quando ocorre vazamento com jato de condensado de alta pressão incidindo sobre os seus tubos.

Os locais mais sujeitos à corrosão são as adjacências dos suportes dos tubos e das soldas. A medição de espessura dos tubos é o melhor meio de se identificar os que não estão em condições de operação segura. Para os tubos localizados no interior das serpentinas a inspeção torna-se extremamente difícil e

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quando surgir o problema, este deverá ser estudado à parte.

Em caldeiras à carvão é comum a ocorrência de erosão devido à passagem dos gases com as cinzas em velocidade mais elevada sobre os bancos de serpentinas. Especiais cuidados em relação à inspeção criteriosa bem como à proteção dos tubos devem ser tomados. Erosão/Abrasão Em caldeiras à carvão poderá ocorrer a incidência de cinzas sobre os tubos, principalmente em regiões de restrição ao fluxo, onde ocorre o aumento de velocidade. Recomenda-se inspecionar criteriosamente estes pontos, como exemplo: espaço entre bancos de serpentinas, espaço entre a serpentina e as paredes da caldeira. Também estará sujeito à erosão quando ocorrer vazamento com jato de condensado de alta pressão incidindo sobre os seus tubos adjacente ao tubo furado.

10.2.6 Pré-aquecedor de Ar do Tipo Tubular

Em virtude da baixa temperatura dos gases que passam nesta seção, ainda mais baixa que no economizador, a possibilidade de ataque nos tubos é muito maior que naquele. Verifica-se que este ataque é mais intenso nas proximidades da entrada de ar frio.

Com o fim de eliminar ou diminuir este ataque, as caldeiras mais modernas dispõem de meio pelo qual o ar sofre um aquecimento inicial, antes de chegar ao pré-aquecedor. A experiência tem mostrado que tal sistema é bastante eficiente. Normalmente, para isso, usa-se o equipamento conhecido como pré-aquecedor a vapor.

10.2.7 Pré-aquecedor a Vapor Existem vários tipos e seus defeitos mais comuns costumam ser afrouxamento da mandrilagem ou defeitos na solda dos tubos com os coletores, com conseqüente vazamento. Inspeciona-se da mesma maneira que o pré-aquecedor de ar.

10.2.8 Pré-aquededor de Ar do Tipo Regenerativo

São aquecedores compostos por conjuntos de favos de chapas de pequena espessura (1mm, de aço Corten – resistência à corrosão) formando um rotor. Este fica instalado de maneira que o duto de ar e o duto de gás estão alinhados em sentidos opostos e a troca de calor é feita à medida que estes favos estão girando. Normalmente o lado frio sofre corrosão severa após alguns anos de uso. Especial cuidado deve ser tomado, pois às vezes as peças se soltam causando a interrupção da rotação do equipamento.

10.2.9 Dispositivos Auxiliares

10.2.9.1 Válvulas de Segurança Os detalhes de inspeção das válvulas de segurança serão abordados em outra guia desta série. Entretanto, pelo menos uma vez por ano deverão ser removidas, desmontadas, inspecionadas e reparados os defeitos, quando existentes e recalibradas conforme prevê a NR13 – em função dos tipos de caldeiras. a.- Teste das válvulas de segurança Válvulas de segurança são dispositivos de proteção sujeitos a falhas latentes, isto é, falhas que só serão percebidas quando a atuação da válvula se fizer necessária. Assim, mesmo assumindo-se que tenham recebido adequada manutenção, e sejam suficientes em termos de vazão, as válvulas de segurança devem ainda ser testadas anualmente, com foco na calibração e funcionamento adequado. A pressão de abertura e o diferencial de alívio devem estar em estrita conformidade com as especificações do fabricante, com o código de projeto da caldeira e com a legislação vigente. A abertura das válvulas deve ser em disparo único, em “pop”, sem apresentar batimento ou trepidação. As PSVs devem também estar isentas de vazamentos perceptíveis quando da operação normal da caldeira. Nota: o teste das válvulas de segurança, bem como sua desmontagem e revisão anuais são mandatórios pela legislação vigente. Durante a desmontagem deverá ser feita inspeção visual completa de todos os componentes e registrar no relatórios as condições

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encontradas. É recomendável a execução de ensaio de Líquido Penetrante pelo menos no bocal, porém o ensaio pode ser feito em todo o corpo da válvula, principalmente às que operam acima de 400ºC. Recomendações gerais para teste convencional de válvulas de segurança: • Iniciar o teste pela PSV de ajuste mais

alto • A cada válvula testada, as demais

deverão estar travadas • Caso sejam requeridos ajustes, disparar

a válvula em questão no máximo 5 vezes seguidas. Ocorrendo esta situação, somente após 6 horas poderá ser feita nova tentativa.

• Quando uma PSV abrir, o operador deverá apagar um queimador e liberar vapor pela válvula de alívio blowoff.

• Utilizar manômetro-padrão aferido, instalado no balão de vapor para as válvulas do balão, e no coletor ou na linha de vapor principal, para a válvula do superaquecedor.

• Uma tolerância de ± 1 kgf/cm2 no valor

de abertura da PSV, é usualmente aceita • Testes de acumulação não devem ser

executados em caldeiras providas de superaquecedores

Opcionalmente ao teste convencional de válvulas de segurança, é aceita a utilização de dispositivos atuadores hidráulicos, geralmente associados a uma instrumentação especial, constituindo o chamado teste on-line, sem a necessidade do disparo em “pop” e abertura total das válvulas de segurança.

10.2.9.2 Sopradores de Fuligem Os sopradores de fuligem ficam submetidos a temperaturas elevadas e sujeitos à corrosão por alta temperatura, sendo comum aparecerem trincam e erosões nos furos. Estas falhas deverão ser corrigidas a fim de evitar-se que o jato de vapor incida sobre os tubos, causando-lhes erosão. Deve-se verificar também o seu alinhamento e o dispositivo de rotação. Algumas vezes tem sido observado aparecimento de fase sigma

nos sopradores com conseqüente rompimento. Quando o soprador for longo (acima de 3 m) considerar a deformação que sofre a medida que é inserido. O projeto destes equipamentos prevê que isto ocorra, porém quando os valores forem altos (devido à deformações permanentes) poderá haver interferência com os tubos da caldeira que estiverem próximos ou mesmo a projeção de vapor sobre os tubos ocorrendo o travamento/deformação ou erosão excessiva dos tubos. Recomenda-se que nas paradas estes equipamentos sejam inseridos à frio (sem injeção de vapor obviamente) e observado o seu comportamento pelos inspetores. Se houver alguma anomalia verificar a possibilidade de desempeno do tubo central. Sopradores de fuligem- Inspecionar quanto ao alinhamento e possível existência de trincas, corrosão e erosão nas lanças, estas últimas ocasionadas geralmente por inadequada purga de condensado. Deve-se adotar como procedimento a inspeção por gamagrafia nas soldas de lanças novas e reparos executados, conferindo-lhes maior segurança contra defeitos que poderiam causar o rompimento do tubo e sua projeção para o interior da caldeira. Deve ser examinada por END com especial atenção a solda de união entre as ponteiras e as lanças. Observar o estado das caixas de selagem dos sopradores, montadas junto às penetrações nas paredes da caldeira. Proceder também a uma verificação da estanqueidade das válvulas do sistema. Confiabilidade adicional quanto à segurança dos sopradores de fuligem pode ser alcançada executando-se testes funcionais e dinâmicos com os mesmos. O teste, conduzido “a seco” durante a parada da unidade, é feito inserindo-se completamente a lança de cada soprador, enquanto um inspetor observa os seguintes aspectos: (a) curso da lança, certificando-se que a mesma não se aproxima demasiadamente, ou mesmo colide, com a parede oposta; (b) as condições e funcionamento das chaves-limite e batentes mecânicos de fim-de-curso, devendo a fixação deste último ser verificada por líquidos penetrantes; (c) o empeno ou descentralização da lança ao longo do percurso, com possíveis atritos laterais com painéis de tubos adjacentes; (d) condições de desgaste e desalinhamento, bem como ruídos

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anormais, dos roletes de apoio da lança; (e) funcionamento adequado do sistema de indexação, se existente. Cuidados devem ser tomados em relação à capacidade dos purgadores de eliminar o condensado que se forma nas tubulações, de maneira a impedir a sua projeção sobre as tubulações quando a válvula é aberta para limpeza dos tubos.

10.2.9.3 Chaminé É um equipamento muito importante na caldeira pois permite a emissão dos gases de combustão. É normal as chaminés terem revestimentos internos refratários/isolantes, de maneiras a garantir que os gases não percam temperatura e se tenha a tiragem adequada com velocidade de saída suficiente para a correta diluição na atmosfera destes efluentes gasosos. Em caldeiras que operam continuamente os danos internos são mais lentos, mesmo em caldeiras de combustível carvão. Cuidados devem ser tomados em equipamentos que ficam hibernados, pois há dificuldades de manter-se a temperatura adequada do ar circulante no interior da chaminé. Quando estes equipamentos forem metálicos, os produtos de combustão que ficam aderidos ás paredes, com a entrada de água/umidade permitirá a formação de compostos ácidos que deterioram os revestimentos e acabarão atingindo a chaparia da chaminé. Também deve-se cuidar da superfície externa pois o contacto com atmosferas industriais aceleram a corrosão rapidamente tão logo a pintura tenha sofrido deterioração. Em chaminés com junções aparafusadas deve-se verificar os parafusos, pois estão sujeitos a processo de fadiga, pela oscilações normais deste tipo de estrutura, e afrouxam ou rompem, devendo-se periodicamente, a cada 10 anos, fazer uma inspeção visual, com martelo e com torquímetro completa. Assim recomenda-se cuidados nesta inspeção, permitindo que seja feita a correta prevenção para pintura externa ou recuperação interna, evitando gastos às vezes muito altos quando o processo de deterioração já for muito vasto

10.2.9.4 Dutos de Ar e de Gases A chaparia dos dutos de ar e de gases deve ser inspecionada interna e externamente. Os que forem isolados deverão ser inspecionados externamente segundo um intervalo maior, sendo esta inspeção feita em pontos convenientemente escolhidos, usando-se nestes um trecho de isolamento removível.

As lâminas das borboletas deverão ser examinadas quanto à corrosão, afrouxamento, empenamento e operabilidade. Os demais auxiliares importantes, tais como: bombas, chaminés, ventiladores, pré-aquecedores de combustível, estão ou serão abordados em outras guias desta série. Os túneis de ar, de concreto, deverão ser examinados quanto a trincas.

10.2.9.5 Tubulações Linha de água de alimentação – Está sujeita à perda de espessura causada por corrosão acelerada por fluxo, podendo resultar em rupturas de conseqüências catastróficas. Toda a tubulação deve portanto ser inspecionada com este foco, dando-se atenção especial às curvas, partes adjacentes ou à jusante de válvulas, derivações, pontos de dosagem de químicos ou onde quer que a geometria da linha favoreça o aumento de turbulência e o impingimento do fluido contra as paredes dos tubos. A medição ultra-sônica de espessura é o recurso indicado. Como a corrosão pode ocorrer de forma localizada, é importante que se meça, a intervalos criteriosamente definidos, ao redor de toda a circunferência do tubo, e que seja feito um grid adequado de pontos de medição nas áreas suspeitas. Se necessário, inspecionar internamente com um endoscópio: a aparência rugosa típica da superfície interna das regiões corroídas será facilmente identificada com este instrumento. Linha de vapor principal – Está sujeita principalmente à acumulação de danos de longo prazo (fluência), mas ainda assim deve receber certa atenção também nas inspeções anuais. Nestas ocasiões, devem ser verificadas principalmente as condições gerais de suportação (estado visual e funcionamento dos suportes elásticos, exame por END nos olhais e outros dispositivos de suspensão soldados à tubulação).

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Estas tubulações possuem alta energia, portanto uma ruptura pode produzir danos catastróficos nas adjacências. Quando a casa dos operadores for próximo, estas situações poderão ser mais graves ainda. Os regimes transientes das caldeiras, paradas e partidas, situações de emergência, podem causar cargas dinâmicas (golpe de aríete e até martelo) que produzem sérios danos em toda a suportação. Assim é fundamental que as tubulações tenham sempre acompanhamento em partidas e paradas, e periodicamente, de maneira a manter o sistema íntegro. De modo particular em caldeiras onde parte da linha de vapor esteja sujeita a intempéries, atenção deve ser dada à possibilidade de corrosão externa sob o isolamento térmico da tubulação, principalmente às que operam abaixo de 120ºC ou em regime intermitente.

10.2.9.6 Tanque de água e Vaso Desaerador

Tanque de água de alimentação e desaerador- Devem ser examinados com foco na qualidade da água, atentando-se para depósitos e a presença de materiais estranhos em seu interior. Verificam-se também o estado dos internos do desaerador, especialmente fixação das bandejas e bicos spray. De forma geral estes vasos devem receber o mesmo tratamento de inspeção e END aplicável a vasos de pressão em geral, inclusive com atendimento aos requisitos legais. Estes vasos estão sujeito à deterioração de corrosão-fadiga, com o surgimento de trincas adjacentes aos cordões de solda. Há relatos de ruptura e vazamento de água quente destes equipamentos. Utilizar a Prática Recomendada da NACE que contempla uma série de ações para inspeção destes tipos de equipamentos. Outros vasos também assessórios (de expansão de condensado) também devem ser verificados pois estão submetidos a erosão interna, podendo ocorrer furo.

10.3 Ensaios

10.3.1 Teste Hidrostático Quando da construção da caldeira esta é submetida a uma prova de pressão

hidrostática de acordo com a norma segundo a qual foi construída. Caldeiras em uso, quando reparadas em qualquer ponto dos componentes sujeitos à pressão, deverão ser submetidas a novo teste hidrostático. Normalmente a pressão de ensaio deverá ser igual a 1,5 vezes a MPTA. (máxima pressão de trabalho admitida). Para geradores que operam com pressão superior a 40 kgf/cm2 admite-se para teste uma pressão mínima de 1,2 vezes a MPTA. Durante a realização desta prova só deverão permanecer nas imediações do equipamento aquelas pessoas estritamente necessárias.

A aplicação de prova de pressão

hidrostática (com valor normalizado de sobre-pressão, e seguindo procedimentos de teste também padronizados no código de projeto da caldeira) permite verificar a existência de vazamentos e/ou insuficiência de resistência da unidade. Embora somente exigível, pelas normas genéricas para caldeiras, na inspeção inicial e após execução de reparos e/ou vazamentos em partes pressurizadas, o teste hidrostático é imprescindível por ocasião das inspeções periódicas. O valor de sobre-pressão estabelecido nos códigos de projeto referem-se a equipamento novo e não corroído, não sendo normalmente utilizado nos subseqüentes testes periódicos.

O teste deverá ser feito com água em temperatura de 20°C e 35°C, tendo-se o cuidado de eliminar todas as bolsas de ar que ser possam formar durante o processo de enchimento.

Antes da caldeira dar partida após as paradas normais é comum aplicar-se um teste para a simples observação da estanqueidade das bocas de visita e das conexões que foram abertas. Neste caso a pressão aplicada deve ser aproximadamente a pressão normal de operação, observando-se para a água os limites de temperatura já mencionados.

Nos testes hidrostáticos onde, pelo manômetro, se constata vazamento, o qual não se consegue localizar, pode-se usar um detetor de vazamento por ultra-som que dará a sua localização aproximada.

10.3.2 Cupons de Teste Cupons de teste podem ser instalados em vários locais para, por perda de peso e aspecto ao exame visual, darem uma idéia do

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que está ocorrendo em termos de corrosão ou outra forma de deterioração. Podem também ser utilizadas sondas de corrosão.

10.3.3 Medições de Espessura Medições ultra-sônicas de espessura periódicas são essenciais para controlar a vida útil dos tubos, detectar desgastes anormais e confirmar a Pressão Máxima de Trabalho Admissível (PMTA) da unidade. Abaixo são recomendadas linhas gerais para um plano de prospecção ultra-sônica para medição de espessura: Ressalta-se aqui, uma vez mais, que o plano deve ser individualizado para cada caldeira, levando-se em conta sua concepção, idade, histórico de corrosão, etc. As medições de espessura devem ser sempre complementadas com uma cuidadosa inspeção visual quanto a perdas de material dos tubos, por exemplo com o uso de uma lanterna em ângulo. As medições são feitas em um arranjo lógico de localizações (exemplo: a cada 6 metros, de 5 em 5 tubos), resultando em uma densidade de medições adequada a cada caso, e para cada parte da caldeira. Vários milhares de pontos podem ser necessários em uma inspeção, para proporcionar uma adequada avaliação da unidade. O arranjo de medições também deve ser tal que permita boa repetibilidade dos ensaios em inspeções subseqüentes. Tipicamente as medições de espessura são feitas a cada ano. Este período, bem como a densidade de pontos, podem ser ajustados dependendo dos resultados. Abaixo são recomendadas práticas para prospecção de cada parte da caldeira. • Os tubos de fornalha são medidos entre

3 e 6 níveis ou elevações, dependendo do tipo de proteção contra corrosão existente. Prioritariamente são medidos os níveis de ar de combustão e queimadores, e os tubos curvados ao redor das diversas aberturas da fornalha. Em áreas críticas é recomendado que a medição seja feita em três pontos da semicircunferência do tubo exposta aos gases, ao invés de uma única medição central. Partes como o nariz, que sabidamente experimentam maior desgaste, também devem receber

atenção especial nas medições. As regiões altas da fornalha e teto, em contrapartida, geralmente apresentam baixas taxas de corrosão e podem ser examinadas com menor freqüência ou amostralmente.

• Os tubos de superaquecedores são

medidos prioritariamente em partes curvas e nos trechos retos, na linha de centro dos sopradores de fuligem.

• Os tubos de economizadores devem ser medidos com prioridade para as partes inferiores, mais frias, e nas linhas de sopragem.

11. MÉTODO DE REPARO

Nesta guia não são abordados os métodos de reparo e de manutenção. Estes dependem da norma que regula a construção da caldeira, da natureza do reparo a ser feito, das condições locais e da experiência do inspetor. Conforme já mencionado no parágrafo anterior, após qualquer reparo que afete a estrutura dos componentes sujeitos a pressão, a caldeira deverá ser submetida a um ensaio de pressão hidrostática de acordo com a respectiva norma de construção.

12. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS As normas mais comumente usadas que abrangem fabricação, manutenção, operação e inspeção de caldeiras são: Construção de caldeiras; - ASME Boiler and Pressure Vessel Code-Section I – Power Boilers; - ASME Boiler and Pressure Vessel Code-Section VII – Recommended Rules tor Care of Power Boilers; - British Standards, B.S. 113, Water Tube Boilers; - AD – Specifications, Séries B, Alemanha; - The National Board of Boiler and Pressure Vessel Inspectors, U.S.A. - API Guide for Inspection of Refinery Equipment, chapter VIII, Direct-Fired Boilers and Auxiliary Equipment. - EPRI – Electric Power Research Institute, “Manual for Investigation and Correction of Boiler Tube Failures”, EPRI, CS - 3945, 1985.

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NR-13, Norma Regulamentadora do M.T.E, Portaria N. 23, de 26/4/1995; Ver adiante mais referências

13. REGISTROS E RELATÓRIOS Para cada caldeira deverá ser mantido um registro separado, do qual deverão constar todos os assentamentos referentes à mesma, desde seu projeto e montagem, incluindo os certificados de fabricação, ensaios, análises, etc. O relatório de inspeção deverá conter informações conforme recomendado na NR-13 do M.T.E e NBR 12.177-1 da ABNT. Toda caldeira deverá ter o Registro de Segurança, conforme item 13.1.7 da NR13, onde tudo quanto ocorrer de anormal, desde o início de operação deverá ser anotado, sendo assinado pelo Operador Responsável e pelo Profissional Habilitado. Este registro será sempre atualizado pelos relatórios emitidos e notas coligidas no decorrer das campanhas operacionais.

Em folha à parte deverá ser feito o controle rigoroso de todas as horas de operação da caldeira, anotando-se a hora e data de todas as partidas e paradas, número de horas de cada campanha e total, além do motivo das paradas.

Ainda em formulário à parte deverá ser mantido controle das medidas de espessura, tanto para os tubos como para os tubulões, calculando-se, para cada série de medidas, as conseqüentes taxas de corrosão e a vida útil.

Após cada inspeção deverá ser emitido um relatório para divulgação das observações mais importantes decorrentes dessa inspeção, os reparos executados e as recomendações para os trabalhos de manutenção previstos para a futura parada.

Todos os danos deverão ter identificado a causa da sua ocorrência.

Uma cópia deste relatório deverá ser enviada para a representação sindical conforme prevê NR13, no prazo máximo de 30 dias a contar da data de término da inspeção, e outra permanecerá em poder do proprietário da caldeira.

14. OBSERVAÇÕES

O responsável por inspeção de caldeiras deve Ter conhecimento sobre: - tratamento de água das caldeiras; - técnicas de reparos; - combustão e operação; - normas de projeto e detalhes de construção; - tipos de materiais utilizados nas caldeiras. Além disto os conhecimentos gerais de Inspetor de Equipamentos em Ensaios Não-destrutivos.

Quando as caldeiras tiverem que ficar paralisadas durante muito tempo, é de toda conveniência mantê-las cheias de água com inibidor para se evitar corrosão das superfícies internas. Também deve-se garantir que as superfícies externas mantenham-se acima de 120ºC permanentemente. Caso a caldeira tenha que ficar alguns anos em hibernação a melhor alternativa de custo/benefício poderá ser a completa remoção do isolamento térmico.

Para se completar a coleta de dados, o inspetor deve obter análise química: - das cinzas e depósitos sobre os tubos; - dos gases de combustão; - dos combustíveis; - dos depósitos freqüentemente encontrados nos tubulões; - da água; - do condensado.

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14.1 Teste Hidrostático

Segmento Operação/atividade Razão de pressurização ou despressurização A Pressurização até a PMTA 2 a 3 kgf/cm² por minuto. Pode ser conduzida

em patamares intermediários B Elevação até a pressão de

teste, PTH 1 kgf/cm² por minuto

C Estabilização na pressão de teste por 30 minutos

Zero

D Redução da pressão até a PMTA

2 a 3 kgf/cm² por minuto

E Ingresso dos interessados na caldeira e execução das inspeções

Zero

F Despressurização 2 a 3 kgf/cm² por minuto Recomendações gerais para teste hidrostático: • Travar as válvulas de segurança • Pressurizar por meio das bombas de alimentação (BFPs) • Utilizar água desmineralizada, fria (15 a 40°C) • Utilizar manômetro-padrão aferido, instalado no balão de vapor • Inspecionar todas as partes pressurizadas acessíveis da caldeira • Surgimento de gotículas em tubos mandrilados não deve motivar reprovação

P

PTH

t

PMTA

C

EF

A

BD

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14.2 Avaliação de Integridade

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Tabela Resumo dos danos associados aos componentes típicos de uma caldeira

Local de Ocorrência

Corrosão Fadiga Erosão Oxidação Térmica

fluência Degradação Microestrutural

Fornalha � � � Tubulões � � Feixe Tubular (economizador)

� � �

Superaquecedores � � � � � � Coletores de alta temperatura

� � � �

Dutos de gases � � Linha de vapor vivo

� � �

Elementos estruturais

� �

Desaerador � � Queimadores � � �

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Uso de Ensaios Não-Destrutivos na Avaliação de Integridade

Ensaio Locais preferenciais Observação Líquidos penetrantes Fornalhas de tubos compostos, elementos

estruturais diversos, espaçadores, elementos soldados em geral, soldas heterogêneas

Partículas Magnéticas Soldas (topo de derivações) de tubulões e coletores, espelhos em geral, desaerador

Investigação de ligament cracking em espelhos

Medição de Espessura Tubos de troca térmica,coletores, balões, desaerador

Ultrasom para detecção e dimensionamento de descontinuidade

Soldas de tubulões e coletores, derivações de coletores, secções de espessura elevada

Metalografia de campo (réplica ou microscópio portátil)

Tubos e coletores de alta temperatura, tubos da fornalha

Investigação de fluência, degradação micro-estrutural (grafitização, esferoidização, amolecimento, superaquecimentos localizados, pesquisa de descontinuidades previamente encontradas)

Medições dimensionais Avaliação de alteração do diâmetro de tubos e coletores de alta temperatura (principalmente na zona morta)

Investigação de fluência

Medição de Dureza Tubos e coletores de alta temperatura IRIS Tubos do banco de convecção e da fornalha-

parede d’água Investigação de formação de depósitos internos, corrosão

Videoscopia Dessuperaquecedores, economizador, coletores, downcomers,

Exames destrutivos em amostras

Tubos de serpentinas de alta temperatura

Análise das cargas dos suportes de tubulação

Tubulações de saída da caldeira e entrada em equipamentos - turbina

Comparar os valores obtidos com dados de projeto

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14.3 Padrões Metalográficos

14.3.1 Fluência

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14.3.2 Grafitização

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14.3.3 Esferoidização Precipitação Carbonetos – aplicado para aços baixa-liga

Estágio Descrição da Microestrutura A Ferrita e perlita fina; é a microestrutura de material novo. B Primeiros sinais de esferoidização da perlita, normalmente acompanhada também pela precipitação de

carbonetos nos contornos dos grãos. C Estágio intermediário da esferoidização, com forte coalescimento das lamelas de perlita, observando-se

ainda a presença de algumas lamelas remanescentes. D Esferoidização virtualmente completa, mas os carbonetos ainda estão agrupados na rede original de

perlita. E Esferoidização completa. Os carbonetos estão dispersos, deixando ainda observarem-se pequenos traços

das áreas perlíticas originais.

A

B

D

E

C F

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F Etapa final de coalescimento. O tamanho de algumas partículas de carbonetos cresce devido ao coalescimento.

Fig. 3 - Estágios microestruturais de degeneração para aços baixa-liga. Baseado no Documento EPRI CS-3945: Manual for Investigation and Correction of Boiler Tubes Failures, Stages in Carbide Spheroidization and Precipitation in Cr-Mo Steel Superheater Tubes

14.4 Figuras

14.4.1 Aquecedor de Ar Tipo Regenerativo

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Peça do Pré-Aquecedor Regenerativo obstruída por depósitos de cinza

Peça do Pré-Aquecedor Regenerativo: corrosão na estrutura e nas chapas dos favos

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Dutos de Ar - deposição de cinzas proveniente do Pré-aquecedor de ar

14.4.2 Caldeira Integral

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14.4.3 Esquema de Caldeira Aquotubular

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14.4.4 Nomenclatura das partes da caldeira

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14.4.5 Tubulão

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14.4.6 Queimadores

Caldeira Óleo - queimador

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Caldeira óleo – queimador deteriorado

Caldeira à carvão - queimadores gás, óleo e carvão

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Caldeira à carvão - queimador de carvão obstruído

Caldeira à carvão - queimador de óleo deteriorado

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14.4.7 Caldeira a carvão de grande porte

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14.4.8 Fotografias de danos em Caldeiras

Soprador de Fuligem de Fornalha – erosão em tubos adjacentes

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Serpentina de Superaquecedor deformada

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Serpentina com Depósitos externos

Serpentina dos superaquecedores – Oxidação externa por alta temperatura

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Tubo rompido por alta temperatura

Tubo rompido por erosão pelos sopradores de Fuligem

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Tubo aletado do economizador

Coletores de Vapor – derivação com defeito nas soldas (inspeção por Líquido Penetrante)

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Coletores de Vapor – Trincas internas nas saídas dos tubos das serpentinas (inspeção por videoscopia)

Corrosão sob isolamento – linha de dreno de coletores da caldeira

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Chaminé – revestimento em estado de deterioração

Chaminé – revestimento interno com grandes fissuras

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Caldeira Nova

Caldeira após a explosão

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Caldeira após a explosão

Caldeira após a explosão