Inspeção de Fornos

Hezio Rosa da Silva

REGAP / MI / IE

Telefone: 815 - 4582 (rota)

Chave: RGV7

e-mail: [email protected]

MISSÃO DA INSPEÇÃO DE EQUIPAMENTOS

Garantir a disponibilidade dasinstalações e a continuidadeoperacional de forma segura ea custos adequados.

RAZÕES PARA INSPEÇÃO

Estabelecer a campanha mais segura e eficiente

Previsão antecipada dos serviços e reparos

Compra antecipada de materiais

Manutenções otimizadas

Evitar paradas não programadas

RAZÕES PARA INSPEÇÃO

Atendimento da legislação

Atender objetivos estratégicos

Logística de abastecimento do mercado

Conhecer potencial de risco da instalação

NORMAS E DOCUMENTOS APLICÁVEIS

Guias de Inspeção

API 573 - Inspection of Fired Boilers andHeaters

API - Guide for Inspection of RefineryEquipments - Chapter IX (Fired Heaters andStacks)

Guia de Inspeção do IBP

PREPARATIVOS PARA INSPEÇÃO

Qual a função do equipamento?

Qual a função das suas partes?

Como o equipamento funciona?

Quais os fluidos processados?

Quais os contaminantes?

Qual é o histórico de processo?

Quais as variáveis de processo?

PREPARATIVOS PARA INSPEÇÃO

Quais os limitantes e gargalos?

Quais os critérios adotadosno projeto?

Que modificações de projeto jáhouve?

Qual o histórico de deterioração?

ROTEIRO DE PREPARAÇÃO

1) Leia os manuais de operação

2) Converse com o pessoal de operação

3) Identifique as variáveis de processo

4) Levante o histórico de processo

5) Levante o histórico de deterioração

6) Converse com o pessoal de outras UNs

7) Confronte situação de campo com desenhos

8) Inspecione criticamente o equipamento

FORNOS TUBULARES SUJ. A CHAMA

Equipamento constituído por uma caixametálica, revestida internamente comrefratário isolante, no interior da qual équeimado um combustível com o objetivode aquecer, vaporizar, promover reaçãoquímica e/ou craquear um hidrocarbonetolíquido ou gasoso contido em serpentinastubulares, contendo ou não catalisador.

1) Descrição de termos e parâmetros deprojeto: NBR-10778 (ABNT-TB-358)

2) Nomenclatura e definições: N-1664

3) Complementos: API-STD-560, API-RP-530 e API-RP-533

FORNOS TUBULARES SUJ. A CHAMA

INSPEÇÃO DE RECEBIMENTO DE FORNO

OBJETIVOS

Identificar não conformidades com o projeto

Corrigir desvios que possam vir a causarproblemas futuros

Registro inicial das condições físicas

SERPENTINA - INSPEÇÃO

Maior parcela do investimento global

Maior parcela de risco

É onde se gasta o maior tempo nainspeção

API-RP-530: Calculation of HeatersTube Thickness in Petroleum

Refineries

SERPENTINA - INSPEÇÃO PRELIMINAR

OBJETIVOS

Identificar sinais importantes dedeterioração, manchas de oxidação,manchas de incidência, cinzas fundidas.

Coleta de depósitos para análise

Acúmulo de refratário

Remoção de fulígens , cinzas e finos derefratário

Lavagem e neutralização com Na2CO3

FORMAÇÃO DE COQUE - MECANISMOS

1) Craqueamento de parafinas:

CHCHCHC

CHCHCHC

CCH2HC

10483188

8362146

483

++→

++→

+→

∆

∆

∆

FORMAÇÃO DE COQUE - MECANISMOS

2) Polimerização de aromáticos

FORMAÇÃO DE COQUE - CONSEQÜÊNCIAS

Aumento da temperatura de metal

Aumento da taxa de oxidação e fluência

Uma camada de coque de 1/4” (6,4 mm)impõe em média uma elevação de 110 °C naparede do tubo para manter a mesma trocade calor para o tubo.

Um aumento de 120 °C na temperaturasuperficial do tubo reduz a eficiência do fornode 1 a 2% em média e provoca um aumentode 5% no consumo de óleo

FORMAÇÃO DE COQUE - FATORES

1) Temperatura

2) Densidade

3) Teor de aromáticos

4) Substrato

5) Velocidade

6) Regime de escoamento

7) Tipo de carga

8) Presença de soda

FORMAÇÃO DE COQUE

O coque pode tornar-se magnético peladifusão de ferro em temperaturas elevadas.

Camada espessa de coque associada acamada espessa de óxido: Deposição alongo prazo

Camada espessa de coque sem camadade óxido: Deposição a curto prazo,descontrole operacional

FORMAÇÃO DE COQUE

Tubo furado por superaquecimento resultante dedeposição interna de coque

FORMAÇÃO DE COQUE

Depósito de coque no interior do tubo

FORMAÇÃO DE COQUE

Tubo furado por superaquecimentodevido a deposição interna de coque

FORMAÇÃO DE COQUE

Camada de óxido formada na região do furo

MÉTODOS DE DETECÇÃO DE COQUE

Martelamento

Prático, simples e barato mas dependede experiência do técnico

Princípio: diferençade sonoridade

Endoscopia

Radiografia

MÉTODOS DE DETECÇÃO DE COQUE

Inspeção visualFeita comlanterna; possívelquando existemcabeçotes

Vantagens: Observação direta daespessura de coque existente

Desvantagens:

1) Necessidade de lapidação da sede demandrilamento do tubo.

2) Possibilidade de vazamento durante oteste hidrostático e após a partida

COQUE - CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO

Estabelece para o cálculo da espessuramínima de parede dos tubos daserpentina 3 mm de espessura máximade coque para uma campanha segurado forno desde que o tubo opere nacampanha prevista sem sofrerincidência de chama generalizada oulocalizada ou superaquecimento.

API RP 530:

DETERIORAÇÃO - OXIDAÇÃO EXTERNA

Todos os aços sofrem oxidação em temperaturassuperiores à ambiente. A taxa de oxidaçãoaumenta exponencialmente com a temperatura.Lei de Arrenius.

Agentes oxidantes: oxigênio, dióxido etrióxido de enxofre, dióxido de carbono.

Aumentam a resistência a oxidação: Cromo,silício e alumínio

As camadas de óxido não se distribuemuniformemente sobre os tubos, é mais espessana face voltada para a chama e em manchas deincidência.


Taxa deoxidaçãoao ar após1000 h deexposição


Efeito do silício e do alumínio na resistência a oxidação do aço 5Cr-1/2Mo


DETERIORAÇÃO - EMPENAMENTOS

Empenamentos - Causas

Superaquecimento localizado

Descontrole operacional

Presença de coque

Paradas de emergência

Condições de trip do forno

Esquema de circulaçãodos gases no interiorda câmara de radiaçãode fornos tipo caixa

DETERIORAÇÃO - EMPENAMENTOS

DETERIORAÇÃO - EMPENAMENTO


Empenamento: pode ser definido como oinverso do raio de curvatura 1/R

D

T

R

1 ∆α=

: Diferença de temperatura entre a facevoltada para a fornalha e a face voltadapara o refratário

R: Raio de curvatura

: Coeficiente de dilatação linear

T∆

D: Diâmetro externo do tubo



D

T

R

1 ∆α= CONSEQÜÊNCIAS

Quanto maior maior a tendência aempenamento.

Aços austeníticos têm maior tendênciaa empenementos que aços ferríticos.

O empenamento se inverte durante oresfriamento do forno. O refratário esfriamais lentamente que a fornalha


Critério de aceitação

API RP 530

A deformação ou flecha máxima admitida paraum tubo de forno não deve exceder o seudiâmetro interno. Na prática admite-se flechasde até dois diâmetros.


Flambagem dopendural desustentaçãodos tubos doteto devido aempenamentode tubos paracima.

DETERIORAÇÃO - ESTRIAS

DETERIORAÇÃO - ESTRIAS

ESTRIAS

CORROSÃO POR ÁCIDOS NAFTÊNICOS

Ácidos naftênicos: Ácidos orgânicosderivados de hidrocarbonetos alquil-cicloparafínicos.

CARACTERÍSTICAS

Pesos moleculares entre 200 e 700, maiorconcentração na faixa de 300 a 400.

Potencial corrosivo aumenta na razãoinversa do peso molecular

Índice de acidez total: Massa em mg de KOHnecessária para neutralizar 1 g de cru.Começa a ter importância acima de 0,5


CARACTERÍSTICAS

Ocorre mais freqüentemente em meios comfluxo bifásico gás/líquido.

É mais severa quando ocorre mudança deestado físico como vaporização oucondensação de líquidos


Limites a partir do qual a corrosãonaftênica ocorre

Temperaturas entre 220 e 400 °C

Velocidades de fluxo superiores a 4,7 m/s

IAT > 0,5 mg KOH para petróleos e 1,5 paracortes


Locais sujeitos a corrosão naftênica em fornos

Ramais de saída de fornos atmosféricos e devácuo

Linhas de transferência de fornosatmosféricos e de vácuo

Tubos da zona de radiação de fornosatmosféricos

Tubos da zona de convecção de fornos devácuo






CORROSÃO POR CINZAS FUNDIDAS

Compostos formados na fornalha por oxidaçãode compostos organometálicos

NiO / Fe2O3 / Na2O / K2O

VO2 / V2O3 / V2O4 / V2O5

Os agentes mais agressivos são os sulfatos e o V2O5


O enxofre é inicialmente oxidado a SO2

De 2 a 5% do SO2 é oxidado a SO3 pela açãocatalítica do V2O5

322 SO2OSO2 →+

22 SOOS →+


Formação de sulfatos de metais alcalinos

4232 SONaSOONa →+

4232 SOKSOOK →+

Havendo excesso de ar também ocorre:

42222 SONa2OSO2ONa2 →++

42222 SOK2OSO2OK2 →++


Mecanismos de corrosão por cinzas fundidas

1) Oxidação direta do metal pelossulfatos, reação global.

SFeO3ONaFe3SONa 242 ++→+

SFeO3OKFe3SOK 242 ++→+

O enxofre reduzido mistura-se aos sulfatos evanadatos formando depósitos que sofremhidrólise durante a parada adquirindo coresesverdeadas.



Mecanismos de corrosão por cinzas fundidas

2) Dissolução dos óxidos protetores porpirossulfatos.

Ocorre na faixa de 398 a 482 °C

O pirossulfato de sódio (Na2S2O7) funde aaproximadamente 400 °C.

Os pirossulfatos dissolvem a camada deóxidos formando escórias de baixo pontode fusão.


Os pirossulfatos formam-se pela oxidaçãosubseqüente dos sulfatos por SO2, SO3 e O2.

722342 OSNaSOSONa →+

722342 OSKSOSOK →+

7222242 OSNa2OSO2SONa2 →++

7222242 OSK2OSO2SOK2 →++


Reação global para dissolução do óxido deferro.

4234232722 SONa3)SO(FeOFeOSNa3 +→+

Reação global para oxidação direta do ferro.

FeSSONa4FeSO3Fe4OSNa4 424722 ++→+

Os vanadatos de metais alcalinos formamescórias mais agressivas


Formação de vanadatos segundo Niles eStanders

35225242

35225242

35225242

SOOV6.OMOV6SOM

SOOV3.OMOV3SOM

SOOV.OMOVSOM

+→+

+→+

+→+

M = Na ou K

3) Dissolução por escórias de baixo ponto defusão


Pontos de fusão de vários compostospresentes nas cinzas

SUBSTÂNCIA PONTO DE FUSÃO (°C) OBSERVAÇÃO

V2O5 675 x

Na2SO4 880 x

Fe2(SO4)3 480 Decompõe p/ Fe2O3

K3Fe(SO4)3 618 x

Na3Fe(SO4)3 623 x

Na2S2O7 400 x

K2S2O7 300 Decompõe p/ K2SO4

Na2O.V2O5 630 x

2Na2O.V2O5 640 x

Na2O.V2O4. 5V2O5 625 x

CORROSÃO P/ COMPOSTOS DE ENXOFRE

Compostos de enxofre

• Gás sulfídrico - H2S

• Mercaptans - R-SH

• Sulfetos - R1-S-R2

• Dissulfetos - R1-SS-R2

• Tiofenóis - A-SH

• Compostos cíclicos


A maioria dos compostos se decompõempara H2S com a temperatura, o que tem inícioa partir de 260 °C.

O ferro atua como catalisador segundoalguns pesquisadores.

A sulfetação forma uma série isomórficacompleta de sulfetos de ferro.

A corrosão por compostos de enxofresofre a mesma influência da velocidadeque aquela por ácidos naftênicos.


Série isomórfica dos sulfetos de ferro formados noprocesso corrosivo por compostos de enxofre.

COMPOSTO NOME % ATÔMICA DE Fe X EM FeSX

FeS2 Pirita 33,33 2,000

Fe7S8 Pirrotita monoclínica 46,67 1,143

Fe9S10 Pirrotita hexagonal 47,37 1,111

Fe10S11 Pirrot. intermediária 47,62 1,100

Fe11S12 Pirrot. intermediária 47,83 1,091

FeS Troilita 50,00 1,000

MATERIAL TEMPERATURA DOCRU (°C)

VELOCIDADE(m/s)

TAXA DE CORROSÃO(mm/ano)

277 3,3 0,55

310 9,0 0,92AÇO CARBONO

310 19,5 1,35

Taxas decorrosão emfunção datemperaturapor um óleocontendo1,5% deenxofre.

O cromo formaespinélios daforma:

Fe(Fe2-xCrx)S4






CORROSÃO ÁCIDA EM PARADAS

Ocorre durante paradas do forno por períodossuperiores a 10 dias por ácido sulfúrico que seforma por:

1) Hidrólise dos sulfatos de ferro

42224 SOH)OH(FeOH2FeSO +→+

2) Reação da umidade atmosférica com SO3adsorvido nas fulígens

4223 SOHOHSO →+

CORROSÃO ÁCIDA EM PARADAS

PREVENÇÃO

Lavagem e neutralização com barrilha(Na2CO3) quando o forno permanecer paradopor mais de 10 dias.

22424232 COOHSONaSOHCONa ++→+

A lavagem dos tubos da zona deconvecção requer pressões maiselevadas. As aletas retêm finos derefratário e de cinzas.

ALTERAÇÕES METALÚRGICAS

Tubos de fornos sofrem um processo deenvelhecimento com o tempo de operação aalta temperatura

• Até 650 °C: Precipitação fina de carbonetosnos contornos e no interior dos grãosferríticos.

• Entre 650 e 780 °C: Aumenta a precipitaçãode carbonetos formando blocos compactos.

• Acima de 780 °C: Início de austenitização.



Alteração nas propriedades mecânicas

• Limite de resistência: Queda de 5 a 7%

• Dureza

- Face da chama: 128 a 139 Vickers (80 g)

- Face oposta chama: 147 a 151 Vickers (80 g)

FLUÊNCIA

É o acúmulo de deformação plásticaprogressiva em um metal ou liga metálicaquando submetidos a uma tensão constanteou sujeita a pequenas variações.

Efeitos importantes e notáveis emtemperaturas superiores à metade datemperatura de fusão.

Resulta da atuação de diferentesmecanismos que dependem do tipo dematerial, da microestrutura, do campo detensões e da temperatura.

FLUÊNCIA

Resistência a fluência dos aços Cr-Mo

Endurecimento por solução sólida de C,Mo e Cr na matriz ferrítica.

Precipitação de carbonetos de Cr e Mo queimpedem a movimentação de discordâncias eestabiliza o tamanho de grão.

O principal responsável pela resistência afluência é o molibdênio. Forma Mo2Cfinamente dividido na forma de plaquetasou agulhas

Influência domolibdênio naresistência afluência de umaço liga 5% decromo e 0,5%de silício.

FLUÊNCIA

FLUÊNCIA

Efeitos do excesso de temperatura em açosCr-Mo

Queda da resistência a fluência pelaformação de grandes blocos de carbonetosda forma (Fe,Cr)7C3.

Incorporação aos precipitados deelementos em solução sólida formandofases estáveis e fragilizantes.

FLUÊNCIA

Projetos de tubos para serviço em fluênciasegundo API STD 530

Projeto por ruptura: Mandatória para altastemperaturas. Baseado na prevenção defalha por fluência durante a vida útil deprojeto que é de 100.000 h.

Projeto elástico: Válido para condições deoperação dentro do regime elástico.

FLUÊNCIA

Inspeção

Medições periódicas do diâmetro externodos tubos para identificar deformações.

Critério de aceitação segundo API STD 530

Aumento máximo de5% no diâmetroexterno dos tubos

FLUÊNCIA

MATERIAL TIPO OU GRAU TEMPERAT. MÁXIMA (°C)

Aço Carbono B 540

1 ¼ Cr – ½ Mo T11 ou P11 595

2 ¼ Cr – ½ Mo T22 ou P22 650

5 Cr – ½ Mo T5 ou P5 650

9 Cr – 1 Mo T9 ou P9 705

18 Cr – 8 Ni AISI 304 / 304H 815

18 Cr – 10 Ni - Cb AISI 347 / 347H 815

Ni-Cr-Fe Alloy 800H 985

25 Cr – 20 Ni HK-40 1010

Temperaturas limite para os principaismateriais constituintes de serpentinas defornos de acordo com API STD 530

CARBONETAÇÃO / DESCARBONETAÇÃO

Carbonetação

Ocorre na superfície interna ondeprevalecem condições redutoras.

A concentração de carbono diminuirapidamente co a profundidade

Reduz a resistência a corrosão e atenacidade

O carbono forma em blocoscompactos nos contornos de grão

CARBONETAÇÃO / DESCARBONETAÇÃO

Descarbonetação

Ocorre na superfície externa ondeprevalecem condições oxidantes

Ocorre em regiões superaquecidas eem deformações resultantes desuperaquecimento

Causa queda da resistência mecânicae à fluência

FENDILHAMENTO CÁUSTICO

Causado pela soda injetada a jusante dasdessalgadoras

Acredita-se que o fenômeno esteja relacionadocom a liberação de hidrogênio pela reação:

H2FeONaNaOH2Fe 22 +→+∆

Trincas de pouco comprimento com grandeabertura e grande profundidade

Pouco comum em tubos de fornos, mas jáexistem casos relatados

COLUNAS DE REFORMA

São tubos de ligas austeníticas fundidas porcentrifugação formados por 3 ou 4 segmentossoldados

São dispostas em posição vertical e estãosujeitas a pressões e temperaturas elevadas,geralmente acima de 800 °C.

São sustentadas por suportes de mola decarga constante fixados no teto do forno.

COLUNAS DE REFORMA

Esquema de ligação entre uma coluna dereforma e o coletor

COLUNAS DE REFORMA

Materiais usuais

Grau Cr Ni Mo C

HK30 25,00 20,00 0,50 0,30

HK40 25,00 20,00 0,50 0,40

HT30 15,00 35,00 0,50 0,30

CK20 25,00 20,00 0,50 0,12

HP 25,00 20,00

Especificação ASTM A 351

COLUNAS DE REFORMA

Alterações metalúrgicas com a temperaturade operação

Até 500 °C: Matriz austenítica bruta de fusão elivre de precipitados. Carbonetos eutéticosprimários agregados como plaquetas noscontornos das dendritas. Apresenta 20% dealongamento no ensaio de tração a temperaturaambiente.

500 a 600 °C: Coalescimento dos carbonetosprimários em blocos compactos perdendo amorfologia de plaquetas agregadas.

COLUNAS DE REFORMA


Queda de ductilidade com alongamento reduzidopara 2 a 5% à temperatura ambiente.

600 a 800 °C:

Completa-se a formação de blocos compactosde carbonetos primários.

Tem início a formação de carbonetossecundários nos contornos das dendritas.

Precipitação fina de carbonetos secundáriosuniformemente na matriz austenítica.

COLUNAS DE REFORMA


Tendência de recuperação da ductilidade.

800 a 900 °C:

Coalescimento dos carbonetos secundários.

Difusão de carbono para os carbonetosprimários.

Surgimento de uma faixa desprovida decarbonetos secundários ao longo doscontornos das dendritas.

COLUNAS DE REFORMA


900 a 1000 °C:

Coalescimento mais intenso dos carbonetossecundários com redução do número dessaspartículas.

Alargamento da faixa isenta de precipitadosjunto aos carbonetos primários.

COLUNAS DE REFORMA


Acima de 1000 °C:

Carbonetossecundáriosdesaparecem.

Matriz austeníticavolta ao aspectoinicial de estadobruto de fusão.

COLUNAS DE REFORMA

Envelhecimentodo HK40 em umforno dereforma emoperação

COLUNAS DE REFORMA

Deterioração - Metal base

Acumulação de vazios lenticulares de fluêncianos contornos das dendritas.

Inicialmente são aleatórios e restringem-se aoprimeiro terço interno da espessura.

Com o tempo o número de vazios aumenta eformam vazios alinhados nos contornos dasdendritas normais à tensão principal de tração.

Interligação dos vazios formando microtrincaslongitudinais à coluna propagando para asuperfície interna.

COLUNAS DE REFORMA

Deterioração - Soldas

Os vazios tendem a se concentrar na ZTA ou nomeio do cordão.

Surgimento de trincas transversais em virtude datensão de tração aplicada à coluna no sentidoaxial por ação do próprio peso.

A junta mais exposta a acumulação de dano é aprimeira da parte superior da coluna.

As trincas situadas no meio do cordão definemplanos normais em relação à coluna

COLUNAS DE REFORMA

Inspeção não destrutiva

Líquido penetrante: Chanfro das soldas, locaisde transição de forma, soldas de reparo e assoldas dos weldolets com as colunas.

Teste com imã: Identificar carbonetação emtubos de INCOLOY do pigtail e em colunas de HKou HP.

Aumento de diâmetro: Deve ser feito com umcalibre padrão tipo “passa-não-passa”.

Radiografia: Sensível para detectar trincastransversais em juntas soldadas mas ainda nãoexiste um critério de descarte de tubos.

COLUNAS DE REFORMA

Limitações da radiografia para inspeção decolunas de reforma.

Difícil detectar defeitos planares.

Radiação gama, mais prático, tem menorresolução que raios X.

Necessidade de remoção do catalisador dostubos.

Requisitos de proteção radiológica, interrupçãode frentes de serviço.

COLUNAS DE REFORMA


Correntes parasitas:

Baseado nas correntes induzidas no tubo porcampos magnéticos alternados gerados por umabobina excitada por corrente elétrica alternada.

Correntes fluem paralelas ao plano da bobina edecrescem em magnitude com a profundidade.

As correntes geradas dependem daspropriedades do material testado; geometria,permeabilidade magnética e condutividadeelétrica.

COLUNAS DE REFORMA

COLUNAS DE REFORMA


Ultra-som: Ideal para detecção de defeitosplanares em tempo real.

Desvantagens Necessidade de cabeçotesespeciais devido a dificuldadede propagação do som naestrutura bruta de fusão.

Dificuldade de acoplamento docabeçote na superfície rugosados tubos. Requer emprego datécnica de coluna d’água.

COLUNAS DE REFORMA

Tubo padrãocontendoentalhes internospara calibraçãodo ensaio porultra-som emtubos de reforma

COLUNAS DE REFORMA

COLUNAS DE REFORMA

Inspeção destrutiva - METALOGRAFIA

Requer remoção de uma coluna para análise,devendo-se escolher aquela que opera emcondições mais críticas.

Requer complementação com ensaios nãodestrutivos.

O critério de escolha deve ser baseado no tempode vida combinado em alguma propriedade físicado tubo relacionada com o processo dominantede acumulação de dano

COLUNAS DE REFORMA

Critério de avaliação - metal base

COLUNAS DE REFORMA

Critério de avaliação de soldas

NÍVEL B: Vida consumidaigual a 30%.Vazios não alinhadosaleatoriamente distribuídos.

NÍVEL C: Vida consumidaigual a 50%. Vaziosalinhados mas nãointerligados

NÍVEL A: Vida consumidaigual a 0% (tubo novo).Ausência de vazioslenticulares de fluência

COLUNAS DE REFORMA


NÍVEL D: Vidaconsumida 75%.Microtrincas resultantesda interligação devazios alinhadosocupando setoreslimitados do cordão,mas sem alcançar ametade da espessurade parede a partir daraiz da solda.

COLUNAS DE REFORMA


NÍVEL E: Vida extinta.Trincas ocupando amaior parte doperímetro do cordão eque se aproximam ousuperam 2/3 daespessura a partir daraiz da solda.

COLUNAS DE REFORMA

NATUREZA DOS DEFEITOSNÍVEL DEAVALIAÇÃO

NAS SOLDAS NO METAL BASE

PERCENTUAL DA VIDACONSUMIDA

(%)

A Ausência de vazios lenticulares Ausência de vazios lenticulares 0(Tubo novo)

B Vazios aleatoriamentedistribuídos, mas não alinhados

Vazios aleatoriamentedistribuídos, mas não alinhados 30

C Vazios alinhados, mas nãointerligados

Vazios alinhados, mas nãointerligados 50

D

Microtrincas formadas por vaziosalinhados, mas não atingem ametade da espessura da paredea partir da superfície interna.Ocupam setores limitados docordão.

Microtrincas formadas por vaziosalinhados, mas que não atingema metade da espessura daparede a partir da superfícieinterna.

75

E

Trincas que se aproximam ousuperam 2/3 da espessura deparede a partir da raiz da solda.

Ocupam a maior parte doperímetro da junta.

Trincas que alcançam 2/3 daespessura de parede a partir da

superfície interna.

100(vida útilextinta)

Critério de avaliação de colunas - resumo

COLUNAS DE REFORMA

COLUNAS DE REFORMA

COLUNAS DE REFORMA

COLUNAS DE REFORMA

COLUNAS DE REFORMA

PIGTAIL

Compreende o tubo em U, o coletor e seusacessórios.

São especificados em INCOLOY 800H (32Ni-21Cr-46Fe e 0,05 < C < 0,10; pequenasadições de Ti e Al).

Matriz austenítica endurecida por soluçãosólida.

Os tubos em U são fabricados por dobramentoa frio.

Processos de deterioração

Precipitação de TiN, TiC, Cr23C6 e Ni3Al emperíodos prolongados acima de 700 °C.

Trincamento por fluência e fadiga-fluêncianas regiões de granulação fina resultante derecristalização de regiões encruadas;curvas, mudanças abruptas de geometria,etc.

PIGTAIL

Trincas intergranulares que se propagamradialmente da superfície externa para ainterna

Carbonetação pelo gás de processo

Trincas porfluência emcurvaINCOLOY800H. Falhaprematuraapós 7 anosde operação

PIGTAIL

Trincas de fadiga-fluência: Nucleadas emvazios do tipo aresta onde as tensõesatuantes são superiores à pressão interna.

Trincas de fluência pura: Nucleadas em vazioslenticulares predominantes a baixas tensõesresultantes da difusão de átomos ao longo doscontornos de grão. Fluxo de átomos ocorre dasregiões comprimidas para as regiõestracionadas.

PIGTAIL

Características das trincas

PIGTAIL

Recristalização de regiões encruadas pordobramento a frio pode gerar granulação fina.

A taxa de deformação varia inversamente como cubo do tamanho de grão.

Influência do tamanho de grão

A ASTM B 407 especifica um tamanho médiomínimo de grão austenítico igual a 5 para ligasFe-Cr-Ni em serviço sob fluência.

PIGTAIL

Carbonetação

Ocorre pela decomposição de hidrocarbonetose de monóxido de carbono.

CCOCO2 2 +→

24 H2CCH +→

A carbonetação afeta a soldabilidade, aresistência a corrosão, a resistência a fluênciae a permeabilidade magnética da liga.

PIGTAIL

INSPEÇÃO RECOMENDADA

Exame por líquido penetrante em todas ascurvas dos tubos e nas soldas dos weldoletscom a coluna e com o coletor. Os tubos podemser inspecionados por correntes parasitas.

Réplica metalográfica ou metalografia de camponas curvas mais críticas para determinação dotamanho de grão.

Se for detectadas trincas em curvas ou emtrechos retos do tubo em U, todo o tubo deveser substituído, o qual deve ser seccionado afrio junto das reduções.

SKIN POINTS

Devem ser instalados onde são esperadas asmáximas temperaturas de metal.

A inspeção deve recomendar a instalação deskins adicionais onde necessário de acordocom a sua experiência.

Os dispositivos de proteção do termoparinterferem com a transferência de calor local,acarretando erros na leitura.

Existem vários modelos e concepçõesdiferentes.

SKIN POINTS

Detalhes de projeto que devem ser considerados

Ponteira o mais delgada possível e do mesmomaterial do tubo da serpentina.

A solda da ponteira no tubo da serpentina deveser similar.

A ponteira deve ter um comprimento de pelomenos 60 mm antes de se ligar ao tubo protetordo termopar.

O tubo protetor deve ser de material resistente aoxidação.

SKIN POINTS

SKIN POINTS

SKIN POINTS

SKIN POINTS

SKIN POINTS

SKIN POINTS

Inspeção de poços termopares (Deve ser feitaem todas as paradas)

Exame dimensional: Verificar comprimentos,diâmetros, roscas e flanges.

Testes gerais: Verificar resistência ao isolamento,continuidade e polaridade.

Aspectos gerais: Verificar existência de todos oscomponentes, acabamento do poço e da capa deproteção, pintura do cabeçote e limpeza geral.

SKIN POINTS

Para termopares novos adicionalmente deve-severificar:

Identificação: Conferir o TAG e o número daetiqueta de aprovação do controle de qualidadedo fabricante.

Embalagem: Verificar se existe violação daembalagem, peso, nota fiscal, etc.

Certificação: Conferir os certificados solicitadosnos documentos de compra tais como,certificado de qualidade, de calibração, de testes,de matéria-prima, etc .

SUPORTES, ESPELHOS E PENDURAIS

São elementos de fixação e sustentação daserpentina

Trabalham emcontato com osgases quentesda fornalha.

São fixados naestrutura do forno,normalmente nascolunas.


Esquema desuportaçãopor meio desuportes ependurais


Critérios de projeto para suportes e guias deacordo com o API STD 560

Zona de radiação:

Temperatura dos gases de combustão notopo da radiação mais 111 °C, ou 871 °C; oque for maior.

Zona de convecção:

Máxima temperatura dos gases decombustão em contato com o suportemais 56 °C.


Características que os suportes devemapresentar:

Alta resistência a corrosão por sulfatos evanadatos.

Elevada resistência mecânica a altatemperatura.

Elevada resistência a fluência.

Alta resistência a oxidação em temperaturaselevadas.

Alta resistência a sulfetação.


Materiais especificados para suportes,espelhos e pendurais

ESPECIFICAÇÃOMATERIAL

FUNDIDOS CHAPAS

TEMPERATURAMÁXIMA DE PROJETO

(°C)

Aço carbono A 216 WCB A 283 C 427

Ferro fundido A 319 C – Classe III - 649

5Cr-0,5Mo A 217 C5 A 387 Gr 5 649

18Cr-8Ni A 351 CF8 / A 297 HF A 240 TP 304 816

25Cr-12Ni A 447 Tipo II A 240 TP 309 982

25Cr-20Ni A 297 HK A 240 TP 310 1093

50Cr-50Ni-1,5Cb A 560 Cb - 1100


Distribuição detemperaturasno interior dafornalha


PLANO DE INSPEÇÃO DE FABRICAÇÃO PARA SUPORTES FUNDIDOS DE FORNOS

TIPO DE INSPEÇÃO APLICAÇÃO REFERÊNCIAS CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO

Inspeção visual Todos os fundidos Conforme NormaPETROBRAS N-1597

Conforme MSS-SP-55. Osfundidos devem estar

isentos de areia aderida,carepa, trincas, gotas frias

e rechupes.

Líquido penetrante Todos os fundidosConforme norma CCH 70PT-2, classe III ou norma

PETROBRAS N-1596

Conforme ASME VIII – DIVI, apêndice 8, item 8.4

Radiografia

Todos os fundidos. Ospontos a radiografar

podem ser definidos poramostragem.

Conforme guia ASTM E 94

Conforme ASTM E 446.Adotar nível de severidade

III para todas ascategorias de defeitos

Análise Química Corrida Conforme certificado dofornecedor

A composição deveatender aos requisitos dasnormas de especificação

dos materiais

Ensaio de Tração Corrida Conforme ASTM A 370

O limite de resistência, olimite de escoamento e oalongamento devem

atender aos requisitos dasnormas de especificação

dos materiais


TOLERÂNCIAS DIMENSIONAIS

DIMENSÃO FAIXA DEESPESSURA

TOLERÂNCIA

Diâmetro e locaçãodos furos

- ± 2 mm (1/16”)

Maior que 50 mm(2”)

± 3 mm (1/8”)Espessura

Menor que 50 mm(2”)

- 2 mm < espessura< 3 mm

Dimensões totais - ± 2,5 mm por metro

Superfícies usinadas - ± 2,5 mm (1/64”)

Empenamento - 2,5 mm (3/32”)


Resistência a oxidação de ligas para suportes

Depende do teor de cromo.

É melhorada com adições crescentes deníquel.

É reduzida pela presença de fasessecundárias menos resistentes a oxidação;ferrita, fase sigma.

Influência doNi naresistência aoxidação a1000 °C paraligas Fe-Cr-Nicomdiferentesteores de Cr



Suporte em ligaaustenítica dealto cromoapresentandooxidaçãoexcessiva poraltatemperatura


Suportes apresentando oxidaçãoexcessiva por alta temperatura


Fluência: Tensão máxima admissível paracargas estáticas e atrito. O menor valor entre:

100% da tensão média necessária paraproduzir 1% de deformação em 10.000 h.

100% da tensão média necessária paraproduzir ruptura em 10.000 h.

2/3 do limite de escoamento 0,2%.

1/3 do limite de resistência a tração

Deve-se prever um fator de qualidade de 0,8para as tensões admissíveis e sobrespessurapara corrosão de 1,3 mm.

Escape de tubos da serpentina devido a fluênciados suportes


Suportes deformados por fluênciacomparados com suportes novos



Suportes rompidos por fluência


Escape de tubosda serpentinadevido adeformação porfluência dossuportes durantedescontroleoperacional.


Pendural apresentando trinca no olhal de fixação


Deformação dependural porflambagem emdecorrência deempenamentode tubos nadireção vertical


Pendural rompido emvirtude de esforçoexcessivo decorrentede empenamento detubos


Diagrama de fasemostrando oscampos deestabilidade dafase sigma paraligas de cromocontendo 20% deníquel.

FASE SIGMA


SULFETAÇÃO: Ataque aos suportes porgases oxidados de enxofre; SO2, SO3 e H2S.

Taxas normalmente mais elevadas que as deoxidação ao ar e gases de combustão.

H2S é mais agressivo, só existe ematmosferas redutoras.

Para altas pressões parciais de SO2 e SO3ligas de alto níquel são contra-indicadas.

A presença de vapor de água aumenta ataxa de sulfetação.


Oxidação do AISI 302 em SO2 a 898 ºCpor 24 horas

Oxidação do AISI 302 em SO2 a 898 ºC por 24 horas

Composição do meio Ganho de peso (mg/cm2)

Atmosfera livre de SO2 46

Atmosfera + 2% de SO2 113

Atmosfera + 5% de SO2 + 5% de H2O 358

REFRATÁRIO

Deterioração de refratário

De natureza Mecânica

Trincas, lascamentos, erosão

De natureza Química

Ataque por compostos de enxofre

Ataque por vanadatos

Ataque por CO

REFRATÁRIO

EROSÃO: É o desgaste causado por incidênciade partículas sólidas finamentedivididas transportadas a altavelocidade e com granulometriainferior ao agregado erodido.

Ocorre em locais com restrição de área ouem pontos com mudanças abruptas degeometria e de direção; entrada de chaminé,damper, dutos de gases, etc.

Óleos contendocatalisador de UFCCsão mais erosivos

REFRATÁRIO

A taxa de desgaste por erosão varia com:

Tamanho médio das partículas

Dureza das partículas

Velocidade

Ângulo de incidência

REFRATÁRIO

Inspeção de refratário erodido

Inspeção visual

Técnica: Fazer furoscom broca fina eavaliar a espessuracom um eletrodo desolda. Encher osfuros com manta.Remoção total e aplicação

de novo revestimento casoo desgaste comprometa1/3 ou mais da espessuratotal

Cuidado com guiasde suportes e deapoio

REFRATÁRIO

REFRATÁRIO

REFRATÁRIO

REFRATÁRIO

REFRATÁRIO

REFRATÁRIO

Trincas e Lascamentos

Resulta do elevado gradiente térmico entrea face fria e a face quente.

Face quente: Tende a expandirsob compressão.

Face fria: Tende a contrairsob esforço de tração.

O refratário não possui elasticidade

REFRATÁRIO

Técnica de Inspeção

Trincas superficiais podem ser medidas pormeio de escala milimétrica para avaliação daprofundidade, largura, comprimento edistribuição.

Trincas não superficiais podem serlocalizadas pelo teste de percussão com ummartelo de bola de 250 g. Se houver trincas osefeitos sonoros serão diferentes de umaregião para outra.

REFRATÁRIO

Critério de aceitação

A N-1617 recomenda efetuar oreparo caso a trinca superficialatender pelo menos uma dasseguintes condições:

Largura superior a 5 mm, profundidade superior a 1/3 daespessura original e comprimento superior a 1 m.

Largura superior a 3 mm, profundidade passante ecomprimento superior a 1 m.

Largura superior a 4 mm, profundidade superior a 1/3 daespessura original independente do comprimento.

REFRATÁRIO

Ataque por compostos de enxofre a altatemperatura

O agregado possui elevada estabilidadequímica e refratariedade.

O constituinte que sofre ataque é o cimentoligante de aluminato de cálcio (CaAl2O4).

Os agentes agressivos são SO2, SO3 e O2

O refratário torna-se friável e desintegra-sefacilmente. É progressivo com o tempo.

REFRATÁRIO

Ataque do aluminato de cálcio pelo SO3

Ataque do aluminato de cálcio pelo SO2 e O2,condição favorecida pelo excesso de ar.

324342 OAlCaSOSOOCaAl +→+

3242242 OAl2CaSO2OSO2OCaAl2 +→++

REFRATÁRIO

REFRATÁRIO

REFRATÁRIO

REFRATÁRIO

REFRATÁRIO

Ataque do aluminato de cálcio pelo H2SO4

Ataque por compostos de enxofre a baixatemperatura

OHOAlCaSOSOHOCaAl 23244242 ++→+

REFRATÁRIO

Ataque por cinzas

Depósitos de cinzas contendo vanádio sãodestrutivos para refratários sílico-aluminosossujeitos a temperaturas elevadas.

Os sulfatos e vanadatos atacam o cimento dealuminato de cálcio formando escórias de baixoponto de fusão.

A escória líquida é absorvida pelo refratáriocausando lascamentos na camada externa alémde mudar as características físicas deste.

REFRATÁRIO

FIBRAS CERÂMICAS

Vantagens das fibras em relação ao refratário

Baixo peso

Imunidade contra choques térmicos

Facilidade de instalação

Baixo custo relativo

Alta refletividade

FIBRAS CERÂMICAS

Deterioração de fibras cerâmicas

Recristalização:

Ocorre nas fibras da face quente de fibras sílico-aluminosas em temperaturas superiores a 950 °C.

Diminui a refratariedade e aumenta acondutividade térmica da manta.

O primeiro produto de recristalização é a mulita(3Al2O3.2SiO2) e o segundo a cristobalita.

FIBRAS CERÂMICAS

Deterioração de fibras cerâmicas

Redução da sílica:

Pode ocorrer em atmosferas redutoras contendohidrogênio.

Depende da temperatura e da pressão. Só ésignificativa acima de 1150 °C em pressõesordinárias. Em baixas pressões ou vácuo podecomeçar a ocorrer a 900 °C.

O SiO produzido é gasoso e sofre novareoxidação na face fria.

FIBRAS CERÂMICAS

Redução da sílica:

É notada por uma perda de peso na face quente epor um aumento equivalente de peso na face fria.

OHSiOHSiO 2)g()g(22 +→+

Reoxidação na face fria

2242 H2SiO)OH(SiOH4SiO2 ++→+

262 H3)OH(SiOOH6SiO +→+

Redução na face quente

FIBRAS CERÂMICAS

Ataque por vanadatos:

O vanádio é o principal agente agressivo na formamais de V2O5 ou de vanadato de sódio Na2O.V2O5.O primeiro funde-se a 675 °C e o vanadato a 630°C.

Estes compostos fundidos reagem com as fibrasna face quente formando uma crosta dura eaderente.

São necessárias substituições periódicas domaterial em contato com a face quente.

QUEIMADORES

Funções do queimador:

Introduzir continuamente o combustível e o ardentro da fornalha.

Manter a combustão dentro dos parâmetrosnecessários para uma boa queima.

Dar forma à chama evitando incidência nos tubos,refratário e suportes.

Garantir que todo o combustível introduzido nafornalha seja completamente queimado.

QUEIMADORES

Especificação de materiais

ITEM / LOCAL MATERIAIS OBSERVAÇÕES

Partes em contato com oar aquecido e livre deincidência de chama

Aço carbono x

Partes com temperaturassuperiores a 500 °C

Aços austeníticos AISI304 / 310 exceto 316

Precipitação de fasesigma e maior tendênciaa empenamentos

Temperaturas acima de800 °C e/ou locaissujeitos a incidênciadireta da radiação

Revestimento refratário

Sujeito a trincas,lascamentos e ataque porgases oxidados deenxofre.

Bicos atomizadores

Aços inoxidáveisausteníticos,martensíticos (ASTM A681 tipo D2) e 50Cr-50Ni

Aços martensíticos paracondições erosivas e A560 / 50Cr-50Ni quandoatacados por cinzas

QUEIMADORES

Avarias em bicos de queimadores

Desgaste dos furos

Trincas

Oxidação

Corrosão por cinzas

TRINCAS EM BICOS DE QUEIMADORES

QUEIMADORES

Inspeção dos bicos. Deve ser feita antes dequalquer limpeza.

ITEM INSPEÇÃO OBSERVAÇÕES

Orifícios de descarga

Verificar se existemdepósitos de carbono oude óleo ao redor dosorifícios

Se houver é indício deposicionamento do bicomuito baixo em relaçãoao bloco primário oubaixa vazão ou baixapressão de vapor deatomização.

Orifícios de vapor doatomizador

Devem estar limpos econcêntricos, semcorrosão ou erosão.Labirintos de selagemdevem estar limposlongitudinalmente.

Se houver labirintos deselagem estes devemestar limpos no sentidolongitudinal.

Conjunto atomizador,tubo e bico

Verificar na montagem doconjunto se o atomizadorestá com o ajuste correto,mesmo quando novo

Caso contrário ocorrerá“by pass” do vapor

QUEIMADORES

Oxidação em bicos de queimadores

Ocorre no interior dosorifícios causandoalargamento destes eobstrução pelo óxidoformado.

Oxidação por cinzas

Oxidação por gases de combustão

2322 H3OFeOH3Fe2 +→+

Oxidação pelo vapor

QUEIMADORES

Oxidação em bicos - Fatores que influenciam

Teor de vanádio do combustível.

Presença de gases oxidados de enxofre

Presença de fases secundárias com menorresistência a oxidação na liga usada na confecçãodos bicos

Presença de cloretos e vapor de água

QUEIMADORES

Microestrutura deum bico em AISI 310(25Cr-20Ni) junto àsuperfície. Oxidaçãopreferencial da faseferrítica (em branco)deixando uma matrizaustenítica (cinzaclaro) porosa

QUEIMADORES

Seção do diagrama Fe-Cr-Ni para 20% deníquel mostrando oscampos deestabilidade da ferrita(αααα) e sigma (σσσσ).Observe que para aliga contendo 25%Cr aferrita é estável acimade 900 °C.

QUEIMADORES

Microestrutura de umbico em AISI 310 apósdois anos de operaçãoem temperaturaspróximas de 900 °C.Nota-se uma grandequantidade de ferrita esigma precipitadasnos contornos e nointerior dos grãosausteníticos

QUEIMADORES

Microestrutura de umbico em AISI 310 apósdois anos de operaçãoem temperaturaspróximas de 900 °C. Nota-se grande quantidade deferrita e fase sigmaprecipitadas noscontornos e no interiordos grãos austeníticos

QUEIMADORES

QUEIMADORES

QUEIMADORES

QUEIMADORES

QUEIMADORES

Funções dos blocos difusores

Gerar uma zona quente para favorecer o início dacombustão.

Criar a turbulência necessária para que a queimaocorra de maneira satisfatória.

Separar a câmara quente da fornalha da parteinterna do queimador.

Criar zonas de baixa velocidade para garantir quea velocidade da mistura ar/combustível sejainferior à velocidade de propagação da chama.

QUEIMADORES

Causas de trincamento e desintegração deblocos difusores

Lança mal posicionada em relação ao bloco: O jato de óleopassa a incidir sobre este gerando coque e gotejamento deóleo. A ignição do óleo provoca a desintegração do bloco.

Posicionamento excêntrico do bloco: O posicionamentoconcêntrico é fundamental para uma distribuição uniforme do are um formato de chama simétrico. Caso contrário poderá havertrincas ou desintegração por aquecimento diferencial.

Material de má qualidade: Os blocos refratários difusores devemser sempre adquiridos do fabricante. A fabricação desses blocosna própria UN não é recomendável.

Choque térmico: Pode ocorrer em condições de trip do forno ouem paradas de emergência.

QUEIMADORES

Lança mal posicionada em relação ao bloco

QUEIMADORES

Inspeção de queimadores

Conferir o número de cada item com o número fornecido nodesenho do queimador pelo fabricante.

Verificar se o comprimento da lança a ser inserido para dentrodo queimador está conforme o desenho.

Verificar se o alinhamento e montagem das linhas de óleo ede vapor para a lança segue o sentido indicado no desenho.

Verificar se todas as gaxetas foram substituídas. As gaxetasdevem ser substituídas toda vez que o queimador sai paramanutenção; é uma forma de evitar possíveis vazamentos.

Verificar se as virolas estão funcionando corretamente e senão existem palhetas empenadas.

QUEIMADORES

QUEIMADORES

SOPRADORES DE FULÍGEM

Tipos de ramonadores

Rotativos Fixos: As lanças ficam em contatopermanente com os gases de combustão.Especificados para fornos com baixos teores devanádio e enxofre.

Rotativos retráteis: A lança é retraída para fora daseção de convecção após cada ciclo deramonagem, só ficando exposta por curtosperíodos de tempo.

QUEIMADORESSOPRADORES DE FULÍGEM

QUEIMADORESSOPRADORES DE FULÍGEM

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Inspeção de Fornos