PLANO OTIMIZADO DE INSPEÇÃO DE MEDIÇÃO DE ESPESSURA ...mecanica.ufes.br/sites/engenhariamecanica.ufes.br/files/field/... · Figura 3-4 Aparelho medidor de espessura por ultra-som

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPRITO SANTO

CENTRO TECNOLGICO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

PROJETO DE GRADUAO

PLANO OTIMIZADO DE INSPEO DE MEDIO DE

ESPESSURA COM BASE NA MATRIZ DE RISCO DAS

REGIES INTERNAS DE UMA CALDEIRA DE

RECUPERAO - PROPOSTA

ELDER COSTA SOEIRO

FBIO ALVES ANTONIOLLI

VITRIA ES

12/2005

ELDER COSTA SOEIRO






Parte manuscrita do Projeto de Graduao

dos alunos Elder Costa Soeiro e Fbio Alves

Antoniolli, apresentado ao Departamento de

Engenharia Mecnica do Centro Tecnolgico

da Universidade Federal do Esprito Santo,

para obteno do grau de Engenheiro

Mecnico.

VITRIA ES

12/2005

ELDER COSTA SOEIRO






COMISSO EXAMINADORA:

___________________________________ Prof. MsC Oswaldo Paiva Almeida Filho

Orientador

___________________________________ Prof. MsC Rogrio Silveira de Queiroz

Examinador

___________________________________ Prof. DsC Joo Luiz Marcon Donatelli

Examinador

Vitria - ES, 22/ 12/ 2005

i

DEDICATRIA

Dedicamos este trabalho aos nossos pais e familiares, amigos, namoradas,

professores e alunos do Curso de Engenharia Mecnica pelo apoio e compreenso que nos foi

dispensado durante estes anos de graduao.

ii

AGRADECIMENTOS

Agradecemos ao Tcnico de Inspeo Srgio Sthal por ter contribudo com sua

experincia profissional e motivao que foram de fundamental importncia para a realizao

deste trabalho.

Aos inspetores especializados em caldeiras de recuperao, aos membros do Comit

de Caldeiras de Recuperao do Brasil e aos coordenadores da Fbrica de Celulose em estudo.

E a Deus por ter nos proporcionado a oportunidade de ter realizado e concludo este

Estudo.

iii

LISTA DE FIGURAS

Figura 2-1 Caldeira Cornovaglia ............................................................................................ 20

Figura 2-2 Caldeira Locomotivas e Locomveis.................................................................... 22

Figura 2-3 Caldeira Escocesa ................................................................................................. 23

Figura 2-4 Exemplo de caldeira aquatubular de tubos retos ................................................... 24

Figura 2-5 Caldeira aquatubular de tubos retos ...................................................................... 24

Figura 2-6 Caldeira de circulao forada com recirculao ................................................. 27

Figura 2-7 Caldeira de La Mont e W. Workauf de circulao natural, porm com tubulo

ligado tubos de grande dimetro que por sua vez se ligam ao feixe de troca de calor de

tubos com dimetros menores. ............................................................................................... 28

Figura 3-1 Caldeira de Recuperao com indicao das principais regies ........................... 30

Figura 3-2 Funcionamento esquemtico de um aparelho de ultra-som .................................. 49

Figura 3-3 Realizao do teste de ultra-som........................................................................... 50

Figura 3-4 Aparelho medidor de espessura por ultra-som...................................................... 52

Figura 3-5 Caractersticas Tcnicas das Caldeiras de Recuperao ....................................... 53

Figura 3-6 Dados tcnicos das Caldeiras de Recuperao ..................................................... 54

Figura 4-1 Curva de tendncia do Painel 35 - Elevao 55.420 para o Superaquecedor

Tercirio - SF .......................................................................................................................... 64


Tercirio - SF .......................................................................................................................... 64


Tercirio - SF .......................................................................................................................... 65


Tercirio - SF .......................................................................................................................... 65


Tercirio - SF .......................................................................................................................... 66

Figura 4-6 Curva de tendncia do Painel 5 - Elevao 55.420 B para o Superaquecedor

Tercirio - SF .......................................................................................................................... 66


Tercirio - SF .......................................................................................................................... 67


Tercirio - SF .......................................................................................................................... 67

iv


Tercirio - SF .......................................................................................................................... 68


Tercirio - SF .......................................................................................................................... 68

Figura 4-11 Curva de tendncia do Painel 32 Ponto A para o Superaquecedor Tercirio

- Curvas ................................................................................................................................... 71

Figura 4-12 Curva de tendncia do Painel 32 Ponto B para o Superaquecedor Tercirio -

Curvas ..................................................................................................................................... 71

Figura 4-13 Curva de tendncia do Painel 31 Ponto C para o Superaquecedor Tercirio -

Curvas ..................................................................................................................................... 77

Figura 4-14 Curva de tendncia do Painel 16 Ponto D para o Superaquecedor Tercirio

- Curvas ................................................................................................................................... 77

Figura 4-15 Curva de tendncia do Painel 31 Ponto E para o Superaquecedor Tercirio -

Curvas ..................................................................................................................................... 78

Figura 4-16 Curva de tendncia do Painel 6 Ponto F para o Superaquecedor Tercirio -

Curvas ..................................................................................................................................... 78

Figura 4-17 Curva de tendncia do Painel 25 Ponto G para o Superaquecedor Tercirio

- Curvas ................................................................................................................................... 79

Figura 4-18 Curva de tendncia do Painel 5 Ponto H para o Superaquecedor Tercirio -

Curvas ..................................................................................................................................... 79

Figura 4-19 Curva de tendncia do Painel 25 Ponto I para o Superaquecedor Tercirio -

Curvas ..................................................................................................................................... 80

Figura 4-20 Curva de tendncia do Painel 14 Ponto J para o Superaquecedor Tercirio -

Curvas ..................................................................................................................................... 80

Figura 4-21 Curva de tendncia do Painel 20 Ponto K para o Superaquecedor Tercirio

- Curvas ................................................................................................................................... 81

Figura 4-22 Curva de tendncia do Painel 21 Ponto L para o Superaquecedor Tercirio -

Curvas ..................................................................................................................................... 81

Figura 4-23 Curva de tendncia do Painel 29 Ponto M para o Superaquecedor Tercirio

- Curvas ................................................................................................................................... 82

Figura 4-24 Curva de tendncia do Painel 29 Ponto N para o Superaquecedor Tercirio

- Curvas ................................................................................................................................... 82

v

Figura 4-25 Curva de tendncia do Painel 21 Ponto O para o Superaquecedor Tercirio

- Curvas ................................................................................................................................... 83

Figura 4-26 Curva de tendncia do Painel 30 Ponto P para o Superaquecedor Tercirio -

Curvas ..................................................................................................................................... 83

Figura 4-27 Curva de tendncia do Painel 33 Ponto Q para o Superaquecedor Tercirio

- Curvas ................................................................................................................................... 84

Figura 4-28 Curva de tendncia do Painel 9 Ponto R para o Superaquecedor Tercirio -

Curvas ..................................................................................................................................... 84

Figura 4-29 Curva de tendncia do Painel 28 Ponto S para o Superaquecedor Tercirio -

Curvas ..................................................................................................................................... 85

Figura 4-30 Curva de tendncia do Painel 6 Ponto T para o Superaquecedor Tercirio -

Curvas ..................................................................................................................................... 85

Figura 4-31 Curva de tendncia do Painel 35 Ponto T para o Superaquecedor Tercirio -

Curvas ..................................................................................................................................... 86

Figura 4-32 Curva de tendncia do Ponto A1 Tubo 12 para o Nariz ............................... 92


Figura 4-34 Curva de tendncia do Ponto A1 Tubo 110 para o Nariz ............................. 93








Figura 4-42 Curva de tendncia do Ponto B1 Tubo 27 para o Nariz ............................... 97


Figura 4-44 Curva de tendncia do Ponto B1 Tubo 133 para o Nariz ............................. 98





Figura 4-49 Curva de tendncia do PT Tubo 65 1000 mm acima do Teto de Segurana104

Figura 4-50 Curva de tendncia do PT Tubo 120 1000 mm acima do Teto de Segurana104

vi

Figura 4-51 Curva de tendncia do PF Tubo 1 1000 mm acima do Teto de Segurana 105

Figura 4-52 Curva de tendncia do PLE Tubo 20 1000 mm acima do Teto de Segurana105

Figura 4-53 Curva de tendncia do PLE Tubo 170 1000 mm acima do Teto de

Segurana .............................................................................................................................. 106

Figura 4-54 Curva de tendncia do PLD Tubo 25 1000 mm acima do Teto de Segurana106

Figura 4-55 Curva de tendncia do PLD Tubo 155 1000 mm acima do Teto de

Segurana .............................................................................................................................. 107

vii

LISTA DE TABELA

Tabela 3-1 Etapas do teste hidrosttico .................................................................................. 47

Tabela 4-1 Histrico de medio de espessura do Superaquecedor Tercirio SF

Elevao 55.420 ...................................................................................................................... 60


Elevao 61.800 ...................................................................................................................... 60


Elevao 58.890 ...................................................................................................................... 60


Elevao 64.890 ...................................................................................................................... 61


Elevao 67.890 ...................................................................................................................... 61


Elevao 55.420 B .................................................................................................................. 61


Elevao 58.700 ...................................................................................................................... 62


Elevao 61.700 ...................................................................................................................... 62


Elevao 64.700 ...................................................................................................................... 62


Elevao 67.745 ...................................................................................................................... 63

Tabela 4-11 Material e dimenses do Superaquecedor Tercirio - SF ................................... 63

Tabela 4-12 Histrico de medio de espessura do Superaquecedor Tercirio Curvas

Ponto A ................................................................................................................................... 70


Ponto B ................................................................................................................................... 70

Tabela 4-14 Material e dimenses do Superaquecedor Tercirio - Curvas ............................ 70


Ponto C ................................................................................................................................... 72

Tabela 4-16Histrico de medio de espessura do Superaquecedor Tercirio Curvas

Ponto D ................................................................................................................................... 72

viii


Ponto E ................................................................................................................................... 72


Ponto F .................................................................................................................................... 72


Ponto G ................................................................................................................................... 73


Ponto H ................................................................................................................................... 73


Ponto I ..................................................................................................................................... 73


Ponto J .................................................................................................................................... 73


Ponto K ................................................................................................................................... 74


Ponto K ................................................................................................................................... 74


Ponto M .................................................................................................................................. 74


Ponto N ................................................................................................................................... 74


Ponto O ................................................................................................................................... 75


Ponto P .................................................................................................................................... 75


Ponto Q ................................................................................................................................... 75


Ponto R ................................................................................................................................... 75


Ponto S .................................................................................................................................... 76


Ponto T ................................................................................................................................... 76

Tabela 4-33 Material e dimenses do Superaquecedor Tercirio - Curvas ............................ 76

ix

Tabela 4-34 Histrico de medio de espessura do Nariz Ponto A1 ................................... 88



Tabela 4-37 Histrico de medio de espessura do Nariz Ponto B1 ................................... 90



Tabela 4-40 Material e dimenses do Nariz ........................................................................... 91

Tabela 4-41 Histrico de medio de espessura dos pontos 1000 mm acima do Teto de

Segurana PT .................................................................................................................... 102


Segurana PF .................................................................................................................... 102


Segurana PLE.................................................................................................................. 102


Segurana PLD ................................................................................................................. 103

Tabela 4-45 Material e dimenses dos pontos localizados a 1000 mm acima do Teto de

Segurana .............................................................................................................................. 103

Tabela 4-46 Rotinas da Inspeo de Espessura na Caldeira de Recuperao em Estudo .... 109

Tabela 4-47 Plano Proposto para Rotinas de Inspeo de Medio de Espessura (MEUS) 111

x

SUMRIO

DEDICATRIA ..................................................................................................................... I

AGRADECIMENTOS .......................................................................................................... II

LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................... III

LISTA DE TABELA .......................................................................................................... VII

SUMRIO .............................................................................................................................. X

RESUMO ........................................................................................................................... XIII

INTRODUO ................................................................................................................. XIV

1 PRODUO DE CELULOSE................................................................................ 15

1.1 PTIO DE MADEIRA ............................................................................................... 15

1.1.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS ..................................................................... 15

1.2 LINHA DE PASTA ..................................................................................................... 16

1.2.1 COZIMENTO E LAVAGEM ........................................................................... 16

1.2.1.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS ....................................................... 16

1.2.2 DEPURAO................................................................................................... 16

1.2.3 DESLIGNIFICAO COM O2 ........................................................................ 17

1.2.3.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS ....................................................... 17

1.2.4 BRANQUEAMENTO....................................................................................... 18

1.2.5 PLANTA QUMICA ......................................................................................... 18

1.3 SECAGEM E ENFARDAMENTO ............................................................................ 18

1.3.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS ..................................................................... 19

2 CALDEIRAS GERAL .......................................................................................... 19

2.1 Caldeiras Flamotubulares ............................................................................................ 19

2.1.1 Classificao ...................................................................................................... 19

2.1.1.1 Caldeira Vertical .................................................................................. 20

2.1.1.2 Caldeira Horizontal ............................................................................. 20

2.2 Caldeiras Aquatubulares .............................................................................................. 23

2.2.1 Classificao ...................................................................................................... 23

2.2.1.1 Caldeiras de Tubos Retos .................................................................... 24

2.2.1.2 Caldeiras de Tubos Curvos .................................................................. 25

2.2.1.3 Caldeiras com Circulao Forada ...................................................... 26

2.2.2 Aplicao e Utilizao das Caldeiras Aquotubulares........................................ 28

xi

3 CALDEIRAS DE RECUPERAO ...................................................................... 29

3.1 INTRODUO TERICA ........................................................................................ 29

3.2 INSPEO PERIDICA EM CALDEIRAS DE RECUPERAO ........................ 32

3.2.1 Generalidades .................................................................................................... 32

3.2.1.1 Objetivo e Campo de Aplicao desta Recomendao ....................... 32

3.2.1.2 Princpios e orientaes gerais para a inspeo de caldeiras de

recuperao de lcalis [4] ................................................................................ 32

3.2.2 Preparativos ....................................................................................................... 34

3.2.3 Exame Interno ................................................................................................... 36

3.2.3.1 Lado de gases ...................................................................................... 36

3.2.3.2 Lado de gua e vapor ........................................................................... 41

3.2.4 Exame Externo .................................................................................................. 42

3.2.4.1 Parte exterior da caldeira ..................................................................... 43

3.2.4.2 Acessrios e rgos perifricos caldeira........................................... 43

3.2.5 Testes Complementares ..................................................................................... 46

3.2.5.1 Teste Hidrosttico ................................................................................ 46

3.2.5.2 Teste das vlvulas de segurana .......................................................... 47

3.3 MTODO DE ENSAIO POR ULTRA-SOM ............................................................. 49

3.3.1 PRINCPIOS BSICOS DO MTODO .......................................................... 49

3.3.1.1 Introduo: ........................................................................................... 49

3.3.1.2 Finalidade do Ensaio ........................................................................... 50

3.3.1.3 Campo de Aplicao ........................................................................... 50

3.3.2 Limitaes em Comparao com outros Ensaios .............................................. 51

3.3.3 APARELHAGEM ............................................................................................. 52

3.4 CARACTERSTICAS TCNICAS DA CALDEIRA DE RECUPERAO DA

EMPRESA DE CELULOSE EM ESTUDO E APLICAO DESTE TRABALHO...... 53

3.4.1 Breve histrico da Caldeira de Recuperao em Estudo ................................... 54

4 ESTUDO DE CASO ................................................................................................. 57

4.1 HISTRIO DE INSPEO DE MEDIO DE ESPESSURA E CURVAS DE

TENDNCIAS .................................................................................................................. 57

4.1.1 SOBRE AS CURVAS (LINHAS) DE TENDNCIA ...................................... 57

4.1.2 O que so linhas de tendncia?.......................................................................... 57

4.1.3 Segurana das linhas de tendncia .................................................................... 57

xii

4.1.4 Tipos de Linhas de Tendncia ........................................................................... 58

4.1.4.1 Linear ................................................................................................... 58

4.1.4.2 Logartimica ........................................................................................ 58

4.1.4.3 Polinomial ........................................................................................... 58

4.1.4.4 Potncia ............................................................................................... 58

4.1.4.5 Exponencial ......................................................................................... 59

4.1.5 HISTRICO DOS PONTOS ANALISADOS DO SUPERAQUECEDOR

TERCIRIO NA LINHA DO SOPRADOR DE FULIGEM .................................... 60

4.1.5.1 Exemplos de curvas de tendncia da regio do superaquecedor

tercirio na linha do soprador de fuligem utilizadas para a determinao da

Matriz de Risco ............................................................................................... 64

4.1.6 HISTRICO E CURVAS DE TENDNCIAS DOS PONTOS

ANALISADOS DO SUPERAQUECEDOR TERCIRIO CURVAS ................... 69

4.1.6.1 Exemplos de curvas de tendncia da regio das curvas do

superaquecedor utilizadas para a determinao da Matriz de Risco ............... 71


superaquecedor utilizadas para a determinao da Matriz de Risco ............... 77

4.1.7 HISTRICO DOS PONTOS ANALISADOS DO NARIZ.............................. 87

4.1.7.1 Exemplos de curvas de tendncia da regio do Nariz utilizadas para a

determinao da Matriz de Risco .................................................................... 92

4.1.8 HISTRICO DOS PONTOS ANALISADOS ACIMA DO TETO DE

SEGURANA (1000 mm) ....................................................................................... 101


superaquecedor utilizadas para a determinao da Matriz de Risco ............. 104

4.2 Rotinas da Inspeo de Medio de Espessura (MEUS) X Tempo de Parada .......... 108

4.3 Anlise Crtica ........................................................................................................... 109

4.4 Proposta do novo plano de inspeo ......................................................................... 110

5 CONCLUSO ........................................................................................................ 111

6 SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................ 112

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................................. 112

xiii

RESUMO

Este trabalho tem o objetivo de apresentar um novo plano de inspeo de medio de

espessura (MEUS) baseado em risco e adequao ao uso para gerenciar a integridade

estrutural das Caldeiras de Recuperao de uma indstria de papel e celulose.

feita uma anlise quantitativa do risco para as diversas regies localizadas no

interior da caldeira de recuperao, atravs de anlises estatsticas de curvas de tendncias e

de recomendaes do Comit de Caldeira de Recuperao do Brasil, avaliando a

probabilidade de falha.

So propostos planos de inspees, sempre respeitando os prazos mximos

estabelecidos pela NR-13, de modo a manter o risco abaixo de um nvel tolervel,

possibilitando assim um melhor aproveitamento dos recursos de inspeo.

xiv

INTRODUO

As atividades de inspeo em equipamentos e componentes durante a vida til de

uma planta industrial demonstraram, ao longo dos anos, que as intervenes de manuteno

so distribudas sob a orientao de diversas premissas, como atendimento a requisitos legais,

disponibilidade dos equipamentos e minimizao dos riscos de falhas em operao. No caso

brasileiro, o atendimento legal vigente refere-se Norma Regulamentadora do Ministrio do

Trabalho NR13 Regulamentao de Segurana para Caldeiras e Vasos de Presso.

Portanto, o planejamento focado em inspeo baseada em risco deve respeitar

primordialmente os prazos mximos de campanhas definidos por esta norma.

Diferente da NR-13 que estabelece os prazos mximos entre inspees de caldeiras

e vasos de presso na Inspeo Baseada em Risco a periodicidade de inspees passa a ser

uma varivel entre as conseqncias de um acidente e a probabilidade deste acidente ocorrer.

A tendncia estatstica de concentrao do alto risco em uma Caldeira de

Recuperao de uma planta industrial fato observado na prtica. Com base nesta premissa,

para se reduzir o risco global, necessrio aplicar planos de inspeo diferenciados para cada

regio da caldeira. Verifica-se tambm que a efetividade destes planos pode aumentar com

um levantamento mais preciso dos riscos individuais das regies, criando inclusive

padronizaes para esta atividade. Com isto procura-se intensificar os gastos com manuteno

onde o risco alto e diminu-los onde o risco baixo.

Neste trabalho foi elaborado um plano otimizado de inspeo de medio de

espessura com base na matriz de risco das regies internas de uma caldeira de recuperao

(ex.: fornalha, superaquecedores,etc.), levando-se em considerao as recomendaes de

inspees observadas pelo Comit de Segurana em Caldeiras de Recuperao e a anlise de

tendncia baseada em histricos de inspeo para aplicao da inspeo baseada em risco

(IBR). Os resultados serviro para organizar e padronizar as definies de servios de

Inspeo da unidade.

15

1 PRODUO DE CELULOSE

O processo de produo de celulose envolve todas as reas diretamente ligadas

ao processamento da madeira para obteno da fibra. Essas reas so Ptio de Madeira,

Linha de Pasta e Secagem.

1.1 PTIO DE MADEIRA

O Ptio de Madeira a rea que recebe a madeira e comea a prepar-la para a

obteno da celulose. O abastecimento de madeira nas mesas receptoras

responsabilidade do Transporte e Movimentao de Madeira (PSM). A partir da, o

manuseio de madeira at a sua transformao em cavacos responsabilidade do Ptio

de Madeira.

Dentre as responsabilidades da equipe do Ptio de madeira, destacam-se:

Manuteno das pontes rolantes que descarregam as toras nas mesas

receptoras (a operao das pontes cabe equipe de Transporte e

Movimentao de Madeira PSM).

Operao e manuteno das mesas receptoras de madeira,

descascadores, picadores e peneiras, transformando as toras em cavacos

de dimenses apropriadas para a operao do Digestor.

Estocagem dos cavacos em pilhas para a alimentao do Digestor.

Processamento da casca proveniente do descascamento de toras em

dimenses apropriadas para queimar na Caldeira Auxiliar.

Processamento da madeira destinada gerao de energia e controle

das pilhas para alimentao das caldeiras auxiliares.

1.1.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS

Os principais equipamentos do Ptio de Madeira so:

Descascador

Picador

16

1.2 LINHA DE PASTA

A linha de pasta engloba as etapas de Cozimento, Lavagem, Depurao da

Pasta Marrom, Deslignificao, Branqueamento e a Planta Qumica.

1.2.1 COZIMENTO E LAVAGEM

O cozimento tem a funo de transformar os cavacos de madeira em polpa,

atravs da dissoluo da lignina que compe a lamela mdia. Essa uma das etapas

mais importantes do processo, pois nela que sero definidas algumas das principais

caractersticas do produto final.

O cozimento feito por dois digestores contnuos.

A etapa de lavagem se resume na passagem da polpa cozida pelos difusores

atmosfricos, visando substituir o licor negro que foi transportado junto com a polpa por

um mais limpo.

1.2.1.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS

Os principais equipamentos do processo de cozimento e lavagem so:

Alimentador de alta presso

Digestor

Difusor radial

1.2.2 DEPURAO

A depurao consiste basicamente na separao das impurezas da madeira e

dos pedaos de cavaco que no foram devidamente cozidos no digestor, tais como ns e

outros materiais (areia, pedras, etc). Os rejeitos da depurao, dependendo de sua

natureza, so removidos do processo ou retornam para serem reprocessados. Depois de

depurada, a polpa uma massa homognea e marrom, pronta para ser branqueada.

papel da depurao tambm remover o restante do licor preto da massa (que no saiu

nos difusores), deixando a massa sem os produtos qumicos do cozimento e j sem a

17

lignina dissolvida, ou seja, deixa na massa apenas os produtos que s o branqueamento

consegue remover.

1.2.3 DESLIGNIFICAO COM O2

A deslignificao com oxignio d continuidade ao processo de deslignificao

iniciado no cozimento, mantendo a resistncia da pasta (viscosidade). As principais

vantagens resultantes do processo de deslignificao so:

Reduo de consumo de produtos qumicos no branqueamento.

Reduo de carga de efluentes no branqueamento.

Possibilidade de uso de seqncias de branqueamento ECF e TCF.

O processo de deslignificao com oxignio depende de vrios fatores como

espcie de madeira utilizada, tipo de cozimento, nmero Kappa na entrada, requisitos do

produto final e custos operacionais. A seletividade da deslignificao com oxignio

depende da temperatura, da carga de lcali, da quantidade de substncias dissolvidas

transferidas ao estgio de deslignificao, da consistncia de pasta e da presso do

oxignio. O grau de deslignificao obtido avaliado atravs de anlises do nmero

Kappa em amostras de pasta coletadas antes e aps o reator.

1.2.3.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS

Os principais equipamentos do processo de deslignificao com O2 so:

Bombas mc

Misturador

Reatores para oxidao

Prensa lavadora

18

1.2.4 BRANQUEAMENTO

A principal funo do branqueamento remover as impurezas que do cor

celulose.

Grande parte das caractersticas do produto final depende fortemente da

seqncia utilizada no branqueamento da pasta. Sendo assim, o branqueamento a

etapa mais importante no que diz respeito diferenciao dos produtos. Essa

diferenciao feita alterando-se os qumicos utilizados e algumas condies de

processo.

1.2.5 PLANTA QUMICA

A Planta Qumica produz o dixido de cloro (ClO2) e o dixido de enxofre

(SO2) que sero utilizados na etapa de branqueamento da celulose. A Planta possui 3

linhas de produo de dixido de cloro e uma de dixido de enxofre.

As linhas 1 e 3 de ClO2 utilizam o processo R10 (soluo de clorato de sdio)

para a produo, enquanto a linha 2 utiliza o R3 (soluo de clorato e cloreto de sdio).

As solues de clorato so fornecidas via tubulao pela Nexen.

A linha de produo de SO2 pode operar queimando o enxofre slido e depois

solubilizando o gs gerado, ou solubilizando o SO2 gasoso comprado. Hoje

preferencialmente o SO2 comprado.

1.3 SECAGEM E ENFARDAMENTO

A secagem compreende os processos de Depurao da Pasta Branqueada,

Formao da Folha, Secagem e Enfardamento da celulose.

A funo da Depurao remover as impurezas que possam ter sido

transportadas juntamente com a pasta branqueada. Depois de depurada a pasta seguir

para a mquina, onde ocorrer a formao e posterior secagem da folha.

Depois de secas as folhas de celulose so ento cortadas e agrupadas em fardos

de 250 kg que sero embalados e agrupados em uma unidade contendo 8 fardos (2

toneladas ao todo).

19

1.3.1 PRINCIPAIS EQUIPAMENTOS

Os principais equipamentos do processo de secagem e enfardamento so:

Depuradores pressurizados

Peneira vibratria

Planta de canisters (ciclone)

Caixa de entrada

Mesa plana

Primeira prensa - rolo pick-up

Segunda prensa

Terceira prensa superior e inferior

Secador

Torre de quebras

2 CALDEIRAS GERAL

2.1 Caldeiras Flamotubulares

Tambm conhecidas como Pirotubulares, Fogotubulares ou, ainda, como

Tubos de Fumaa, so aquelas nas quais os gases da combusto (fumos) atravessam a

caldeira no interior de tubos que se encontram circundados por gua, cedendo calor

mesma.

2.1.1 Classificao

Existem vrios mtodos de classificao das caldeiras flamotubulares (segundo

o uso, a capacidade, a presso, a posio da fornalha, a posio dos tubos, os tamanhos,

etc.). Adotaremos aqui dividi-las em:

20

2.1.1.1 Caldeira Vertical

do tipo monobloco, constituda por um corpo cilndrico fechado nas

extremidades por placas planas chamadas espelhos. So vrias as suas aplicaes por

ser facilmente transportada e pelo pequeno espao que ocupa, exigindo pequenas

fundaes. Apresenta, porm, baixa capacidade e baixo rendimento trmico.

So construdas de 2 at 30 m, com presso mxima de 10 kg/m, sendo sua

capacidade especfica de 15 a 16 kg de vapor por m de superfcie de aquecimento.

Apresenta a vantagem de possuir seu interior bastante acessvel para a limpeza,

fornecendo um maior rendimento no tipo de fornalha interna. So mais utilizadas para

combustveis de baixo poder calorfico.

2.1.1.2 Caldeira Horizontal

Podem possuir fornalha interna ou externa. Faz-se aqui uma descrio dos

diversos tipos de Caldeiras Horizontais.

CALDEIRA CORNOVAGLIA

Tem funcionamento simples, constituda por uma tubulao por onde

circulam os gases produtos da combusto, transmitindo calor para a gua, que o

circunda, por contato de sua superfcie externa. , em geral, de grandes dimenses

(maior do que 100 m), tem baixo rendimento trmico e, devido ao seu tamanho, tem

sua presso mxima limitada a 10 kg/m. Sua capacidade especfica varia de 12 a 14 kg

de vapor por m de superfcie.

Figura 2-1 Caldeira Cornovaglia

21

CALDEIRA LANCASHIRE

Tambm conhecida como Caldeira Lancaster, a evoluo da caldeira anterior,

possuindo 2 (s vezes 3 ou 4) tubules internos, alcanando superfcie de aquecimento

de 120 a 140 m. Alguns tipos atingem de 15 a 18 kg de vapor por m de superfcie de

aquecimento.

Tanto a Caldeira Cornovaglia, como a Lancashire, est caminhando para o

desuso devido s unidades modernas mais compactas.

CALDEIRAS MULTITUBULARES

A substituio dos tubules das caldeiras anteriores por vrios tubos de

pequeno dimetro deu origem caldeira flamotubular multibular. So encontradas com

duas ou trs voltas de chama, isto , os gases de combusto fazem duas ou trs voltas no

interior da caldeira.

Os dimetros dos tubos variam entre 2 a 4, de acordo com a aplicao.

No permitem o uso de fornalha interna, sendo completamente revestida de alvenaria.

Sua grande vantagem permitir a utilizao de qualquer combustvel, mas devido ao

alto custo do refratrio, despesas de manuteno e alto custo de instalao. Este tipo de

caldeira vem tendo sua aplicao industrial diminuda. Sua capacidade mxima de

600kg de vapor por hora com presso mxima de 16 kg/m.

CALDEIRAS LOCOMOTIVAS & LOCOMOVEIS

As caldeiras locomoveis so uma adaptao e modificao das caldeiras

locomotivas. Ainda que ideais por fcil mudana de local por serem portteis, elas tm

limitaes no servio estacionrio.

So multitubulares com a fornalha revestida completamente por dupla parede

metlica formando uma cmara onde circula gua, tendo um razovel custo de

construo. Possui vantagens de ser porttil, servio contnuo e excelente, com custo

mnimo em condies severas de trabalho, assim como uma grande capacidade de

produo de vapor em comparao com seu tamanho.

Tem como desvantagens a pequena velocidade de circulao de gua e grandes

superfcies metlicas. Suportam presses de 18 kg/m e chegam at 8000 kgVapor/h.

22

Tem aplicao em campos de petrleo, associados a mquinas de vapor na gerao de

energia, em serrarias, etc.

Figura 2-2 Caldeira Locomotivas e Locomveis

CALDEIRAS ESCOCESAS

o tipo mais moderno e evoludo de caldeiras flamotubulares,

No exige gastos com instalaes especiais ou custosas colunas de ao ou

alvenaria, bastando uma fundao simples e nivelada, as ligaes com a fonte de gua,

eletricidade e esgoto para entrar imediatamente em servio. Tm controle eletrnico de

segurana e funcionamento automtico arrancando to logo sejam ligados os

interruptores.

A caldeira consta de um corpo cilndrico que contm um tubulo sobre o qual

existe um conjunto de tubos de pequeno dimetro. Tem geralmente uma cmara de

combusto de tijolos refratrios na parte posterior, a que recebe os gases produtos da

combusto, e os conduz para o espelho traseiro.

Essas unidades operam com leo ou gs (banha derretida), sendo a circulao

garantida por ventiladores (tiragem mecnica). As unidades compactas alcanam

elevado rendimento trmico, garantindo 83%. So construdas at a mxima produo

de 10 tonV/h a uma presso mxima de 18 kg/m. Sua vaporizao especfica atinge

valores da ordem de 30 a 34 kgV/m, dependendo da perda de carga oferecida pelo

circuito.

23

Os gases circulam com grande velocidade, de 20 a 25 m/s, permitindo a

obteno de elevado ndice de transmisso de calor. A perda por radiao muito baixa,

no ultrapassando 1%.

Figura 2-3 Caldeira Escocesa

2.2 Caldeiras Aquatubulares

Tambm conhecidas como Caldeiras Tubos de gua ou Aquatubulares se

caracterizam pelo fato dos tubos situarem-se fora dos tubules da caldeira (tambor)

constituindo com estes um feixe tubular.

Diferenciam-se das Pirotubulares no fato da gua circular no interior dos tubos

e os gases quentes se acham em contato com sua superfcie externa.

So empregadas quando interessa obter presses e rendimentos elevados, pois

os esforos desenvolvidos nos tubos pelas altas presses so de trao ao invs de

compresso, como ocorre nas pirotubulares, e tambm pelo fato dos tubos estarem fora

do corpo da caldeira obtemos superfcies de aquecimento praticamente ilimitadas.

Os objetivos a que se prope uma caldeira aquotubular abrangem uma grande

faixa e em vista disto temos como resultado muitos tipos e modificaes, tais como

tubos retos, tubos curvos de um ou vrios corpos cilndricos, enfim a flexibilidade

permitida possibilita vrios arranjos.

2.2.1 Classificao

Como vimos as caldeiras aquotubulares poderiam ser classificadas de diversas

maneiras, mas iremos dividi-las em:

24

2.2.1.1 Caldeiras de Tubos Retos

Podendo possuir tambor transversal ou longitudinal, estas caldeiras so ainda

bastante utilizadas devido a possurem fcil acesso aos tubos para fins de limpeza ou

troca, causarem pequena perda de carga, exigir chamins pequenas, e porque tambm

todos os tubos principais so iguais necessitando de poucas formas especiais.

As Figuras 2-4 e 2-5 mostram dois exemplos de caldeiras aquatubulares com

tubos retos de tambor longitudinal e transversal respectivamente.

Os tubos de gua, normalmente de 4, so inclinados de aproximadamente 22,

sendo ligados nas extremidades aos coletores tambm chamados cmaras onduladas,

formando com o tubulo um circuito fechado por onde circula a gua que entra pela

parte inferior do tambor, desce pelo interior do coletor posterior e sobe pelos tubos

inclinados onde se forma o vapor. A mistura de vapor e gua ascende rapidamente pelo

coletor frontal retornando ao tambor onde tem lugar a separao entre o vapor e a gua.

Figura 2-4 Exemplo de caldeira aquatubular de tubos retos

Figura 2-5 Caldeira aquatubular de tubos retos

25

Estas caldeiras podem ser adaptadas produo de energia e possui um

aprecivel volume de gua, fator importante para vrias aplicaes. Sua superfcie de

aquecimento varia de 67 a 1.350 m, com presses de at 45 kg/m para capacidades

variando de 3 a 30 tVapor/h.

Seu inconveniente se restringe no fato de que os tubos terminam em coletores

cujas paredes devem estar em esquadro com a linha central dos tubos para que as juntas

de vapor possa se encaixar aos extremos dos tubos contra as paredes dos coletores, e por

possurem baixa vaporizao especfica, da ordem de 20 a 25 kg.Vapor/m.

2.2.1.2 Caldeiras de Tubos Curvos

A utilizao de vapor em centrais trmicas exigia geradores de grande

capacidade de produo e com isto as caldeiras de tubos curvos, devido sua ilimitada

capacidade de produzir vapor, tomaram uma posio de grande importncia para casos

desta natureza.

So compostas por tubos curvos ligados tambores e suas concepes iniciais

possuam quatro e at cinco tambores, sendo revestidos completamente por alvenaria.

Atualmente, por motivos de segurana, economia e para eliminar o uso de

peas de grande dimetro, o nmero de tambores foi reduzido a dois (2) e com um nico

tambor, sendo este ltimo aplicado a unidade de altas presses e capacidades. As

paredes de refratrio representavam um custo enorme das instalaes por isto

desenvolveram-se estudos quanto a um melhor aproveitamento do calor irradiado, e a

aplicao de paredes de gua veio eliminar o uso destes custosos refratrios.

Com o maior proveito do calor gerado, alem de reduzir o tamanho da caldeira,

promove-se uma vaporizao mais rpida e aumenta-se a vida do revestimento das

cmaras de combusto.

Este tipo de caldeira encontra uma barreira para sua aceitao comercial no que

se refere ao fato de exigirem um controle especial da gua de alimentao (tratamento

da gua), embora apresente inmeras vantagens, tais como, manuteno fcil para

limpeza ou reparos, rpida vaporizao, sendo o tipo que atinge maior vaporizao

especifica com valores de 28 a 30 kg.V/m nas instalaes normais, podendo atingir at

50kg.V/m nas caldeiras de tiragem forada.

26

2.2.1.3 Caldeiras com Circulao Forada

A diferena de pesos especficos da gua de alimentao fria, com a gua

aquecida e misturada com bolhas de vapor promove uma circulao natural da gua no

interior dos tubos. Fatores como incrustaes, variaes de carga, etc., acabam por

tornar-se obstculos a esta circulao, portanto, apesar de vrios cuidados tomados, no

se consegue uma circulao orientada, ou como chamada, uma circulao positiva.

Baseado nisto substituiu-se a circulao por gravidade pela circulao forada

por uma bomba de alimentao e com isto reduz-se o dimetro dos tubos, aumenta-se o

circuito de tubos e estes podem dispor-se em forma de uma serpentina contnua

formando o revestimento da fornalha, melhorando-se a transmisso de calor e

reduzindo-se o tamanho dos tambores, coletores e tornando mnimo o espao requerido.

Foi Mark Benson da Siemens alem o autor deste tipo de caldeira, que se

caracterizava pelo fato de no utilizarem bomba de recirculao ou tambor, trabalhando

com presses supercrticas, exigindo assim um controle rigoroso.

Aproveitando calor do superaquecedor (~4%) para a gua de alimentao, a

Sulzer apresentou seu modelo trabalhando com uma presso a 140 kgf/cm e com

sensveis aparelhos para controlar o superaquecimento desejado atravs do controle da

combusto e da circulao de gua.

Baseados no modelo da Sulzer, a La Mont e a Velox desenvolveram seus

modelos chamados de circulao favorecida por possurem uma bomba de

recirculao que trabalha no primeiro caso com presses superiores da caldeira de

40lb/pol em mdia, tendo aplicao satisfatria em caldeiras de recuperao

consumindo menos de 1% da energia produzida.

Na caldeira Velox, que alcana rendimento trmico de at 90% e por isto vem

adquirindo grande aceitao na Europa, os gases da cmara de combusto so

comprimidos de 1 a 2 kgf/cm por meio de um ventilador acionado por uma turbina a

gs que utiliza os gases de escape da caldeira. Devido a compresso, ha um aumento da

densidade dos gases e de sua velocidade at valores prximos a 200 m/s, melhorando-se

assim a transmisso de calor em alguns casos com coeficientes 15 vezes maiores que

nos casos comuns.

Por este motivo a caldeira requer aproximadamente l/4 do espao e pesa um

stimo (1/7) do valor de geradores convencionais de mesma capacidade de produo de

vapor. Outras vantagens atribudas a este tipo so uma resposta rpida aos controles e

27

rpida entrada em funcionamento (5 a 7 minutos), alcanando uma vaporizao

especifica de ate 500 kg.v/m.h.

A Figura 2-6 abaixo representa uma caldeira de circulao forada com

recirculao. O vapor produzido e a gua sem vaporizar entram em um cilindro vertical

no qual canais centrfugos dirigem a gua para o fundo e o vapor saturado sobe pelo

centro. A gua volta a entrar na bomba de circulao de onde injetada no gerador de

novo.

Figura 2-6 Caldeira de circulao forada com recirculao

Um gerador deste tipo produz aproximadamente 2.750 kg.v/h ocupando um

espao de 2,1 x 2,1m.

As caldeiras de circulao forada devido, entre outras coisas, a serem mais

leves, formarem vapor praticamente seco ou superaquecido e instantaneamente,

ocuparem menor espao e possurem grandes coeficientes de transmisso de calor,

pareciam tomar conta completamente do mercado, porm o seu uso apresentou certos

inconvenientes como super sensibilidade, paradas constantes por mnimos problemas,

etc., o que levou La Mont a elaborar juntamente com W. Vorkauf um outro tipo sem

bomba de alimentao (circulao natural), porm com tubulo ligado tubos de grande

dimetro que por sua vez se ligam ao feixe de troca de calor de tubos com dimetros

menores (Figura 2-7). Este tipo teve grande aceitao dos usurios, pois aproveitou as

vantagens das caldeiras de circulao forada e eliminou os defeitos das mesmas.

28

Figura 2-7 Caldeira de La Mont e W. Workauf de circulao natural, porm com tubulo ligado tubos

de grande dimetro que por sua vez se ligam ao feixe de troca de calor de tubos com dimetros menores.

2.2.2 Aplicao e Utilizao das Caldeiras Aquotubulares

As caldeiras tubos de gua perseguem os mesmos objetivos de uma caldeira

qualquer, isto , custo reduzido, compacta cidade, ser acessvel, tubos com forma

simples, boa circulao, coeficiente de transmisso de calor elevado e alta capacidade

de produo de vapor. Poderia se dizer que este tipo atinge todos ou quase todos dos

objetivos pretendidos, como por exemplo, a sua limpeza facilmente realizada pois as

incrustaes so retira das sem dificuldade utilizando um dispositivo limpa-tubo movido

com gua ou ar.

Possuem as mais variadas aplicaes industriais sendo tambm usadas para

caldeiras de recuperao e aplicaes martimas, tipo este estudado com maiores

detalhes por Engenheiros Navais. Porm, destacamos sua utilizao em centrais

trmicas onde trabalham com elevadas presses de ate 200 kg/m e capacidades

atingindo valores de aproximadamente 800 t.V/h.

Com respeito s grandes centrais trmicas, no e raro um alto consumo de

combustve1 e por isto qualquer aumento de rendimento, por menor que seja, torna-se

econmico mesmo se os investimentos aplicados forem grandes.

Em caldeiras de presses elevadas, devido aos grandes esforos aplicados, os

tambores resultam um custo muito elevado por isto conclui-se que seu nmero e

tamanho deva ser o menor possvel, e isto funo dos seguintes fatores:

29

Rendimento

Tipo de combustvel

Natureza da carga

Presso de trabalho

Ampliaes futuras

Espao disponvel e

Condies do clima

Em resumo, as caldeiras aquatubulares so empregadas quase exclusivamente

quando interessa obter elevadas presses grandes capacidades e altos rendimentos.

3 CALDEIRAS DE RECUPERAO

3.1 INTRODUO TERICA

As caldeiras de recuperao tm por funo a gerao de vapor a partir do licor

de negro e recuperar os qumicos utilizados no processo de cozimento.

As caldeiras de recuperao so caldeiras aquatubulares de fabricao especial,

desenvolvidas para a recuperao de produtos qumicos, queimando para isso o licor

rico em matria orgnica proveniente do processo de cozimento da madeira em um

ambiente redutor (pobre em oxignio). A fornalha destas caldeiras desenvolvida de

forma a facilitar a remoo e o resfriamento do smelt que composto de

aproximadamente 2/3 de Na2CO3 e 1/3 de Na2S, contendo tambm pequenas

quantidades de Na2SO4 e carbono.

O licor contendo cerca de 25% de gua pulverizado no interior da fornalha

por bicos que o transformam em gotculas. Essas gotculas devem ser grandes o

suficiente para prevenir seu arraste para as regies superiores da caldeira, e pequenas o

suficiente para que estejam secas antes de atingirem a camada de fundido evitando

assim o contato da gua com o smelt.

O licor negro queima em estgios sobrepostos, de maneira similar a outros

combustveis slidos e lquidos. Os quatro principais estgios so a secagem, a

devolatilizao (pirlise), a queima do carbono, e a coalescncia e reaes do smelt.

A parte orgnica do licor consiste de produtos degradados de lignina,

polissacardeos e alguns extrativos. Quando a temperatura das gotculas se aproxima de

30

200 C esses produtos comeam a sofrer degradao trmica, liberando CO2, CO, H2O,

H2S, NO, NH3, hidrocarbonetos leves, mercaptanas e outros compostos

organossulfurados. Esse processo chamado devolatilizao. O slido restante contm

material orgnico no voltil, principalmente carbono, juntamente com a maioria do

material inorgnico.

Ao final da etapa de devolatilizao cerca de 50% do carbono presente

inicialmente no licor se transforma em compostos volteis. O slido orgnico restante

na partcula passa ento a terceira etapa, juntamente com o material inorgnico, onde ir

reagir com oxignio, CO2 e vapor dgua e se transformar principalmente em CO

(monxido de carbono). No processo o sulfato reage com o carbono, o CO e hidrognio

e reduzido a sulfeto. A seguir so listadas as principais reaes que ocorrem na

camada de fundido e no smelt.

As Caldeiras de Recuperao tm duas funes principais, que so:

recuperao dos materiais inorgnicos presentes no licor negro e a combusto dos

constituintes orgnicos, de modo a gerar vapor para energia e para o processo.

Figura 3-1 Caldeira de Recuperao com indicao das principais regies

31

Caldeiras de Recuperao possuem duas diferentes sees principais: a seo

da fornalha e a seo de transferncia de calor. Toda mistura e combusto do

combustvel e do ar realizada na seo da fornalha, onde por volta de 40% da

transferncia de calor dos gases de combusto podem ser realizadas. A transferncia de

calor para a gua da caldeira para gerar vapor de alta presso ento finalizada na seo

transferncia de calor convectiva.

Seo da fornalha: a seo da caldeira onde so admitidos os sistemas de ar

primrio, secundrio e tercirio, em diferentes nveis, bem como o licor negro a ser

queimado. Suas paredes so construdas com tubulaes alinhadas verticalmente e

interligadas em suas extremidades, sendo que na extremidade superior ligam-se aos

coletores de vapor (que por sua vez se ligam ao balo de vapor) e na extremidade

inferior ao coletor de gua (que se ligam aos downcomers). As paredes da fornalha

possuem aberturas (atravs dos desvios de tubulaes) para portas de visita, sistemas de

alimentao de ar (primrio, secundrio e tercirio), para os bicos de asperso de licor e

para os queimadores de carga e partida.

O limite entre a seo da fornalha e a seo de transferncia de calor no existe

fisicamente, mas pode-se considerar na altura do nariz da fornalha (bullnose), cujos

objetivos principais so desviar os gases de sada, induzindo-os a passar pelo sistema de

superaquecedores e tambm proteger os superaquecedores da radiao intensa

proveniente da fornalha.

Seo de transferncia de calor: nessa seo, situada acima da fornalha, esto

os sistemas de superaquecedores, convectores (boiler bank) e de economizadores.

Os superaquecedores consistem em sistemas de tubulaes pela qual passa

vapor saturado proveniente do balo de vapor e, devido ao contato desta tubulao com

os gases quentes de sada, tero sua temperatura e presso elevado. Localizam-se a

frente dos convectores e acima do nariz da fornalha, possuindo quantidade de feixes de

tubulaes e arranjo distintos, dependendo do fabricante e da tecnologia adotada.

Os convectores encontram-se aps os superaquecedores e antes dos

economizadores. So compostos por feixes de tubulaes interligadas aos bales da

caldeira (dependendo da tecnologia utilizada tm-se 1 ou 2 bales) que recebem a gua

aquecida nos economizadores e trocam calor com os gases de combusto vindos dos

superaquecedores, atravs de um processo de circulao natural (conveco).

Os economizadores tambm so feixes de tubulaes que tm como objetivo

aquecer a gua de alimentao da caldeira em contracorrente com os gases quentes que

32

passaram pelos convectores, aproveitando ainda mais sua energia. Existem em nmero

de dois ou trs feixes, dependendo do fabricante e da tecnologia adotada.

3.2 INSPEO PERIDICA EM CALDEIRAS DE RECUPERAO

3.2.1 Generalidades

3.2.1.1 Objetivo e Campo de Aplicao desta Recomendao

Por razes de segurana, normas tcnicas e legais vigentes no Brasil

preceituam que caldeiras de qualquer tipo sejam inspecionadas com regularidade. Estas

normas estabelecem procedimentos, prazos, responsabilidades e demais requisitos para

estas inspees. H, contudo um reconhecimento geral, na indstria de celulose, de que

a segurana das caldeiras de recuperao de lcalis requer cuidados de inspeo que

transcendem as exigncias oficiais genricas para geradores de vapor, contidas nas

normas acima citadas. Com isto, configura-se a necessidade de que o escopo tcnico

aplicvel inspeo de caldeiras de recuperao esteja definido. O presente documento,

respeitando inteiramente os regulamentos oficiais vigentes, tem o objetivo de delinear e

complementar este escopo recomendvel de exames, de forma coerente com a

criticidade e o risco associado s caldeiras de recuperao de lcalis da indstria de

celulose.

3.2.1.2 Princpios e orientaes gerais para a inspeo de caldeiras de recuperao

de lcalis [4]

Deve ser elaborado e mantido pelo proprietrio da caldeira um

programa de inspeo documentado, detalhado e individual para cada

caldeira, levando-se em conta diferenas de concepo, idade,

condies de operao e outras particularidades. Este programa deve

ser continuamente revisado e atualizado, levando em considerao

novas observaes e experincias. Prioritariamente o programa deve

observar a conformidade aos requisitos legais, conforme enfatizado em

3.2.1.1.

33

Registros histricos de cada inspeo devem ser mantidos

documentados para futura referncia.

As inspees devem ser executadas por agente qualificado, podendo ser

pessoal prprio ou contratado.

Por ocasio das inspees, quaisquer anomalias j conhecidas pelo

proprietrio da caldeira devem ser reportadas ao inspetor comissionado

para os trabalhos.

Todas as especificaes, critrios e padres gerais de aceitao que

possam vir a ser necessrios (ex: descrio dos materiais, espessura

mnima de tubos, valores de ajuste de vlvulas de segurana,

parmetros do teste hidrosttico, etc.), devem estar prontamente

disponveis nestas ocasies, evitando dvidas e equvocos.

As inspees devem ser constitudas de exame interno, exame externo e

testes complementares. Cada uma destas etapas descrita neste

documento de forma sucinta, como orientao apenas. Cabe ao inspetor

utilizar sua experincia e conhecimento para determinar a extenso,

abrangncia e detalhamento das verificaes e ensaios a serem

aplicados. necessrio que sejam gerados relatrios escritos

conclusivos sobre os exames realizados e recomendaes deles

resultantes.

O inspetor dever certificar-se de que todos os reparos e modificaes

advindas das inspees sejam executados em conformidade com as

normas e cdigos de projeto e construo da caldeira, conforme

estabelecido pela legislao vigente.

34

3.2.2 Preparativos

Procedimentos de segurana ocupacional prvios inspeo,

especialmente bloqueio e sinalizao dos itens cujo acionamento

acidental possa ser perigoso, devem ser rigorosamente providenciados,

com suficiente antecedncia.

Recomenda-se que se proceda uma verificao interna preliminar

limpeza da caldeira, de forma a observar as possveis incrustaes,

obstrues e depsitos excessivos, sua natureza e localizao, arranjo

do fundido remanescente, etc. Entretanto esta verificao deve ser

cercada das precaues de segurana exigveis, especialmente quanto

possvel queda de blocos de sulfato.

As cinzas remanescentes devem ser removidas por lavagem a alta

presso com gua quente. A lavagem deve ser estendida, inundando-se

a fornalha com gua atravs dos sopradores de fuligem e queimadores

de licor (bocais spray tm que ser removidos). A qualidade da limpeza

resultante deve ser cuidadosamente avaliada antes do encerramento

definitivo da lavagem, e antes que se iniciem quaisquer atividades de

manuteno na caldeira. Especial ateno deve ser dada remoo de

formaes de sulfato que eventualmente ficam presas ao teto, paredes e

painis aps a lavagem, evitando acidentes com sua queda durante os

trabalhos internos.

Todas as portas de visitas e outras aberturas da caldeira precisam ser

abertas. Aps a abertura das portas dos bales, ar frio deve ser insuflado

em seu interior para promover um resfriamento mais rpido.

Iluminao geral interna de baixa voltagem deve ser providenciada,

bem como luminrias manuais para todas as partes a serem localmente

examinadas.

35

O teto de segurana precisa obrigatoriamente ser montado antes que

qualquer trabalho seja iniciado na fornalha baixa. Deve ser observada a

perfeita vedao entre as partes do teto de segurana e as paredes da

caldeira, garantindo que no haja aberturas que possam permitir a

queda de materiais na fornalha. essencial proceder-se a uma

cuidadosa inspeo das vigas e demais elementos que compem o teto

de segurana, antes de cada montagem e utilizao do mesmo.

Um andaime rgido e seguro deve ser erguido para possibilitar a

inspeo em toda a altura da fornalha, bem como em todas as linhas de

sopragem nos superaquecedores, at o teto. importante que o andaime

proporcione, quando possvel, fcil acesso entre os diferentes nveis dos

superaquecedores, e nunca obstrua bocas de visita. Plataformas devem

ser montadas nos funis de cinzas sob a bancada e economizador. O

acesso a outros stios de interesse alm dos citados, se solicitado pelo

inspetor comissionado, deve ser providenciado sem restries.

A limpeza mecnica e preparao das superfcies para inspeo e

ensaios devem ser feitas pelos meios adequados e com mximo

cuidado, a fim de se evitar a abraso excessiva dos tubos e

conseqentes perdas de espessura. Precaues especiais se aplicam ao

uso de jato de areia, pelas razes expostas.

recomendvel, especialmente se houver qualquer suspeita do

vazamento na caldeira, a execuo de um teste de estanqueidade na

mesma (com no mais que a presso de operao) no incio da parada,

antecedendo as inspees propriamente ditas. Esta providncia permite

evidenciar os possveis vazamentos em tempo hbil para sua correo,

evitando a sua constatao apenas no teste hidrosttico final.

36

3.2.3 Exame Interno

O exame visual interno em uma caldeira de recuperao de lcalis deve ser

extensivo e detalhado, sendo recomendvel que seja executado anualmente. Abaixo so

descritos os procedimentos gerais para este exame.

3.2.3.1 Lado de gases

EXAME VISUAL

Os tubos da caldeira devem ser examinados visualmente com foco em

corroso, eroso, desalinhamento, deformaes, amassamento,

empolamento, inchamento, porosidade, trincas, rupturas, descolorao,

alteraes da textura do material, etc. Deve verificar os tubos tambm

quanto a danos mecnicos decorrentes de possvel interferncia fsica

indevida entre componentes da prpria caldeira, limpeza da caldeira

com instrumentos pontiagudos, colises com sopradores de fuligem,

queda de objetos pesados, etc. Tubos de cortina e do fundo da fornalha

so particularmente sujeitos a danos por queda de grandes formaes de

sulfato, que se desprendem das partes altas da caldeira.

Aletas, membranas, chapas de vedao tipo crotch-plate, grampos,

espaadores, suportes e outros elementos soldados devem ser

atentamente examinados quanto a possveis trincas, que podem se

propagar para os tubos. Este problema assume maior criticidade quando

ocorrido em locais passveis de contato gua-fundido. As aberturas das

bicas de fundido e bocais de ar primrio so, portanto, locais em que se

recomenda mxima ateno.

Caldeiras de um balo que possuam convector do tipo long-flow, assim

como certos tipos de economizadores longitudinais, apresentam s

vezes suscetibilidade a vibraes, e deve-se verificar a existncia de

trincas nos coletores, soldas e suportes.

37

Tubos compostos so sujeitos ocorrncia de trincas e eroso, devendo

ser examinados com este foco.

A pinagem protetora, quando existente, deve ser inspecionada,

controlando-se o comprimento remanescente dos pinos, uma vez que

estes se desgastam por ao de corroso e eroso. Outros elementos da

caldeira sujeitos a mecanismos similares de desgaste so bocais de ar de

combusto e queimadores.

Recomenda-se uma verificao amostral das condies dos tubos do

fundo da caldeira a cada cinco anos em caldeiras de fundo plano. Para

tanto podem ser abertas uma ou mais janelas pequenas (1 x 1 m, por

exemplo) no refratrio do piso, de forma a permitir uma verificao

visual dos tubos que compem o fundo, e a sua medio de espessura

conforme descrito no item 3.1.2. Para unidades com fundo inclinado a

inspeo nesta regio deve ser anual. Dada a diversidade de materiais,

tipos de tubos e formas construtivas de fundos de caldeiras de

recuperao, esta recomendao, aqui dada de forma genrica, devem

ser cuidadosamente adaptada s condies particulares da caldeira em

questo. Ateno especial deve ser dada aos tubos do fundo, dos cantos

em caldeiras que tenham sofrido redimensionamentos importantes de

capacidade devido a possveis alteraes de circulao (estas,

verificveis por tubos Pitot). Nota: extremo cuidado deve ser exercido

na remoo do refratrio, para evitar danos mecnicos aos tubos.

Suportes, tirantes, chicanas e grampos anti-vibrao devem ser

examinados quanto sua fixao, partes faltantes ou soltas, atritos e

interferncias indevidas.

Refratrios de um modo geral devem ser avaliados quanto ao seu

possvel desgaste, fragmentao, deteriorao, situao da ancoragem e

at mesmo se ainda permanecem nos locais originais.

38

Recomenda-se fortemente que as bicas de fundido sejam substitudas a

cada campanha anual. Se isto no ocorrer por alguma razo,

imperioso submet-las a inspeo criteriosa incluindo ensaios no-

destrutivos para determinar sua espessura remanescente, e eventual

degradao (corroso, eroso e trincas), especialmente micro-trincas no

material do leito. Nota: bicas substitudas devem ser inutilizadas

imediatamente para evitar sua reutilizao, inclusive por terceiros, de

forma inadvertida ou mal-intencionada. As bicas usadas devem,

contudo, ser objeto de avaliao com vistas a informaes de interesse

para o histrico da caldeira (por exemplo, verificar se est havendo

trincas ou no).

O penthouse e o lower plenum devem ser examinados visualmente,

com foco no estado de elementos estruturais ali alojados, corroso em

geral, invlucros, isolamentos, possveis infiltraes e acmulos de

sulfato, estado de refratrios e selos, estado de termopares e conexes

de tubos Pitot. Especialmente deve ser verificada a condio de

coletores, distribuidores e tubos, e as conexes entre eles. Em alguns

tipos de caldeiras, necessrio inspecionar o sistema de suportao dos

superaquecedoes, quanto a trincas. Possveis vazamentos de fundido

devem ser pesquisados no plenum.

Inspeo similar descrita no item anterior, no que for aplicvel, deve

ser executada no vestbulo posterior ao nariz.

ENSAIOS NO-DESTRUTIVOS

Medies de espessura

Medies ultra-snicas de espessura peridicas so essenciais para controlar a

vida til dos tubos, detectarem desgastes anormais e confirmar a Presso Mxima de

Trabalho Admissvel (PMTA) da unidade. Abaixo so recomendadas linhas gerais para

um plano de prospeco ultra-snica para medio de espessura:

39

Ressalta-se aqui, uma vez mais, que o plano deve ser individualizado para cada

caldeira, levando-se em conta sua concepo, idade, histrico de corroso, etc. As

medies de espessura devem ser sempre complementadas com uma cuidadosa inspeo

visual quanto a perdas de material dos tubos, por exemplo, com o uso de uma lanterna

em ngulo. As medies so feitas em um arranjo lgico de localizaes (exemplo: a

cada 6 metros, de 5 em 5 tubos), resultando em uma densidade de medies adequada a

cada caso, e para cada parte da caldeira. Vrios milhares de pontos podem ser

necessrios em uma inspeo, para proporcionar uma adequada avaliao da unidade.

O arranjo de medies tambm deve ser tal que permita boa repetibilidade dos ensaios

em inspees subseqentes. Tipicamente as medies de espessura so feitas a cada

ano. Este perodo, bem como a densidade de pontos, pode ser ajustado dependendo dos

resultados. Abaixo so recomendadas prticas para prospeco de cada parte da

caldeira.

Os tubos de fornalha so medidos entre 3 e 6 nveis ou elevaes,

dependendo do tipo de proteo contra corroso existente.

Prioritariamente so medidos os nveis de ar de combusto e

queimadores, e os tubos curvados ao redor das diversas aberturas da

fornalha. Em reas crticas recomendado que a medio seja feita em

trs pontos da semicircunferncia do tubo exposta aos gases, ao invs

de uma nica medio central. Partes como o nariz, que sabidamente

experimentam maior desgaste, tambm devem receber ateno especial

nas medies. As regies altas da fornalha e teto, em contrapartida,

geralmente apresentam baixas taxas de corroso e podem ser

examinadas com menor freqncia.

Os tubos de superaquecedores so medidos prioritariamente em partes

curvas. Contudo medem-se tambm partes retas, preferencialmente nas

linhas de centro de sopragem.

Os tubos de economizadores devem ser medidos com prioridade para as

partes inferiores, mais frias, e nas linhas de sopragem. Cuidado especial

deve ser tomado para verificar a chamada corroso do lado frio,

prxima ao invlucro, estendendo-se as medies ultra-snicas a estes

40

locais se necessrio. Isto se aplica de forma especial quando o invlucro

estiver corrodo nas regies prximas s entradas de sopradores de

fuligem.

Os tubos de cortina so medidos em 2 a 5 nveis (este nmero pode ser

maior dependendo das caractersticas da cortina). As partes prximas s

penetraes das paredes, tubos curvados e trechos retos nas regies de

sopragem so os focos de interesse principal.

Os tubos de bancada devem ser medidos prximo aos bales, se for o

caso, em partes curvadas e nas linhas de sopragem

Tubos com sinais visuais evidentes de desgaste ou corroso anormais

devem ser medidos independentemente da sua localizao.

essencial verificar freqentemente a calibrao do aparelho, durante os

trabalhos de medio de espessura.

Outros ensaios no-destrutivos

Ensaios no-destrutivos clssicos so usados para evidenciar

descontinuidades em partes pressurizadas e estruturais. Abaixo so

dadas algumas recomendaes especficas do emprego destes ensaios,

tpicas nas inspees peridicas da caldeira de recuperao:

Lquidos penetrantes ao redor nas aberturas das bicas de smelt. Nas

fornalhas de tubos compostos, onde a experincia tenha mostrado uma

incidncia aprecivel de trincas, o ensaio tambm deve ser estendido s

portas de ar de combusto e demais aberturas da fornalha baixa.

Lquidos penetrantes em espaadores ou soldas de painis de screen,

quando o painel em questo tiver sido deformado por queda de blocos

de sulfato.

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Radiografia para controle da qualidade de eventuais soldas de

manuteno em partes pressurizadas. necessrio radiografar 100%

das soldas executadas em tubos de gua na regio da fornalha, assim

como em quaisquer outras localizaes que teoricamente possam

originar vazamentos para a fornalha.

Ensaio IRIS nos tubos do banco de conveco, quando houver suspeita

de reduo da espessura.

Outros ensaios no-destrutivos, ou os ensaios acima em localizaes

diferentes das citadas, devem ser aplicados segundo necessidades

especficas e/ou suspeitas levantadas nos exames visuais. Mtodos

especializados de ultra-som como B-Scan e o prprio IRIS, por

exemplo, so indicados para exame de grandes reas ou locais com

limitao de acesso.

3.2.3.2 Lado de gua e vapor

Por ocasio da inspeo peridica, a qualidade da gua de alimentao

(incluindo gua de alimentao principal, de reposio e dos

condensados que retornam caldeira) avaliada. Uma inspeo interna

nos bales e coletores torna isto possvel. No caso dos coletores, devem

ser removidos caps para possibilitar esta visualizao, e tambm ser

feita retirada de amostras dos depsitos internos e possveis detritos,

que sero analisadas por agente competente. Falhas ou deficincias da

camada de xido protetor, depsitos excessivos, corroso, pitting,

eroso, e outras irregularidades associveis qualidade da gua so,

portanto evidenciadas neste exame dos bales e coletores. Tambm

podem ser cortados trechos de tubos para permitir anlise dos depsitos

internos.

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Os internos do balo de vapor, nomeadamente defletores, telas

separadoras de umidade, tubulaes de alimentao de gua e de

dosagem de produtos qumicos, devem ser verificados quanto sua

adequada instalao e fixao, e ao seu estado geral. Observar nesta

ocasio a linha dgua no balo, o que fornecer indcios acerca do

controle de nvel no mesmo.

A inspeo nos bales, alm dos fatores acima, deve incluir o exame

quanto a trincas e rupturas. Ateno especial deve ser dada s

extremidades expandidas de tubos mandrilados e respectivas soldas de

selagem, recorrendo-se a ensaios no-destrutivos se necessrio. Isto se

aplica especialmente aps eventual lavagem qumica.

Investigao com foco em corroso e eroso nas partes em contato com

a gua, feita, por exemplo, por meio de radiografia se houver indcios

apontando para isto.

Recomenda-se, quando da inspeo do balo de gua, a instalao de

tampas nas aberturas dos downcomers, presas com correntes no lado

externo do balo, evitando-se que objetos caiam acidentalmente nestes

locais.

3.2.4 Exame Externo

O exame visual externo em uma caldeira de recuperao de lcalis tambm

deve ser extensivo e detalhado. Embora tenha menor abrangncia e profundidade que o

exame interno, pode ainda assim proporcionar informaes de grande relevncia ao

inspetor. Abaixo so dadas linhas gerais para o exame externo, subdividindo-o em: parte

exterior da caldeira, e acessrios e rgos perifricos.

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3.2.4.1 Parte exterior da caldeira

Deve ser feita uma inspeo cuidadosa na estrutura, buckstays, tirantes,

isolamento trmico, invlucros, portas, visores, instrumentos, windboxes, funis de

cinzas, escadas e corrimos, plataformas, pisos, vias de evacuao em emergncia,

sinalizao, etc. Recomenda-se periodicidade semestral para esta inspeo, que pode ser

conduzida com a unidade em operao.

3.2.4.2 Acessrios e rgos perifricos caldeira

Muitos destes itens requerem a parada da unidade para serem inspecionados. A

periodicidade recomendada , portanto anual, juntamente com o exame interno. Os

principais esto destacados abaixo:

Tanque de dissoluo: antes da limpeza, verificar quanto a acmulos

irregulares de fundido, que indicam deficincia da agitao. O estado

do costado deve ser avaliado externa e internamente. Se for construdo

em ao carbono revestido em ao inoxidvel, eventuais falhas deste

revestimento, expondo o substrato de ao carbono ao produto corrosivo,

devem ser pesquisadas, uma vez que daro origem a pontos de severa

corroso localizada. Devem ser examinados os agitadores com foco em

seus suportes de fixao (que podem ter trincas), estado das telas de

proteo e desgaste dos rotores. Inspecionar o estado e possveis

obstrues das linhas de licor verde, fragmentadores de licor verde a

vapor, chuveiros de recirculao e outros internos do tanque.

Sopradores de fuligem: inspecionar quanto ao alinhamento e possvel

existncia de trincas, corroso e eroso nas lanas, estas ltimas

ocasionadas geralmente por inadequada purga de condensado. Deve-se

adotar como procedimento a inspeo por gamagrafia (radiografia

utilizando raios gamas) nas soldas de lanas novas e reparos

executados, conferindo-lhes maior segurana contra defeitos que

poderiam causar o rompimento do tubo e sua projeo para o interior da

caldeira. Deve ser examinada por END com especial ateno a solda de

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unio entre as ponteiras e as lanas. Observar o estado das caixas de

selagem dos sopradores, montadas junto s penetraes nas paredes da

caldeira. Proceder tambm a uma verificao da estanqueidade das

vlvulas do sistema. Confiabilidade adicional quanto segurana dos

sopradores de fuligem pode ser alcanada executando-se testes

funcionais e dinmicos com os mesmos. O teste, conduzido a seco

durante a parada da unidade, feito inserindo-se completamente a lana

de cada soprador, enquanto um inspetor observa os seguintes aspectos:

(a) curso da lana, certificando-se que a mesma no se aproxima

demasiadamente, ou mesmo colide, com a parede oposta; (b) as

condies e funcionamento das chaves-limite e batentes mecnicos de

fim-de-curso, devendo a fixao (deste ltimo) ser verificada por

lquidos penetrantes; (c) o empeno ou descentralizao da lana ao

longo do percurso, com possveis atritos laterais com painis de tubos

adjacentes; (d) condies de desgaste e desalinhamento, bem como

rudos anormais, dos roletes de apoio da lana; (e) funcionamento

adequado do sistema de indexao, se existente.

Tanque de gua de alimentao e desaerador: devem ser examinados

com foco na qualidade da gua conforme descrito em 3.2 (1),

atentando-se para depsitos e a presena de materiais estranhos em seu

interior. Verifica-se tambm o estado dos internos do desaerador,

especialmente fixao das bandejas e bicos spray. De forma geral estes

vasos devem receber o mesmo tratamento de inspeo e END aplicvel

a vasos de presso em geral, inclusive com atendimento aos requisitos

legais.

Linha de gua de alimentao: est sujeita perda de espessura causada

por corroso acelerada por fluxo, podendo resultar em rup

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PLANO OTIMIZADO DE INSPEÇÃO DE MEDIÇÃO DE ESPESSURA ...mecanica.ufes.br/sites/engenhariamecanica.ufes.br/files/field/... · Figura 3-4 Aparelho medidor de espessura por ultra-som