-PBLICO-
N-466
REV. J
07 / 2011
Projeto de Trocador de Calor Casco e Tubo
ProcedimentoEsta Norma substitui e cancela a sua reviso
anterior. Cabe CONTEC - Subcomisso Autora, a orientao quanto
interpretao do texto desta Norma. A Unidade da PETROBRAS usuria
desta Norma a responsvel pela adoo e aplicao das suas sees, subsees
e enumeraes.
CONTECComisso de Normalizao Tcnica
Requisito Tcnico: Prescrio estabelecida como a mais adequada e
que deve ser utilizada estritamente em conformidade com esta Norma.
Uma eventual resoluo de no segui-la (no-conformidade com esta
Norma) deve ter fundamentos tcnico-gerenciais e deve ser aprovada e
registrada pela Unidade da PETROBRAS usuria desta Norma.
caracterizada por verbos de carter impositivo. Prtica Recomendada:
Prescrio que pode ser utilizada nas condies previstas por esta
Norma, mas que admite (e adverte sobre) a possibilidade de
alternativa (no escrita nesta Norma) mais adequada aplicao
especfica. A alternativa adotada deve ser aprovada e registrada
pela Unidade da PETROBRAS usuria desta Norma. caracterizada por
verbos de carter no-impositivo. indicada pela expresso: [Prtica
Recomendada]. Cpias dos registros das no-conformidades com esta
Norma, que possam contribuir para o seu aprimoramento, devem ser
enviadas para a CONTEC - Subcomisso Autora. As propostas para
reviso desta Norma devem ser enviadas CONTEC Subcomisso Autora,
indicando a sua identificao alfanumrica e reviso, a seo, subseo e
enumerao a ser revisada, a proposta de redao e a justificativa
tcnico-econmica. As propostas so apreciadas durante os trabalhos
para alterao desta Norma. A presente Norma titularidade exclusiva
da PETRLEO BRASILEIRO S.A. - PETROBRAS, de uso interno na
PETROBRAS, e qualquer reproduo para utilizao ou divulgao externa,
sem a prvia e expressa autorizao da titular, importa em ato ilcito
nos termos da legislao pertinente, atravs da qual sero imputadas as
responsabilidades cabveis. A circulao externa ser regulada mediante
clusula prpria de Sigilo e Confidencialidade, nos termos do direito
intelectual e propriedade industrial.
SC - 02Caldeiraria
ApresentaoAs Normas Tcnicas PETROBRAS so elaboradas por Grupos
de Trabalho - GT (formados por Tcnicos Colaboradores especialistas
da Companhia e de suas Subsidirias), so comentadas pelas Unidades
da Companhia e por suas Subsidirias, so aprovadas pelas Subcomisses
Autoras - SC (formadas por tcnicos de uma mesma especialidade,
representando as Unidades da Companhia e as Subsidirias) e
homologadas pelo Ncleo Executivo (formado pelos representantes das
Unidades da Companhia e das Subsidirias). Uma Norma Tcnica
PETROBRAS est sujeita a reviso em qualquer tempo pela sua
Subcomisso Autora e deve ser reanalisada a cada 5 anos para ser
revalidada, revisada ou cancelada. As Normas Tcnicas PETROBRAS so
elaboradas em conformidade com a Norma Tcnica PETROBRAS N-1. Para
informaes completas sobre as Normas Tcnicas PETROBRAS, ver Catlogo
de Normas Tcnicas PETROBRAS. . PROPRIEDADE DA PETROBRAS 25 pginas,
ndice de Revises e GT
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N-4661 Escopo
REV. J
07 / 2011
1.1 Esta Norma complementa a ISO 16812:2007 e fixa as condies
exigveis para o projeto mecnico, seleo de material, fabricao,
inspeo e condicionamento de trocador de calor tipo casco e tubo.
Esta Norma complementa tambm a PETROBRAS N-253.
1.2 Para efeito desta Norma a designao trocador de calor casco e
tubo abrange os trocadores de calor de modo geral, mais os
aquecedores, resfriadores, refervedores e outros aparelhos de troca
de calor com casco e feixe tubular.
1.3 Esta Norma no aplicvel para condensadores de superfcie
operados com vcuo e aquecedores de gua de caldeira (BFW).
1.4 Esta Norma se aplica a procedimentos iniciados a partir da
data de sua edio.
1.5 Esta Norma contm Requisitos Tcnicos e Prticas
Recomendadas.
2 Referncias NormativasOs documentos relacionados a seguir so
indispensveis aplicao deste documento. Para referncias datadas,
aplicam-se somente as edies citadas. Para referncias no datadas,
aplicam-se as edies mais recentes dos referidos documentos.
PETROBRAS N-253 - Projeto de Vaso de Presso; ABNT NBR 8402 - Execuo
de Caracter para Escrita em Desenho Tcnico; ISO 16812:2007 -
Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries -
Shell-and-Tubes Heat Exchanger; ISO 23251 - Petroleum,
Petrochemical and Natural Gas Industries - Pressure-Relieving and
Depressuring Systems; ASME B1.1 - Unified Inch Screw Threads (UN
and UNR Thread Form); ASME BPVC - Section II - Part A-1 - SA-263 -
Stainless Chromium Steel-Clad Plate; ASME BPVC - Section II - Part
A-1 - SA-264 - Stainless Chromium-Nickel Steel-Clad Plate; ASME
BPVC - Section II - Part A-1 - SA-265 - Nickel and Nickel-Base
Alloy-Clad Steel Plate; ASME BPVC - Section II - Pat A-1 -
SA-450/SA-450M - General Requirements for Carbon, Ferritic Alloy,
and Austenitic Alloy Steel Tubes; ASME BPVC - Section II - Part A-1
- SA-578/SA-578M - Straight-Beam Ultrasonic Examination of Rolled
Steel Plates for Special Applications; ASME BPVC - Section VIII -
Division 1:2009 - Boiler and Pressure Vessel Code - Section VIII -
Pressure Vessels - Division 1 - Rules for Construction of Pressure
Vessels; ASME BPVC - Section VIII - Division 2:2009 - Boiler and
Pressure Vessel Code - Section VIII - Rules for Construction of
Pressure Vessels - Division 2: Alternative Rules; ASME BPVC -
Section IX - Boiler and Pressure Vessel Code - Section IX -
Qualification Standard For Welding and Brazing Procedures, Welders,
Brazers, and Welding and Brazing Operators Welding and Brazing
Qualifications; 2
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N-466
REV. J
07 / 2011
ASME PCC-1:2010 - Guidelines for Pressure Boundary Bolted Flange
Joint Assembly; ASTM A262 - Standard Practices for Detecting
Susceptibility to Intergranular Attack in Austenitic Stainless
Steels; ASTM E140 - Standard Hardness Conversion Tables for Metals
Relationship Among Brinell Hardness, Vickers Hardness, Rockwell
Hardness, Superficial Hardness, Knoop Hardness, and Scleroscope
Hardness; ASTM E309 - Standard Practice for Eddy-Current
Examination of Steel Tubular Products Using Magnetic Saturation;
ASTM F436 - Standard Specification for Hardened Steel Washers; TEMA
- Standards of Tubular Exchanger Manufacturers Association.
3 Termos e DefiniesPara os efeitos deste documento aplicam-se os
termos e definies ASME BPVC - Section VIII - Division 1:2009,
Apndice 3 e na ISO 16812:2007 e os seguintes. da
3.1 clad revestimento metlico anti-corrosivo. Pode ser obtido
atravs dos processos de co-laminao, exploso ou depsito de solda
3.2 presso diferencial mxima diferena entre as presses aplicadas
no lado do casco e dos tubos
3.3 tratamento trmico de alvio de tenses tratamento trmico com o
objetivo de aliviar as tenses residuais de soldagem, realizado
conforme o ASME BPVC - Section VIII - Division 1:2009
3.4 feixe tubular considera-se o feixe tubular composto por
tubos, espelhos, conjunto flutuante, chicanas, tirantes, porcas,
chapa quebra-jato, barras de deslizamento e barras de selagem
3.5 tubo bimetlico tubo composto de dois outros tubos extrudados
em material diferente
3.6 solda de resistncia para a ligao tubo-espelho solda em que a
sua resistncia superior quela do tubo, ou seja, o tubo deve ser o
ponto de falha no caso de um ensaio de arrancamento
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-PBLICO-
N-4664 Smbolos e Abreviaturas ASME BFW ISO PMTA TTAS
REV. J
07 / 2011
TTAT US
- American Society of Mechanicals Engineers; - Boiler Feed
Water; - International Organization for Standardization; - Presso
Mxima de Trabalgo Admissvel; - Tratamento Trmico aps Soldagem.
Inclui quaisquer tratamentos trmicos aps a soldagem, tais como de
hidrogenao, tratamento trmico para alvio de tenses, dentre outros;
- Tratamento Trmico de Alvio de Tenses; - Ensaio de Ultrassom.
5 Condies Gerais5.1 Requisitos Tcnicos para Proposta e Projeto
Os requisitos tcnicos considerados como mnimos necessrios para
proposta e projeto de trocador de calor devem estar de acordo com a
ISO 16812:2007, itens 5 e 6.
5.2 Responsabilidade do Projetista 5.2.1 As responsabilidades do
projetista so definidas na PETROBRAS N-253.
5.2.2 Nos casos em que a PETROBRAS fornea a Folha de Dados, o
desenho bsico de arranjo e de dimenses gerais, a especificao tcnica
ou outro documento especfico para o trocador de calor, os projetos
mecnico e trmico devem estar inteiramente de acordo com esses
documentos que devem prevalece sobre esta Norma. Quaisquer
divergncias ou alternativas propostas s devem ser aceitas depois de
expressamente aprovadas pela PETROBRAS.
5.3 Tipos de Trocador
5.3.1 Como indicado na ISO 16812:2007, os trocadores de calor
casco e tubo devem obedecer aos tipos padronizados pela TEMA. Para
os casos que no se enquadrarem em um dos tipos padronizados, deve
ser preparado uma descrio e desenhos com detalhes completos.
5.3.2 Deve ser submetido aprovao prvia da PETROBRAS o uso do
casco TEMA tipo F (com 2 passes no casco) nos casos em que: a) a
variao da temperatura no lado do casco for superior a 190 C para os
trocadores convencionais ou 50 C para o caso do carretel TEMA tipo
D, com a presso alta do lado dos tubos e presso baixa no lado do
casco; b) a perda de presso no lado do casco for superior a 49 kPa
(0,5 kgf/cm2). NOTA Para permitir a anlise, antes de qualquer
liberao para uso do casco tipo F, o projetista deve providenciar e
submeter PETROBRAS: a) anlise de vazamento trmico e fsico atravs da
chicana longitudinal; b) anlise da possibilidade de distoro dos
flanges principais e de vazamento devido aos gradientes trmicos de
operao e eventual restrio livre dilatao do casco, tal como o efeito
banana (banana effect) no casco.
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-PBLICO-
N-4665.4 Projeto Mecnico
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07 / 2011
O projeto mecnico dos trocadores de calor deve ser elaborado de
acordo com o ASME BPVC - Section VIII - Division 1:2009, com a
PETROBRAS N-253, assim como a classe R da TEMA, onde aplicvel. O
projeto de acordo com as classes B ou C da TEMA necessita da
aprovao prvia da PETROBRAS.
6 Critrios de Projeto6.1 Presso
6.1.1 A presso de projeto ASME BPVC - Section VIII - Division
1:2009.
deve
ser
determinada
conforme
o
6.1.2 Exceto quando expressamente aceito pela PETROBRAS, nenhuma
parte do trocador deve ser projetada para presso diferencial.
6.1.2.1 Quando o trocador for projetado para presso diferencial
deve ser previsto um sistema de segurana (PSV ou disco de ruptura)
que garanta que esta condio de projeto nos componentes solicitados
simultaneamente pela presso do lado do casco e do lado dos
tubos.
6.1.2.2 Deve ser utilizada uma placa de advertncia em trocador
projetado para presso diferencial. A indicao de projeto para presso
diferencial deve constar tambm na placa de identificao do
trocador.
6.2 Temperatura
6.2.1 A temperatura de projeto deve ser determinada conforme ISO
16812:2007.
6.2.2 A temperatura para determinao da tenso admissvel de
parafusos, estojos, porcas e juntas deve ser a mesma do respectivo
flange. Para os flanges de ligao do carretel com o casco (ou do
carretel com o espelho e o casco) a temperatura de determinao da
tenso admissvel dos estojos deve ser a maior temperatura entre o
flange do casco e o flange do carretel.
6.2.3 A temperatura de projeto do espelho deve ser baseada na
temperatura do fluido mais quente, exceto quando indicado em
contrrio.
6.2.4 No caso de trocadores com mais de 1 casco em srie, devem
ser estabelecidas temperaturas de projeto diferentes para cada
casco, em funo das temperaturas de operao de cada um.
6.2.4.1 Esse critrio no precisa ser observado quando a diferena
de temperatura entre os diversos cascos no resultar em: a)
materiais diferentes; ou b) diferentes tenses admissveis; ou c) uso
de junta de expanso.
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N-466
REV. J
07 / 2011
6.2.4.2 Especial cuidado deve ser tomado quando a diferena de
temperatura entre os lados (casco e tubos) levar a uma seleo de
material que acarrete juntas soldadas em materiais diferentes.
Neste caso, devem ser considerados aspectos relativos fabricao do
equipamento, tais como soldabilidade e TTAS.
6.3 Outros Critrios
6.3.1 As tenses adicionais devidas aos pesos ou oriundas de
dilatao trmica diferencial devem sempre ser levadas em considerao
nos diversos componentes, tais como flanges principais, conjunto
flutuante e espelhos. Para estes componentes, o efeito de distoro e
o carregamento externo associado devem ser considerados na avaliao
do risco de vazamento. O critrio requerido para verificao do
carregamento externo o do ASME BPVC - Section VIII - Division
2:2009, pargrafo 4.16.
6.3.2 Sempre que a mxima diferena de temperatura de operao entre
a entrada e a sada de fluido ultrapassar 200 C, seja do lado dos
tubos ou do lado do casco, o projetista deve apresentar a memria de
clculo considerando o efeito de distoro dos flanges principais,
conjunto flutuante e espelhos.
6.3.3 As tenses adicionais devidas aos carregamentos diversos da
presso, tais como peso prprio e/ou tenses secundrias induzidas por
gradiente trmico devem ser consideradas principalmente sobre os
suportes e bocais, no projeto mecnico dos trocadores,
principalmente naqueles que tenham mais de 1 casco ligados
diretamente entre si. O fabricante deve solicitar PETROBRAS os
carregamentos de vento e as cargas oriundas do clculo de
flexibilidade das tubulaes conectadas aos bocais do trocador.
6.3.4 Os trocadores, que forem iguais entre si ou de mesmo tipo,
devem ter o maior nmero possvel de peas intercambiveis. Em
particular deve ser previsto que o feixe tubular e o anel de teste
sejam intercambiveis com outros trocadores, sempre que
economicamente possvel.
6.3.5 O projetista deve dimensionar mecanicamente o trocador
considerando os diversos carregamentos durante a montagem e
iamento. O fabricante deve apresentar o plano de iamento e indicar
o centro de gravidade do trocador.
6.3.6 Ao contrrio do indicado na ISO 16812:2007, os trocadores
verticais devem ser projetados de forma que os feixes tubulares
sejam removveis pela parte de cima dos equipamentos ou que existam
meios para remover os feixes na posio horizontal.
6.3.7 O efeito de sobre-presso decorrente de uma eventual
ruptura de tubo deve ser previsto no dimensionamento do trocador
(ver ISO 23251).
7 Materiais7.1 Para todas as partes em contato com ambos os
fluidos (exemplo: tubos, espelhos e tampo flutuante) a seleo do
material deve ser baseada na corrosividade de cada um dos fluidos
em relao aquele material e tambm a tenacidade deste material
(necessidade de ensaio de impacto) com relao temperatura mais baixa
possvel, consideradas as condies de operao, partida e parada da
unidade, alm do teste hidrosttico.
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7.2 O material do feixe tubular deve ser compatvel com o
material dos espelhos, no formando par galvnico.
7.3 Deve ser usado tubo sem costura para troca trmica (exemplo
em ao carbono: SA 179) nos servios onde o flange do bocal seja
classificado como de classe de presso igual ou maior que 600.
7.4 Quando a ligao tubos x espelho for com solda de resistncia
(strength-welded), os tubos devem ser sem costura e devem ser
testados hidrostaticamente pelo fabricante dos tubos, conforme ASME
BPVC - Section II - Part A-1 - SA-450/SA450M;
7.5 Os tubos com costura (exemplo em ao carbono: SA-214) quando
usados para servios corrosivos ou para temperaturas superiores a
200 C devem ser testados hidrostaticamente (ASME BPVC - Section II
- Part A-1 - SA-450/SA450M) ou por corrente parasita (eddy
current), conforme ASTM E309.
7.6 A colocao de revestimento anti-corrosivo no-metlico no
interior do casco, s admitida excepcionalmente, quando
expressamente autorizado pela PETROBRAS.
7.7 Os espelhos s devem ter revestimento anti-corrosivo
(inclusive com construo com chapa cladeada) do lado dos tubos, isto
, do lado onde feita a mandrilagem ou a solda da extremidade dos
tubos. O revestimento anti-corrosivo pelo lado do casco s permitido
quando expressamente autorizado pela PETROBRAS, contrariamente ao
indicado na ISO 16812:2007.
7.8 Chapas cladeadas segundo as ASME BPVC - Section II - Part
A-1 - SA-263, ou SA-264 ou SA-265 so consideradas aprovadas, desde
que atendam o requisito de ensaio de cisalhamento (shear strength
test) indicado nestas normas e tambm ao Ensaio de Ultrassom (US) de
acordo com a ASME BPVC - Section II - Part A-1 - SA-578/SA578M,
nvel A.
7.9 Conforme definido na ISO 16812:2007, o clad (incluindo o
depsito por solda) deve ser considerado somente como proteo contra
corroso. No deve ser considerado como elemento resistente aos
esforos mecnicos.
7.10 A sobreespessura de corroso especificada deve ser
adicionada s faces fmeas (flanges tipo macho e fmea) e s ranhuras
(flange tipo lingeta e ranhura).
7.11 Os parafusos, estojos e porcas internos que esto em contato
com o fluido, tais como o do conjunto flutuante, devem ser de
material seguramente resistente corroso pelo fluido.
7.11.1 Quando houver a possibilidade de corroso sob tenso nos
estojos de ao carbono deve ser especificado controle de dureza, se
necessrio com tratamento trmico. Por exemplo, o estojo SA-193 Gr
B7M.
7.11.2 Para evitar o engripamento dos estojos e porcas de ao
inox austentico devido ao efeito galling, o projetista deve
preveni-lo atravs do uso de lubrificantes adequados nos estojos,
caso permitido pela temperatura, ou atravs da seleo de materiais
adequados (porcas ou estojos) para uso em temperaturas mais
altas.
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N-466
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7.11.3 No caso de trocadores tipo 1) Breech Lock Closur e ou
Screw Plug Closure, onde ambos os lados so sujeitos alta presso
(tipo HH), o projetista deve atender ao 6.2.4.2, onde a seleo de
material pode provocar uma solda dissimilar que deve ser verificada
quanto sua soldabilidade e tratamentos trmicos.
8 Casco e Carretel8.1 Para os trocadores que o fluido do lado
dos tubos exija um revestimento anti-corrosivo, ele deve se
estender em todo o contorno dos rasgos de encaixe dos divisores de
passe e em toda a rea de assentamento da junta de vedao.
8.2 Para facilitar a extrao do feixe tubular, devem ser
providenciados os seguintes itens: a) trilhos de deslizamento
quando o casco for revestido; b) barras de deslizamento (skid bars)
presas nas chicanas, sempre que o peso do feixe ultrapassar 29,5 kN
(3 000 kgf); c) trilhos e barras de deslizamento: no caso do feixe
tubular ultrapassar 53,6 kN (5 450 kgf).
8.3 Para facilitar o uso de extratores hidrulicos de feixe
tubular, deve ser previsto no carretel TEMA tipo D (tais como o
Screw Plug ou Breech Lock Closure ) um apoio soldado ao carretel
para permitir a fixao do dispositivo extrator (ver Figura 1).
Figura 1 - Apoio Soldado ao Carretel Breech Lock Closure 9
Flanges Principais
9.1 A carga final aplicada aos estojos, necessria para garantir
a vedao, deve ser considerada para o dimensionamento da ligao
flangeada. Elevadas cargas aplicadas aos estojos so permitidas, por
exemplo, pelo ASME PCC-1:2010. Esta carga elevada deve ser limitada
pela menor dentre aquelas que:
1)
marca registrada da Koch Heat Transfer Company, S.R.L., sendo um
exemplo adequado de um produto comercialmente disponvel. Esta
informao dada para facilitar aos usurios desta Norma e no constitui
um endosso por parte da PETROBRAS ao produto citado. Podem ser
utilizados produtos equivalentes, desde que conduzam aos mesmos
resultados.
Breech Lock Closure
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a) danificam a junta de vedao, ou b) ultrapassam a rigidez do
flange, ou c) provocam escoamento dos estojos na condio de
temperatura de operao.
9.2 As juntas de vedao do tipo dupla camisa no devem ser usadas
quando houver uma dilatao trmica diferencial entre os flanges que
possa promover movimento radial relativo entre as partes em
contato. A junta de vedao do tipo dupla camisa tem pouca resistncia
a este esforo de cisalhamento. 9.3 Exceto quando especificado de
outra forma, recomenda-se que as juntas de vedao para todos os
flanges principais (girth flanges) devem ser selecionadas conforme:
[Prtica Recomendada] a) para classes de presso de 150 a 300
inclusive, com temperatura de projeto entre 15 C e 250 C: junta do
tipo dupla camisa de ao carbono com insero de grafite flexvel para
flanges do tipo macho e fmea; b) para classes de presso 150 e 300
inclusive, com temperatura inferior a 15 C ou superior a 250 C ou
classe de presso 400 e 600, para qualquer temperatura de projeto:
junta do tipo dupla camisa de ao inox austentico com insero de
grafite flexvel para flanges do tipo macho e fmea; c) para classes
de presso 600 operando com vapor d'gua ou classes de presso 900# ou
mais altas, para qualquer temperatura de projeto: junta metlica
macia serrilhada para flanges com face do tipo "tongue/groove".
Neste caso, o material da junta no deve formar par galvnico com o
flange e sua dureza deve ser inferior dureza da face do flange.
Deve ser especificado o grafite para alta temperatura (grafite HT)
ou mica no caso de temperaturas de projeto superiores a 500 C.
9.4 O dimetro mnimo dos estojos e parafusos dos flanges deve ser
de 3/4 ". Todas as roscas devem ser conforme ASME B1.1 classe 2A,
exceto quando especificado em contrrio. Os furos para os parafusos
devem ser classe 2B e devem ser broqueados e as superfcies de
assentamento das porcas nos flanges devem ser usinadas com
acabamento mnimo de rugosidade mdia mxima de 0,003 mm (125
microinches). A furao dos flanges deve ser simtrica em relao s
direes N-S ou E-O de projeto e vertical. NOTA Recomenda-se o uso de
arruelas temperadas e endurecidas para as porcas (hardened steel
washers - ASTM F436 type 3). [Prtica Recomendada]
9.5 Caso seja prevista a utilizao de dispositivo do tipo
"tensionador hidrulico" (bolt-tightening device) para o aperto dos
estojos, deve ser indicado que o comprimento dos estojos seja tal
que permita a atracao do dispositivo. Recomenda-se a utilizao do
dispositivo para estojos com dimetro superior a 2 (50 mm). [Prtica
Recomendada]
10 Espelhos10.1 Os espelhos devem ser fabricados de chapa ou
preferencialmente construdos forjados. O uso de chapas soldadas
deve ser previamente aprovado pela PETROBRAS.
10.2 A solda de ligao entre os espelhos soldados ao casco ou ao
carretel deve ser de penetrao total. As figuras do ASME BPVC -
Section VIII - Division 1:2009, figuras UW-13.2 (g) e (l) no so
permitidas. No so recomendadas as figuras (b), (d) e (j), pois
podem apresentar falta de penetrao, deixando um entalhe durante a
soldagem.
10.3 O espelho soldado ao casco ou ao carretel deve seguir as
figuras UW-13.3 do ASME BPVC Section VIII Division 1:2009. O raio
de adoamento "r" deve seguir o indicado na figura UG-34. 9
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10.4 Para os espelhos soldados ao casco ou ao carretel, o
fabricante deve prever a folga necessria para permitir a montagem
entre os tubos e os espelhos, providenciando espao suficiente para
o acesso das ferramentas de mandrilagem ou soldagem dos tubos no
espelho, a serem utilizadas durante a manuteno do equipamento. Tal
ateno especialmente indicada para os carretis TEMA tipos "C" e D
(Screw plug ou Breech Lock Closure ).
tc
X
R Casco
Carretel
t = espessura do carretel c X = folga entre costado e projeo dos
tubos
Figura 2 - Folga entre Projeo dos Tubos e Carretel10.5 Os tubos
devem ser expandidos e mandrilados nos furos dos espelhos, exceto
se especificado em contrrio. Deve haver, no mnimo, 2 rasgos de
mandrilagem no metal-base em cada furo do espelho. No caso de
espelho cladeado, devem ser necessrios 3 rasgos de mandrilagem,
sendo que um deles esta na regio do clad.
Clad
Metal base
Figura 3 - Rasgo na Regio Cladeada10
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10.6 As extremidades dos tubos devem ultrapassar em 3,0 mm a
superfcie do espelho, exceto nos trocadores verticais onde as
extremidades dos tubos devem facear a superfcie do espelho superior
para evitar acmulo de lquido.
10.7 Para determinar a reduo obtida na espessura da parede do
tubo durante a sua expanso, medimos o seu novo dimetro interno e o
comparamos com a equao abaixo: dim = di + (DF - de) + 2 (f . sp)
Onde: dim di Df de sp f o novo dimetro interno [mm]; o dimetro
interno original do tubo [mm]; o dimetro do furo no espelho [mm]; o
dimetro externo original do tubo [mm]; o espessura original dos
tubos [mm]; o fator de reduo na espessura do tubo, devido expanso
(exemplo: 5 % = 0,05).
10.8 O valor inicial recomendado para expanso dos tubos em ao
carbono de 5 %. O valor mximo para expanso dos tubos aquele
indicado na ISO 16812:2007.
10.9 A ligao dos tubos com o espelho somente com mandrilagem no
deve ser usada nos seguintes casos: a) servio de classe de presso
igual ou maior que 600 ou presso de operao superior a 7 000 kPa (1
000 psi) - recomenda-se o uso de solda de resistncia; [Prtica
Recomendada] b) servio com fluido letal, em somente um dos lados
(casco ou tubos), com presso de operao superior presso de operao do
outro fluido - aceitvel o uso de expanso mais solda de selagem; c)
servio cujo vazamento seja inadmissvel para o outro lado, com
presso de operao superior presso de operao do outro fluido -
aceitvel o uso de expanso mais solda de selagem.
10.10 Quando for indicada a solda de resistncia total, o tubo
deve ser levemente expandido (reduo de espessura menor que 5 %)
dentro do furo aps a soldagem, para garantir a proteo da solda
contra vibrao. A expanso deve estar afastada da solda de 6 mm, no
mnimo, para no danific-la. Afastamentos maiores podem ser
necessrios, considerando-se a severidade da expanso.
10.11 No caso de tubos soldados ao espelho, o procedimento de
solda deve ser previamente qualificado e deve ser previamente
aprovado pela PETROBRAS. O teste de arrancamento (shear load test),
descrito no Apndice A do ASME BPVC Section VIII Division 1:2009,
deve constar nos ensaios de qualificao do procedimento de
solda.
10.12 Quando indicado pela PETROBRAS e para minimizar o efeito
de corroso por frestas (crevice corrosion) no lado do casco, os
tubos devem ser levemente expandidos no comprimento total da
espessura do espelho menos 3 mm. As bordas dos furos no espelho no
lado do casco devem ter o canto vivo removido por usinagem.
11 Feixe Tubular11.1 Feixes tubulares com peso superior a 147,1
kN (15 000 kgf) devem ter sua utilizao aprovada pela PETROBRAS.
11
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11.2 O fabricante deve prever facilidades de manuteno para
trocadores sobrepostos, caso os feixes tubulares ultrapassem o peso
de 98,07 kN (10 000 kgf).
11.3 Os tubos em U devem ser preferencialmente inteiros. Quando
previamente aprovadas pela PETROBRAS, emendas circunferncias so
admitidas na seo reta do tubo, observando-se uma distncia mnima de
500 mm em relao ao incio da curvatura. Uma distncia maior pode ser
necessria, considerando-se o dispositivo utilizado para o
curvamento dos tubos, de forma a no sobretensionar a regio
soldada.
11.4 Durante o curvamento de tubos em U, a espessura pode sofrer
reduo nos casos em que o raio mdio da curva seja inferior a 3 vezes
o dimetro externo do tubo. Para compensar esta reduo de espessura,
o fabricante deve verificar a necessidade de aumentar a espessura
original do tubo.
11.5 Equipamento com cabeote de entrada TEMA dos tipos A ou B
deve ter anel de teste que permita a pressurizao do casco para o
teste hidrosttico. (ver Anexo C). Alternativamente, admite-se o
espelho com o mesmo dimetro externo do flange do casco, conforme
indicado na ISO 16812:2007.
12 Cabeote Flutuante12.1 recomendvel a utilizao de ressalto como
indicado na figura TEMA RCB 5.141, procurando facilitar a montagem
do conjunto flutuante. [Prtica Recomendada]
Anel bipartido
t
Opcional
A
C
H
B
Figura 4 - Figura TEMA RCB 5.141
12.2 Pode ser utilizado um mtodo mais acurado de clculo para o
flange do conjunto flutuante, desde que mantida a sua rigidez,
conforme ASME BPVC - Section VIII - Division 1:2009, pargrafo
1-6(h). 12
Z
-PBLICO-
N-466
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07 / 2011
12.3 Para aumentar a rigidez do conjunto, os anis bipartidos
devem ser acoplados por meio de segmentos de anis (chapas de
atracao) com pelo menos 25 mm de espessura e fixados por 4
estojos.
13 Junta de Expanso13.1 A junta de expanso s deve ser utilizada
quando especificada ou autorizada pela PETROBRAS, sendo proibido o
seu emprego: a) em servio letal; b) no casco, quando operando com
hidrocarboneto na fase gasosa ou com hidrocarboneto na fase lquida
em temperatura superior ao ponto de fulgor; c) no casco, quando os
tubos operam com hidrocarbonetos na fase gasosa e em presso
superior.
13.2 Exceto se especificado em contrrio, as juntas de expanso
devem ser projetadas para 1 000 ciclos de operao.
13.3 A junta de expanso deve ter uma camisa interna soldada na
extremidade a montante do fluxo, de forma a minimizar depsitos e
eroso no fole.
13.4 O fornecedor deve levar em conta, alm dos movimentos
externos especificados a serem absorvidos na junta de expanso,
tambm aqueles decorrentes da prpria geometria da junta. Possveis
interferncias da camisa interna da junta com o corpo, devido aos
movimentos de rotao devem ser verificadas pelo fornecedor. Esforos
de toro devem ser restringidos.
13.5 A junta de expanso pode ser pr-tensionada na montagem para
minimizar as tenses na junta quando o trocador entrar em operao. O
deslocamento de projeto deve ser baseado na temperatura do fluido
mais quente. O pr-tensionamento deve ser executado nas instalaes do
fornecedor antes do transporte e deve ser verificado antes da
instalao da junta de expanso em posio. A junta deve ser testada
previamente no fornecedor para conferir as cargas e respectivos
deslocamentos.
13.6 Antes da conformao do tubo para confeco do fole, todas as
soldas dos foles devem ser 100 % inspecionadas com lquido
penetrante e 100 % radiografadas. Aps a conformao, as soldas dos
foles devem ser 100 % inspecionadas com lquido penetrante.
13.7 Todas as soldas de ligao da junta com o casco devem ser de
solda de topo. A inspeo deve ser 100 % de radiografia e 100 % de
partculas magnticas ou lquido penetrante.
13.8 Prever sistema de suportao adicional no equipamento ou
posicionar a junta de expanso de modo que apenas os esforos de peso
prprio, presso e dilatao trmica ocorram sobre ela.
13.9 No caso de uso de uma caixa removvel para proteo externa
contra vazamento da junta de expanso, conforme descrito na ISO
16812:2007, prever a conexo para drenagem. Este anteparo no deve
ser isolado termicamente e pode servir ao transporte da junta,
protegendo os foles.
13.10 Quando for necessria uma junta de expanso interna para
trocadores com 1 passe nos tubos, a junta deve ser colocada
internamente, entre o tampo do cabeote flutuante e o tampo do casco
(ver Figura 5).
13
-PBLICO-
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Tampo do casco
Conjunto flutuante Tubos
Junta de expanso
Figura 5 - Junta de Expanso Interna
13.11 A junta de expanso interna deve ser projetada para
suportar os valores totais de presso interna e externa aplicados
independentemente.
14 Bocais14.1 Os bocais devem ser conforme as ISO 16812:2007,
PETROBRAS N-253 e TEMA.
14.2 A projeo dos bocais deve prever a colocao de conexes para
instrumentao, posicionando-as de forma a evitar interferncia entre
a montagem dos flanges dos bocais e estas conexes. Estas conexes de
instrumentao devem ficar fora do isolamento trmico.
14
-PBLICO-
N-466
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14.3 As conexes, inclusive de instrumentao, com dimetro menor
que 1 1/2 devem ser do tipo luva de classe 6 000 para solda de
encaixe. Para restries quanto aplicao de conexes rosqueadas, ver
subseo 8.2.12 da PETROBRAS N-253.
14.4 necessrio indicar na documentao de compra do equipamento se
deve haver conexes para purga com vapor, limpeza qumica ou bocais
de utilidades no trocador de calor.
14.5 necessrio indicar para o fabricante, antes da etapa de
compra dos bocais (inclusive forjados), se algum bocal deve ser
calculado considerando um carregamento externo devido tubulao ou se
as cargas e momentos admissveis para os bocais devem ser
estabelecidos previamente (vide 6.3.3) entre o fabricante e a
PETROBRAS.
15 Suportes15.1 Os suportes devem ser conforme as Figuras do
Anexo A.
15.2 No caso de trocadores sobrepostos, o fabricante deve prever
espao suficiente entre os bocais de interligao entre estes
equipamentos permitindo a colocao de uma raquete ou Figura 8 para
facilitar a realizao separadamente do teste hidrosttico de cada
trocador.
16 Placa de IdentificaoTodos os trocadores de calor devem
possuir uma placa de identificao conforme mostra no Anexo B.
17 Fabricao17.1 Soldagem
17.1.1 Todos os processos de soldagem definidos no ASME BPVC -
Section IX (tais como SAW, SMAW etc.), exceto o processo com gs
oxiacetileno, so aceitveis desde que previamente qualificados.
17.1.2 Exceto nos casos previamente aprovados pela PETROBRAS, o
back strip de soldagem deve ser removido para facilitar a
inspeo.
17.1.3 O processo de soldagem de ligao tubo-espelho deve ser
previamente aprovado pela PETROBRAS.
17.1.4 O procedimento de reparo das soldas deve ser submetido
para aprovao prvia da PETROBRAS.
17.2 Tratamento Trmico
17.2.1 Os tratamentos trmicos devem ser previamente aprovados
pela PETROBRAS.
15
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17.2.2 O fabricante deve prever a seqncia de fabricao de tal
forma que alguma operao de usinagem no venha a ser prejudicada
durante o tratamento trmico, por exemplo, o acabamento das sedes de
juntas de vedao ou as roscas do tampo do trocador TEMA tipo D
(Screw plug ou Breech Lock Closur ).
17.2.3 Em funo do material do tubo, o fabricante deve avaliar a
necessidade de tratamento trmico para alvio de tenses residuais ou
para restituio das propriedades mecnicas e/ou microestruturais aps
o curvamento dos tubos em U. Como exemplo, deve-se realizar o TTAT
aps curvamento de tubos em ao carbono que ultrapassem 5 % de
deformao da fibra externa e aps o curvamento de tubos em ao inox
austentico que ultrapasse os valores constantes na Tabela UHA-44 do
ASME BPVC - Section VIII - Division 1:2009.
17.2.4 Quaisquer tratamentos trmicos a que um equipamento
cladeado seja submetido no deve comprometer a resistncia corroso do
revestimento metlico. O fabricante deve garantir a integridade do
revestimento metlico aps o TTAT. Por exemplo, o fabricante deve
verificar a resistncia sensitizao de aos inox austenticos aps o
TTAT, realizando o ensaio de susceptibilidade corroso intergranular
conforme ASTM A 262 Prtica E.
18 Inspeo e Testes18.1 O plano de inspeo e testes deve ser
aprovado pela PETROBRAS.
18.2 O Controle de Qualidade de fabricao aquele descrito na ISO
16812:2007, exceto onde indicado em contrrio nos documentos
PETROBRAS.
18.3 A medio de dureza deve ser realizada conforme ISO
16812:2007, exceto que utilizaremos dureza Vickers 5kgf no lugar de
dureza Brinell para verificao da zona termicamente afetada das
soldas. Os valores de dureza aceitveis em dureza Vickers so aqueles
equivalentes aos da Tabela 5 da ISO 16812:2007, conforme converso
estabelecida pela ASTM E140.
18.4 A regio curvada dos tubos em U deve ser examinada por
lquido penetrante. Em caso de TTAT requerido pelo 17.2.3, este
exame deve ser executado aps este tratamento.
19 Testes de Presso19.1 Os testes de presso devem ser realizados
conforme ISO 16812:2007 e PETROBRAS N-253.
19.2 Antes da realizao do teste hidrosttico deve ser realizado
um teste de estanqueidade com fluido gasoso na presso mxima de 50
kPa (0,5 kgf/cm2) para verificar a ligao soldada entre tubos e
espelho, conforme ISO 16812:2007.
20 Preparao para EmbarqueA indicao de pintura dos trocadores de
calor deve ser previamente definida pela PETROBRAS. Caso nada seja
indicado, os trocadores de calor devem ser protegidos com uma
pintura protetora para corroso durante o transporte e durante o
perodo de condicionamento.
16
-PBLICO-
N-46621 Requisitos Suplementares
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Nos casos em que a espessura do cilindro do casco ou do carretel
exceder 50 mm ou se o trocador de calor for identificado como
sujeito a um servio crtico, os requisitos suplementares descritos
no Captulo 12 da ISO 16812:2007 devem ser previamente indicados
pela PETROBRAS.
17
-PBLICO-
N-466
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Anexo A - Suportes de Trocador de CalorTipo ILado fixo 145 Lado
mvel F
Tipo IILado fixo Lado mvel
60
60
2525
K A K K K 15
60
60
K
15 E Ver Nota 8 Furo 23 30 C C B 20 Ver nota 7 G
E
D B
K
20 20 60 Furo 23 C C 30 20 A 60 120
Tipo IIILado fixo Lado mvel
Tipo IVLado fixo Lado mvel
F25
F25
K K
60
A
K
60
60
60 K
K
K
E D B Ver detalhe A GGG G
D
120
E
D
D B
D
Ver detalhe A
40
Furo 27
Furo 27 40 C C
40
C
C
Detalhe A
Figura A.1 - Suporte de Trocador de Calor18
20
G
G
20
60
G
A
60
-PBLICO-
N-466Dimetro nominal do casco (in) 8 10 12 13 15 17 19 21 23 25
27 29 31 33 35 37 39 42 45 48 51 54 57 60
REV. J
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A 310 340 365 380 405 430 455 480 510 530 555 580 655 680 705
730 755 795 935 975 1 010 1 060 1 090 1 125
B
C
D
E
F
G
para F.
K
Peso (kgf)
Tipo I
300
100
-
140
-
80
20
12,5
15
Tipo II
640
200
300
160
190
100
20
12,5
45
950
350
1 340
600
155 165 175 190 205 215 220 230 250 260 270 280
Tipo III
240
240
65
24
16
105
Tipo IV
250
250
65
24
16
220
NOTA 1 NOTA 2 NOTA 3 NOTA 4 NOTA 5 NOTA 6 NOTA 7 NOTA 8
A sela tem no mnimo a espessura K. Todas as soldas do suporte,
inclusive as da ligao sela/casco devem ser contnuas. A sela deve
ter 1 furo 6 para suspiro e 2 a 3 furos para dimetros superiores a
29. O material da sela deve ser o mesmo do casco salvo especificao
em contrrio. O peso dado para os 2 suportes. Todas as dimenses esto
em mm, exceto o dimetro do casco, que est em polegadas. Formato
tpico para suporte de trocador de calor com dimetro nominal de 13,
15 e 17. Formato tpico para suporte de trocador de calor com
dimetro nominal de 8, 10 e 12.
Figura A.1 - Suporte de Trocador de Calor (Continuao)
19
-PBLICO-
N-466Tipo ILado fixo Furo 23 E K Lado mvel 30 20
REV. JTipo IILado fixo Furo 23 K E 15
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Lado mvel 20 K D B 20 GVer detalhe A40
30
K
15 K 145
K
20
A
25 F25
8"
