Caldeiras

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<p>Curso de Inspetor de Equipamentos</p><p>Educação a distância</p><p>Módulo 5</p><p>CALDEIRAS</p><p>1</p><p>1.0 INTRODUÇÃO</p><p>Depois da água, o vapor é o fluido mais utilizado nos processos industriais e na área de conforto</p><p>térmico. Sua utilização se dá em diferentes condições e para os mais variados fins, tais como:</p><p>• Geração de energia elétrica (turbina a vapor + gerador elétrico)</p><p>• Transmissor de força motriz para o acionamento de turbinas, compressores e ventiladores;</p><p>• Fonte de calor com vapor superaquecido (óleo e gás, petroquímica e farmacêutica);</p><p>• Controle de temperatura em reações químicas;</p><p>• Auxiliar no processo de destilação;</p><p>• Aquecimento do meio ambiente na área de conforto térmico com vapor saturado (hotel,</p><p>cozinha e lavanderia);</p><p>• Prevenção e combate a incêndios;</p><p>• Agente de limpeza, deslocando graxas e óleos;</p><p>• Acelerador das limpezas alcalinas e ácidas;</p><p>• Limpeza de equipamentos.</p><p>• Compressão de gás (turbina a vapor + compressor)</p><p>• Refino de petróleo (torres, vasos, permutadores e bombas)</p><p>A principal função de uma caldeira é receber água líquida e energia gerando vapor. Isto é</p><p>conseguindo pelo aquecimento de uma certa quantidade de água no interior da mesma, figura 1.</p><p>O vapor pode ser gerado tanto eletricamente como pela queima de combustíveis em sua fornalha.</p><p>Figura 1 – Circuito das águas</p><p>CALDEIRAS</p><p>2</p><p>A produção de vapor por uma caldeira é uma operação necessária em quase todos os processos</p><p>industriais, além de estar presente também em muitos estabelecimentos comerciais e</p><p>hospitalares.</p><p>A água e os combustíveis a serem utilizados:</p><p>Água</p><p>• Tratamento em estágios</p><p>• Bruta – desmineralizada/polida</p><p>• Remoção de sais solúveis (Ca e Mg)</p><p>• Desaeração , pH, temperatura e pressão</p><p>Combustivel</p><p>• Óleo (teor de enxofre)</p><p>• Gás</p><p>• Outros: madeira, bagaço de cana, carvão, entre outros.</p><p>2.0 DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA</p><p>A seguir estão indicados as normas que foram utilizadas como consulta para elaboração deste</p><p>texto e cuja consulta pode ser necessária durante as inspeções em caldeiras.</p><p>2.1 Normas Regulamentadoras</p><p>• NR-13 – Caldeiras, Vasos de Pressão, Tubulações e Tanques Metálicos de Armazenamento;</p><p>• NR-26 – Sinalização de Segurança;</p><p>• NR-33 – Segurança e Saúde no Trabalho em Espaços Confinados;</p><p>• NR-35 – Trabalho em Altura.</p><p>2.2 ABNT NBR ISO 16035-1 a 6 – Caldeiras e Vasos de Pressão – Requisitos para Construção</p><p>2.3 ABNT NBR ISO 16528-1 – Caldeiras e Vasos de Pressão – Requisitos de Desempenho</p><p>CALDEIRAS</p><p>3</p><p>2.4 ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section I: Rules for Construction of Power Boilers. ASME</p><p>Section VII (Recommended Guidelines for the Care of Power Boilers)</p><p>2.5 National Board Inspection Code – NBIC.</p><p>2.6 ASME Sec. V – Nondestructive Examinations.</p><p>2.7 API RP 571 – Damage Mechanisms Affecting Fixed Equipment in the Refining Industry.</p><p>3.0 TIPOS DE CALDEIRAS</p><p>Basicamente são dois tipos de caldeiras.</p><p>Caldeiras elétricas são equipamentos mais simples e, em média, mais baratos do que as caldeiras</p><p>a combustão de mesma capacidade e pressão de geração, figura 2. Elas não requerem muito</p><p>espaço para a sua instalação, e, muitas vezes, dispensa pessoal exclusivo para o seu</p><p>acompanhamento operacional. Sua eficiência não varia significativamente com a carga. A</p><p>temperatura máxima em contato com este tipo de equipamento é a temperatura do vapor, o que</p><p>faz com que a sua taxa de deterioração e a necessidade de manutenção sejam reduzidas, uma vez</p><p>que não há grande quantidade de refratários ou internos para serem trocados. Elas não geram</p><p>vapor superaquecido, apenas vapor saturado e água quente. Também não poluem a atmosfera e</p><p>tem baixo nível de ruído.</p><p>Figura 2 – Caldeira elétrica</p><p>CALDEIRAS</p><p>4</p><p>Já as caldeiras a combustão, além de serem mais caras, exigem normalmente, mais espaço para</p><p>sua instalação e pessoal especializado para a sua operação, figura 3. Elas são submetidas a</p><p>temperaturas elevadas e, estão sujeitas a diversos tipos de deterioração em várias de suas partes.</p><p>Isso faz com que seja fundamental: o seu acompanhamento operacional, a inspeção e a</p><p>manutenção; de forma periódica. Elas também sofrem grande variação de eficiência conforme a</p><p>sua carga operacional. Além disso, elas podem ser projetadas para gerar não somente vapor</p><p>saturado, mas também vapor superaquecido em qualquer pressão e cargas variadas. Isto as torna,</p><p>praticamente, a única opção para grandes indústrias que necessitam de vapor para aquecimento e</p><p>para movimentação de equipamentos. Estes tipos de caldeiras poluem a atmosfera e trabalham</p><p>gerando grande nível de ruído.</p><p>Figura 3 – Caldeira a Combustão</p><p>As caldeiras a combustão se dividem, basicamente em dois tipos básicos: caldeiras fogotubulares</p><p>(ou flamotubulares) e caldeiras aquatubulares.</p><p>3.1 Caldeiras Fogotubulares</p><p>Também conhecidas como flamotubulares, caracterizam-se por serem equipamentos simples que</p><p>trabalham com pressões (de 4 a 20Kgf/cm²) e taxas de vaporização limitadas, destinando-se a</p><p>pequenas produções de vapor saturado até 10 ton/h.</p><p>O modelo mais comum é constituído de um corpo cilíndrico com dois espelhos fixos, nos quais os</p><p>tubos contidos no seu interior são mandrilados ou soldados. Estes tubos internos são um tubo</p><p>CALDEIRAS</p><p>5</p><p>central de fogo, normalmente de diâmetro maior que os demais, que se dispõem em duas ou mais</p><p>passagens, por onde fluem os gases. A água, entrando no corpo cilíndrico e envolvendo os tubos, é</p><p>aquecida pelo fogo e pelos gases que circulam no interior dos tubos lisos ou corrugados, até a sua</p><p>vaporização. Este vaso externo é o determinante da pressão de operação e, quanto maior a</p><p>espessura de sua chapa, maiores a pressão do vapor e de seu custo. Já a sua manutenção, como</p><p>dito anteriormente, é mais fácil, uma vez que consiste basicamente da troca de tubos, como num</p><p>trocador de calor de feixe tubular.</p><p>Como vantagem principal a facilidade de colocação e retirada em operação, o baixo custo e a</p><p>maior tolerância para trabalho com águas não tratadas.</p><p>Como principais desvantagens destacamos: baixo rendimento térmico, baixa capacidade de</p><p>produção, baixas pressões de operação e inviabilidade de produzirem vapor superaquecido.</p><p>A inspeção a frio é realizada com a caldeira parada devem ser criteriosamente analisados todos os</p><p>componentes externos e internos citados anteriormente.</p><p>A inspeção a quente com a caldeira em operação, são testados todos os sistemas de controle e de</p><p>segurança conforme segue:</p><p>• pressostatos;</p><p>• teste de abertura das válvulas de segurança;</p><p>• ensaio de suficiência dos dispositivos de alimentação d’água;</p><p>• simulação de falta d’água e;</p><p>• teste de acumulação.</p><p>A figura 4 a seguir mostra uma caldeira do tipo flamotubular e seus principais componentes</p><p>externos e internos:</p><p>CALDEIRAS</p><p>6</p><p>Figura 4 – Partes de uma Flamotubular</p><p>3.2 Caldeiras Aquatubulares</p><p>As caldeiras aquatubulares são utilizadas preferencialmente em grandes complexos Industriais já</p><p>que necessitam de água com tratamento muito apurado, são complexas de serem operadas e não</p><p>permitem paradas frequentes.</p><p>São projetadas para produzir vapores com pressão bastante elevadas (entre 20 kgf/cm² e 400</p><p>kgf/cm²) em vazões muito altas (entre 10 ton/h e 1.800 ton/h). O vapor produzido pode ser</p><p>saturado, mas geralmente é superaquecido podendo superar temperaturas de 600 ºC.</p><p>Elas têm como característica: a produção de vapor, pelo aquecimento de água que circula no</p><p>interior dos tubos. Permitem a produção de grandes quantidades de vapor, em alta pressão e</p><p>temperatura que circulam externamente. Elas trabalham em todas as faixas de pressões,</p><p>conforme classificação da tabela 1:</p><p>CALDEIRAS</p><p>7</p><p>TABELA 1 – Faixa de pressão</p><p>a</p><p>substituição do tubo se seu diâmetro aumentasse 5%, por fluência. Atualmente tem-se tentado</p><p>avaliar a vida residual do material, pela análise da sua microestrutura. Existem sinais</p><p>característicos de fluência, tais como os vazios intergranulares, que indicam o estágio de fluência</p><p>do material, figura 76.</p><p>CALDEIRAS</p><p>61</p><p>Figura 76 - Fluência</p><p>4.6 Fadiga</p><p>A fadiga é uma falha bastante conhecida do engenheiro e do técnico de inspeção. Ocorre devido à</p><p>aplicação cíclica de tensões de tração na superfície metálica (materiais submetidos à compressão</p><p>não trincam por fadiga). A fadiga em baixa temperatura ocorre geralmente em locais onde há</p><p>concentração de tensões ou de mudança de forma. A existência de pequenas trincas ou defeitos</p><p>superficiais acelera o rompimento. A propagação da trinca de fadiga depende do nível de tensão</p><p>aplicado e do número de ciclos. A fratura é caracterizada por apresentar uma área com estrias</p><p>(marcas de praia) brilhante e uma área irregular. A área estriada deve-se à propagação lenta da</p><p>trinca inicial.</p><p>Quando a trinca atinge um tamanho crítico, o metal rompe rapidamente, provocando a marca</p><p>irregular.</p><p>Em caldeiras, a fratura em baixa temperatura será encontrada em elementos rotativos de bombas</p><p>e sopradores. Alguns elementos de tubulação e partes estruturais submetidos a oscilações</p><p>também poderão apresentar trincas de fadiga. Os locais mais propícios à fratura são os cordões de</p><p>solda.</p><p>4.6.1 Fadiga térmica</p><p>A fadiga térmica é um trincamento associado a variações de temperatura. As tensões atuantes na</p><p>fadiga térmicas são muitas elevadas (tensões térmicas são da ordem do limite de escoamento do</p><p>aço).</p><p>CALDEIRAS</p><p>62</p><p>Os coletores de vapor superaquecidos, os coletores do economizador e os orifícios dos tubulões</p><p>são locais onde podem ocorrer grandes variações de temperatura, principalmente durante o início</p><p>de operação da caldeira. Alguns locais sofrem variações de temperatura mesmo em campanha,</p><p>como é o caso de bocas de injeção de produto e água de alimentação. Os choques térmicos</p><p>continuados podem provocar trincamento por fadiga térmica. Caldeiras com mais de 20 anos de</p><p>operação devem ter estes componentes inspecionados com cuidado.</p><p>4.6.2 Fadiga sob fluência</p><p>Na fadiga sob fluência, o material é submetido a variações de tensão em alta temperatura. A</p><p>resistência do aço à fadiga e à fluência, diminui bastante com a elevação da temperatura. Isto</p><p>significa dizer que o número de ciclos de tensionamento necessário para a fratura é menor em</p><p>temperatura elevada. Em determinadas condições de temperatura e nível de tensão, o número de</p><p>ciclos pode ser da ordem das dezenas e coincidir com o número de variações de pressão ocorridas</p><p>na caldeira.</p><p>O trincamento assume a forma de trincas perpendiculares a superfície, trincas estas</p><p>transgranulares e em número elevado.</p><p>4.7 Superaquecimento</p><p>Superaquecimento pode ter diversas causas, como por exemplo, incidência de chama, falta ou</p><p>deficiência de circulação de água, "steam blanketing" e depósitos internos.</p><p>O superaquecimento pode provocar oxidação acentuada e diminuição da vida útil à fluência.</p><p>Alguns fenômenos metalúrgicos tais como a precipitação de fases e carbonetos, a esferoidização,</p><p>a grafitização e o crescimento de grão são promovidos pelo superaquecimento. Estes fenômenos</p><p>modificam as propriedades mecânicas do aço, alterando limites de resistência e alongamento e</p><p>provocando rompimentos na pressão de operação.</p><p>Uma avaria particularmente conhecida do pessoal de manutenção de caldeiras é a chamada</p><p>"laranja", uma deformação plástica figura 77. É provocada pelo superaquecimento localizado de</p><p>um tubo. Forma-se quando um depósito interno (óxido, graxa, óleo arrastado pela água ou sais</p><p>incrustados) não permite a refrigeração de um trecho do tubo.</p><p>CALDEIRAS</p><p>63</p><p>A tensão de escoamento cai localizadamente e a pressão interna provoca o crescimento de uma</p><p>protuberância na parede superaquecida.</p><p>As laranjas, geralmente, ocorrem na zona de radiação da caldeira, no lado dos tubos voltado para</p><p>a chama. Quase sempre são devidas à deficiência no tratamento da água. A figura 77 mostra,</p><p>esquematicamente, uma laranja em tubo de caldeira.</p><p>Figura 77 – “laranja”</p><p>Quando o superaquecimento ocorre de um só lado do tubo, a parede superaquecida tem maior</p><p>dilatação que a parede oposta figura 78. Esta diferença provoca o curvamento do tubo. É bastante</p><p>observado em tubos expostos à incidência de chama. Neste caso, os tubos sofrem um</p><p>abaulamento na direção da chama.</p><p>Figura 78 – Abaulamento e rompimento do tubo</p><p>CALDEIRAS</p><p>64</p><p>4.8 Avarias em queimadores</p><p>Materiais como o AISI 410, quando empregado em bicos de queimadores, podem trincar durante</p><p>as operações de remoção da lança do queimador. Quando se encontra sem os fluxos de óleo e</p><p>vapor, o bico do queimador fica sem refrigeração, atingindo temperaturas superiores a 900 ºC. Ao</p><p>ser removido, o bico entra em contato com o ar frio externo, resfriando-se bruscamente. Com</p><p>isso, as tensões térmicas geradas pelo resfriamento provocam o trincamento dos bicos, figura 79.</p><p>Figura 79 – Bico danificado do queimador</p><p>Tabela 2 – Resumo dos danos associados a partes de uma caldeira no geral</p><p>Local de Ocorrência Corrosão Fadiga Erosão</p><p>Oxidação</p><p>Termica</p><p>Fluência</p><p>Degradação</p><p>Microestrutural</p><p>Fornalha X X X</p><p>Tubulões X X</p><p>Economizador X X X</p><p>Superaquecedor X X X X X X</p><p>Coletores de Alta</p><p>Temperatura</p><p>X X X X</p><p>Dutos de gases X X</p><p>Linha de vapor vivo X X X</p><p>Elementos</p><p>estruturais</p><p>X X</p><p>Desaerador X X</p><p>Queimador X X X</p><p>CALDEIRAS</p><p>65</p><p>5.0 LAVAGEM E NEUTRALIZAÇÃO DE CALDEIRAS</p><p>A lavagem da caldeira pode ser necessária quando a deposição de cinzas e fuligem em volta dos</p><p>tubos prejudicar a troca térmica. Pode também ser necessária quando os depósitos são muito</p><p>ácidos e higroscópicos e provocam a corrosão dos tubos, se a caldeira ficar longo tempo inativa.</p><p>Caldeiras operando com combustível de baixo teor de enxofre, com baixo escoamento de ar, com</p><p>temperaturas de saída dos gases definitivamente acima do ponto de orvalho e com boa eficiência</p><p>de ramonagem poderão dispensar a lavagem, se o período de manutenção ou hibernação for</p><p>curto.</p><p>A corrosividade das cinzas ácidas e do refratário atacado por SO2 depende também da umidade</p><p>relativa do ar dentro da fornalha. Se a temperatura do ar é mantida elevada de forma a não</p><p>permitir a absorção de água pela cinza ácida, não haverá corrosão e não será necessária a</p><p>lavagem.</p><p>Alguns procedimentos operacionais podem ser executados antes da parada da caldeira, com a</p><p>finalidade de facilitar a limpeza. Por exemplo, deve-se queimar combustível com baixo teor de</p><p>enxofre e sódio por um período de 12 horas. Melhores resultados podem ser obtidos com a adição</p><p>de um inibidor de corrosão ou desincrustante adicionados ao óleo combustível, ou pulverizando</p><p>na fornalha.</p><p>O procedimento mais utilizado na lavagem e neutralização de caldeiras, compreende as seguintes</p><p>etapas:</p><p>• Lavar superaquecedor e tubos de bank durante o resfriamento da caldeira. A caldeira deve ter</p><p>atingido a temperatura de 150 ºC ou a recomendada pelo fabricante. Lançar água a 60 ºC pelos</p><p>ramonadores. A pressão de água no soprador deve ser da ordem de 12 Kgf/cm². Os sopradores</p><p>devem ser postos a girar para melhor dispersão da água. Deve-se iniciar pela lavagem até que</p><p>a água saia clara nos drenos. Os drenos devem ser dimensionados para remover a água e</p><p>eventuais detritos de refratário. Recomenda-se o uso de drenos de diâmetro superior a 100</p><p>mm (4").</p><p>• Lavar o pré-aquecedor de ar regenerativo, durante o resfriamento da caldeira, de acordo com</p><p>as recomendações do fabricante.</p><p>• Abrir e iluminar todos os acessos à caldeira, incluindo passagens</p><p>através de chicanas.</p><p>• Instalar andaimes de forma a permitir o acesso e os serviços de limpeza e inspeção.</p><p>• Remover manualmente os detritos acumulados nas partes baixas da caldeira, que possam vir a</p><p>obstruir os drenos.</p><p>CALDEIRAS</p><p>66</p><p>• Remover manualmente os depósitos acumulados no superaquecedor.</p><p>• Lavar a caldeira com jatos de mangueira à pressão de 10 Kgf/cm². Em locais onde o depósito</p><p>for muito aderente deve ser usado o hidrojato. Deve ser prevista a necessidade de</p><p>equipamento para hidrojatear entre os tubos do bank e superaquecedores, munidos de jatos</p><p>laterais. O jato d'água da mangueira manual não deve danificar o refratário. Quando isto</p><p>ocorre, é porque o refratário já está com cimento ou elemento de liga deteriorado. Não existe</p><p>meio de lavar a caldeira sem molhar o refratário. Entretanto não existe prejuízo, desde que o</p><p>procedimento de partida da caldeira obedeça à curva de secagem do refratário.</p><p>• Efetuar a neutralização da caldeira, com solução de barrilha a 10% em água a 60ºC. A solução</p><p>deverá ser lançada pelos sopradores de fuligem e pelo equipamento de lavagem manual. A</p><p>barrilha apresenta menor risco de manuseio que a soda cáustica, apesar de ser menos reativa.</p><p>As condições de trabalho dentro da caldeira não recomendam o uso da soda.</p><p>• Remover os andaimes, fechar os acessos e efetuar secagem da caldeira, com acendimento dos</p><p>queimadores, até atingir a temperatura de operação. A secagem deve obedecer à curva de</p><p>secagem recomendada pelo fabricante (aquecimento brusco pode provocar a destruição dos</p><p>refratários). Se for necessário efetuar serviços de manutenção na caldeira, deve-se cuidar que</p><p>a mesma seja mantida seca durante a manutenção.</p><p>6.0 HIBERNAÇÃO E DESATIVAÇÃO DE CALDEIRAS</p><p>Estes procedimentos devem ser adaptados de acordo com o tipo, a construção e os problemas</p><p>particulares de cada caldeira.</p><p>São consideradas em hibernação aquelas caldeiras mantidas apagadas, cujo retorno à operação</p><p>deverá ser efetuado em horas, após sua requisição. São as caldeiras que permanecem inativas por</p><p>períodos de tempo curto.</p><p>É perigoso manter em hibernação caldeiras que queimem combustível com elevado teor de</p><p>enxofre e sódio e que tenham refratário em contato com partes pressurizadas. O procedimento</p><p>aqui descrito não é garantia de preservação do equipamento.</p><p>Os procedimentos de preservação de caldeiras desativadas, desde que bem aplicados têm boa</p><p>perspectiva de sucesso.</p><p>Para caldeiras desativadas, as ações mais importantes a serem tomadas são as mostradas a seguir:</p><p>• Remover e acondicionar todos os equipamentos auxiliares;</p><p>CALDEIRAS</p><p>67</p><p>• Revisar todas as válvulas de drenos e vents;</p><p>• Raquetear todas as saídas e entradas de água, vapor e outros químicos;</p><p>• Lavar e secar o interior dos tubos e tubulões. Remover todos os depósitos;</p><p>• Colocar material absorvedor de umidade (cal virgem, sílica-gel, alumina ativada, etc) no</p><p>interior dos tubulões. A quantidade a ser colocada deverá ser calculada em função do volume</p><p>interno dos tubos e tubulões e da capacidade de retenção de umidade do material utilizado;</p><p>• Fechar os tubulões, vents e drenos;</p><p>• Remover todo o material refratário em contato com partes metálicas pressurizadas;</p><p>• Efetuar lavagem e neutralização de todo o interior da caldeira, incluindo o hidrojateamento do</p><p>pré-aquecedor. Em caldeiras nas quais não seja removido o refratário, deve-se efetuar a</p><p>secagem com acendimento da caldeira;</p><p>• Fechar todas as entradas de ar para o interior da caldeira (fornalha, duto de gases, chaminé e</p><p>caixa de ar). Todas as bocas de visita, visores de chama e janelas de inspeção deverão ser</p><p>engraxados para evitar corrosão e emperramento dos fechos e dobradiças. Vedar as frestas</p><p>com massa plástica. O topo da chaminé deverá ser tamponado;</p><p>• Controlar a umidade relativa no interior da caldeira em valor inferior a 30%. A umidade</p><p>relativa pode ser controlada com o uso de material absorvedor de umidade ou com</p><p>aquecimento. O aquecimento pode ser efetuado com serpentinas de vapor, resistências</p><p>elétricas ou lâmpadas (algumas unidades injetam vapor o tubulão inferior para aquecer a</p><p>caldeira);</p><p>• Revisar a pintura externa;</p><p>• Remover o isolamento térmico externo e aplicar revestimento anticorrosivo ou pintura na</p><p>chaparia exposta;</p><p>• Nas caldeiras a céu aberto deverá ser construída uma proteção contra chuva;</p><p>Para caldeiras em hibernação, deve ser seguido o roteiro abaixo:</p><p>• Queimar combustível com baixos teores de enxofre e sódio por 12 horas antes do apagamento</p><p>da caldeira;</p><p>• Efetuar lavagem e neutralização, incluindo hidrojateamento do pré-aquecedor;</p><p>• Secar a caldeira com acendimento dos queimadores, com combustível com baixo teor de</p><p>enxofre;</p><p>• Conservar as paredes molhadas com solução de 200 PPM de hidrazina;</p><p>• Manter a caldeira pressurizada a 50% da pressão de operação, para a rápida verificação de</p><p>vazamentos. Verificar a pressão a cada turno;</p><p>• Remover as válvulas de segurança e acondicioná-las. As válvulas soldadas deverão ter o bocal</p><p>de descarga flangeado e o interior borrifado com graxa protetora;</p><p>CALDEIRAS</p><p>68</p><p>• Remover o isolamento externo e aplicar revestimento para proteção da chaparia. Recomenda-</p><p>se pintura com tinta para alta temperatura. Após a pintura o isolamento deve ser recolocado;</p><p>• Sempre que houver o acendimento por curto período de tempo, deve ser efetuados queima</p><p>de combustível com baixo teor de enxofre.</p><p>7.0 LIMPEZA QUÍMICA DE CALDEIRAS</p><p>Sabe-se que a excessiva incrustação nas paredes internas dos tubos de uma caldeira submete o</p><p>metal a um superaquecimento, provocando deformações plásticas localizadas, conhecidas por</p><p>laranjas, que podem leva-los até mesmo à química destes equipamentos, limpeza esta que pode</p><p>ser alcalina ou ácida.</p><p>7.1 Limpeza Química Alcalina</p><p>Este tipo de limpeza é utilizado, com o objetivo de remover: óleos, graxas ou vernizes, aplicados</p><p>durante a montagem das caldeiras ou após a sua manutenção. Visa também, neste último caso, a</p><p>remover depósitos pouco aderentes de óxido de ferro. Esta operação é conhecida como boiling</p><p>out.</p><p>Em caldeiras que já estão em operação, são usadas, principalmente, para facilitar a operação de</p><p>limpeza ácida posterior, condicionando os depósitos existentes, tornando-os porosos.</p><p>As substâncias mais usadas na limpeza química alcalina são as mencionadas a seguir:</p><p>• Soda cáustica;</p><p>• Barrilha ou carbonato de cálcio;</p><p>• Fosfatos;</p><p>• Dispersantes;</p><p>• Tenso ativos;</p><p>• Entre outros.</p><p>7.2 Limpeza Química Ácida</p><p>Este tipo de limpeza tem como objetivo a remoção dos depósitos que não podem ser retirados</p><p>pela limpeza alcalina. Essa remoção pode ser feita por solubilização ou deslocamento do depósito.</p><p>CALDEIRAS</p><p>69</p><p>Dependendo da natureza química do depósito, são utilizados diferentes ácidos inorgânicos ou</p><p>orgânicos.</p><p>Como os ácidos podem, após remover os depósitos, corroer os vários tipos de aço utilizados em</p><p>caldeiras, costuma-se adicionar inibidores às soluções dos ácidos. Assim, no caso do emprego do</p><p>ácido clorídrico, usa-se como inibidor de corrosão a dietiltiouréia.</p><p>Evidentemente, o tempo despendido para a realização da limpeza química ácida, varia em função</p><p>da quantidade de incrustação.</p><p>Após a limpeza química ácida, é recomendável uma neutralização. Esta operação tem o objetivo</p><p>de conseguir a passivação das superfícies metálicas limpas.</p><p>Uma lavagem química ácida compreende, em geral cinco etapas, as quais são:</p><p>• Fase removedora de depósitos inorgânicos;</p><p>• Fase ácida;</p><p>• Complicação de cloreto férrico;</p><p>• Neutralização;</p><p>• Passivação.</p><p>Dentre os fatores que fazem com que a operação de lavagem química seja eficiente, estão os</p><p>mencionados a seguir:</p><p>a) Tempo – como mencionado anteriormente, depende do tipo e da quantidade dos depósitos a</p><p>serem removidos.</p><p>b) Temperatura – é um dos mais importantes para</p><p>o sucesso da operação. Na limpeza ácida, cada</p><p>12 ºC de aumento na temperatura, corresponde a um aumento na velocidade de reação de,</p><p>praticamente, o dobro. Entretanto, como acima de 65 ºC, o inibidor de corrosão dos ácidos</p><p>começa a decompor, esta deve ser a temperatura limite nesta etapa.</p><p>c) Concentração</p><p>d) Circulação – existem dois tipos de circulação usados na limpeza química das caldeiras: difusão</p><p>e correntes térmicas.</p><p>Na limpeza ácida, a caldeira deve ser acesa para o aquecimento da água a uma temperatura de 60</p><p>ºC e, em seguida, ser apagada. Após uma hora, deve-se dosar o ácido necessário.</p><p>CALDEIRAS</p><p>70</p><p>Na circulação forçada, um tanque intermediário e uma bomba centrífuga são usados, sendo a</p><p>solução injetada pelo fundo da caldeira, fluindo pela pare superior, retornando, então, ao tanque</p><p>intermediário.</p><p>Durante a realização da lavagem química ácida, o técnico de inspeção deve fazer o</p><p>acompanhamento da taxa de corrosão do processo mediante a instalação de cupons de corrosão</p><p>em locais onde há a circulação.</p><p>Ao final da lavagem, o técnico de inspeção deve solicitar a remoção de um trecho de tubo para</p><p>proceder a uma inspeção visual interna a fim de se certificar que a limpeza foi eficiente.</p><p>8.0 INSPEÇÃO</p><p>Antes de iniciar a inspeção é muito importante que o técnico de inspeção conheça bem as</p><p>características principais do equipamento a ser inspecionado. Além disso, ele também deve</p><p>familiarizar-se com os desenhos e croquis existentes e conhecer o histórico do equipamento</p><p>através dos relatórios disponíveis.</p><p>8.1 Inspeção em Operação</p><p>É aquela realizada com o equipamento em condições normais de operação. Isto faz com que se</p><p>tenha mais tempo disponível para outras tarefas de inspeção, durante, por exemplo, uma parada</p><p>para manutenção.</p><p>Este tipo de inspeção deve ser feito diariamente e, registrados em lugar apropriado. Itens como a</p><p>carga da caldeira, tipo de combustível utilizado bem como seus teores de contaminantes (se for</p><p>possível), além de quaisquer outros dados relevantes devem ser registrados.</p><p>De uma forma geral, o roteiro a ser seguido pelo técnico de inspeção durante a inspeção de uma</p><p>caldeira em operação deve levar em conta as etapas listadas a seguir.</p><p>8.1.1 Preparativos</p><p>→ Separar desenhos, croquis e formulários necessários ao acompanhamento da inspeção;</p><p>→ Separar as ferramentas e equipamentos a serem utilizados;</p><p>CALDEIRAS</p><p>71</p><p>→ Ler relatório emitido pela operação, atentando para as principais variáveis de processo que</p><p>impliquem diretamente no monitoramento de deterioração;</p><p>→ Consultar o pessoal de operação acerca de relatos e ocorrência anormais que possam subsidiar</p><p>a inspeção.</p><p>8.1.2 Requisitos de segurança</p><p>→ Informar ao operador responsável a sua presença na área e, quando da necessidade de</p><p>inspeção, solicitar a permissão de trabalho;</p><p>→ Utilizar sempre os equipamentos de proteção individual adequado;</p><p>→ Certificar-se de que a área não possui restrição de acesso, em função de condições inseguras.</p><p>8.1.3 Roteiro de inspeção</p><p>• Emitir as recomendações contendo os reparos necessários. Caso algum item de recomendação</p><p>não possa ser realizado em campanha, o serviço deverá ser avaliado quanto à sua criticidade,</p><p>e, em caso de comprometimento da integridade, deve-se, em conjunto com a operação,</p><p>estabelecer a urgência de sua execução, de forma à não se causar maiores danos ao</p><p>equipamento. Os serviços que forem considerados de baixa criticidade, onde não haja</p><p>condição de execução em campanha, deverão ser englobados como itens de lista de serviços</p><p>da parada vindoura;</p><p>• No caso de haver parada extraordinária para realização de pequenos serviços, deverá ser</p><p>avaliada, junto com a operação, a possibilidade de liberação para a realização de inspeção</p><p>interna;</p><p>• Registrar todos os fatos e observações relevantes, através de fotos, croqui e anotações para</p><p>consulta, estudos posteriores e confecção de relatórios;</p><p>• Caso seja necessário emitir um relatório descritivo além do formulário existente para cada</p><p>equipamento, este deve seguir a mesma disposição do formulário de condições físicas;</p><p>• Os ensaios não destrutivos devem ser realizados com base nas normas vigentes. Quando</p><p>forem realizados por firmas contratadas, estas deverão elaborar procedimentos que deverão</p><p>ser qualificados por órgão competente;</p><p>• Verificar a integridade das estruturas, escadas, plataformas de acesso e base (fundações e</p><p>alicerces);</p><p>• Inspecionar visualmente toda a chaparia quanto à corrosão, furos e deformações, inclusive dos</p><p>dutos de ar e gases, mapeando as regiões corroídas, deformadas ou queimadas para servir</p><p>CALDEIRAS</p><p>72</p><p>como subsídio de avaliação da integridade do revestimento refratário e evolução da sua</p><p>deterioração;</p><p>• Verificar a existência de indícios de vazamento de gases nos dutos e de gases, água e vapor</p><p>através das paredes d'água e chaminé. Os vazamentos através das paredes d'água, podem ser</p><p>identificados pela presença de jatos de vapor, visíveis através dos visores ou da chaminé. Além</p><p>disso, podem ser identificados também pela diferença entre as vazões de água de alimentação</p><p>e vapor gerado;</p><p>• Verificar a integridade da chapa de proteção de alumínio do isolamento térmico quanto à</p><p>existência de furos e deformações que caracterizem vazamento de gases e sua fixação;</p><p>• Verificar a integridade da pintura;</p><p>• Inspecionar, por termografia, a chaparia da caldeira e chaminé. A periodicidade para esta</p><p>inspeção não deve exceder seis meses;</p><p>• Inspecionar visualmente o "buck-stay";</p><p>• Verificar a integridade das janelas de inspeção e de seus acionamentos;</p><p>• Verificar a estanqueidade de todas as PSV's e anotar a pressão indicada no manômetro local;</p><p>• Inspecionar visualmente as linhas de óleo e gás combustível, vapor de atomização e</p><p>ramonagem e de proteção do superaquecedor;</p><p>• Verificar o estado geral do isolamento térmico e de pintura das linhas;</p><p>• Inspecionar visualmente os suportes;</p><p>• Inspecionar os difusores de ar através dos visores dos queimadores quanto à integridade e</p><p>acúmulo de depósitos;</p><p>• Inspecionar a fornalha através dos visores quanto à presença de incrustações, incidência de</p><p>chamas nos tubos e acúmulo de depósitos no piso.</p><p>Outras indicações de avarias graves são o aumento da temperatura dos gases de combustão</p><p>(medidos na chaminé), queda na temperatura do vapor gerado e necessidade de aumento de</p><p>carga térmica para a manutenção dos níveis de geração do vapor. Todos estes sinais podem</p><p>significar vazamentos de vapor, de gases ou queda das paredes direcionais.</p><p>Sempre que estes vazamentos forem de grande porte, torna-se imperativo a parada da caldeira,</p><p>uma vez que, dessa forma, evita-se o agravamento dos problemas e o aumento tanto do risco</p><p>operacional como do custo da manutenção.</p><p>CALDEIRAS</p><p>73</p><p>8.1.4 Testes</p><p>Com a caldeira em operação, o único teste a ser realizado é o das válvulas de segurança das</p><p>caldeiras. Estes testes devem ser realizados a cada doze meses, conforme recomenda a NR - 13,</p><p>nos seus itens 13.5.3 e 13.5.4, para que a caldeira possa ter sua campanha prorrogada.</p><p>Existem dois procedimentos de teste de válvula de segurança, quais sejam:</p><p>• Convencional: que é realizado com elevação de pressão até a sua abertura (o chamado "pop").</p><p>Neste teste, o comportamento da válvula pode ser observado durante sua abertura e</p><p>fechamento;</p><p>• Alternativo: que utiliza um cilindro hidráulico acoplado com a haste e que possui a finalidade</p><p>de indicar a pressão de abertura, dispensando o "pop", sem, no entanto, proporcionar a</p><p>possibilidade de se observar o seu comportamento durante a abertura e fechamento.</p><p>A sequência das válvulas a serem testadas; devem seguir a ordem decrescente de suas pressões</p><p>de abertura de projeto.</p><p>Os seguintes itens devem ser observados durante a execução do teste convencional de</p><p>PSV's:</p><p>• Caso ocorra, a pressão em que a válvula apresentar passagem de vapor antes de sua abertura</p><p>e durante a elevação de pressão;</p><p>• Pressão de abertura da válvula;</p><p>• Comportamento durante a abertura da válvula;</p><p>• Pressão de fechamento da válvula;</p><p>• Comportamento durante o fechamento da válvula;</p><p>• Pressão em que, após o fechamento, a válvula apresente estanqueidade.</p><p>O teste de PSV's é considerado aceito se a pressão de abertura encontrar-se dentro do intervalo</p><p>especificado pelo código ASME para sua pressão de projeto e a diferença relativa entre a pressão</p><p>de abertura e de fechamento for menor ou igual a 7% para as PSV's deverão apresentar</p><p>estanqueidade após a realização dos testes.</p><p>CALDEIRAS</p><p>74</p><p>8.2 Inspeção em Parada de Manutenção</p><p>A inspeção em paradas pode ser dividida em duas etapas, quais são: preparação com estudo e</p><p>execução da inspeção propriamente dita. Ela tem a finalidade principal de observar as condições</p><p>físicas do equipamento.</p><p>Logo, para se proceder a uma inspeção em parada de manutenção, deve ser seguido o</p><p>procedimento a seguir:</p><p>8.2.1 Preparativos para inspeção</p><p>• Analisar os relatórios e o registro de ocorrências de inspeção geradas ao longo de campanhas</p><p>anteriores;</p><p>• Verificar os relatórios de termografia da chaminé existentes, referentes à última campanha;</p><p>• Verificar a existência de RI's pendentes;</p><p>• Conhecer a lista de serviços da parada;</p><p>• Separar desenhos, croqui e formulários necessários ao acompanhamento da inspeção;</p><p>• Separar e verificar as condições e o funcionamento das ferramentas e equipamentos a serem</p><p>utilizados.</p><p>8.2.2 Requisitos de segurança</p><p>• Solicitar a permissão de trabalho (PT);</p><p>• Utilizar sempre os equipamentos de proteção individual e coletivo; adequados para cada</p><p>situação de risco;</p><p>• Fiscalizar as condições de ferramentas e equipamentos a serem utilizados por serviços</p><p>contratados de inspeção;</p><p>• Certificar-se de que a iluminação e os acessos são suficientemente adequados ao serviço a</p><p>realizar.</p><p>8.2.3 Roteiro de inspeção</p><p>8.2.3.1 considerações gerais</p><p>• Observar se a limpeza e neutralização atendem à proteção dos tubos e elementos de troca</p><p>térmica quanto à corrosão e se permite condições mínimas para uma boa inspeção;</p><p>CALDEIRAS</p><p>75</p><p>• Emitir as recomendações contendo os reparos necessários e não previstos na lista de serviços</p><p>de parada, no relatório de RI's pendentes ao termino de cada inspeção;</p><p>• Registrar todos os fatos e observações relevantes, através de fotos, croqui e anotações para</p><p>consulta, estudos posteriores e confecção de relatórios;</p><p>• Em função das ocorrências observadas durante a inspeção, podem ser realizados END além do</p><p>pré-determinado para avaliar, com maior precisão, a integridade do equipamento;</p><p>• Caso seja necessário um relatório descrito além do formulário existente para cada</p><p>equipamento, este deve seguir a mesma disposição do formulário de condições físicas;</p><p>• Quando for necessária a realização de limpeza química, esta deve ter o acompanhamento da</p><p>inspeção durante a sua execução com a finalidade de monitoramento da taxa de corrosão dos</p><p>tubos durante cada fase;</p><p>• Os END devem ser realizados com base nas normas vigentes. Quando forem realizados por</p><p>firmas contratadas, estas deverão elaborar procedimentos que serão qualificados por órgão</p><p>competente.</p><p>8.2.3.2 inspeção externa</p><p>• Verificar a integridade das estruturas, escadas, plataformas de acesso e base (fundações e</p><p>alicerces);</p><p>• Inspecionar toda a chaparia e revestimento de alumínio quanto à corrosão, furos e</p><p>deformações inclusive dos dutos de ar e gás;</p><p>• Verificar a integridade da pintura;</p><p>• Verificar a integridade do isolamento térmico;</p><p>• Mapear as regiões de chaparia corroídas, furadas, deformadas ou queimadas para facilitar a</p><p>inspeção do revestimento refratário quanto à localização de avarias;</p><p>• Verificar a integridade do "buck-stay";</p><p>• Inspecionar os parafusos do "buck-stay";</p><p>• Verificar a integridade das janelas de inspeção e de seus acionamentos;</p><p>• Verificar o estado geral do isolamento térmico das tubulações;</p><p>• Inspecionar as linhas de óleo e gás combustível, vapor de atomização e ramonagem e de</p><p>proteção do superaquecedor;</p><p>• Inspecionar suportes quanto à corrosão, avarias ou funcionamento, sejam elas estacionárias</p><p>ou de mola;</p><p>• Martelar as conexões de pequeno diâmetro (até 2") tais como: conexões de termopares,</p><p>drenos, vents, entre outros;</p><p>CALDEIRAS</p><p>76</p><p>• Realizar a medição de espessura pelo método de ultrassom das tubulações citadas</p><p>anteriormente;</p><p>• Realizar teste hidrostático de estanqueidade nas tubulações de óleo combustível e vapor de</p><p>atomização;</p><p>• Realizar teste pneumático de estanqueidade nas linhas de gás combustível.</p><p>8.2.3.3 inspeção interna inicial</p><p>• Inspecionar a fornalha, bank e superaquecedor quanto à presença de incrustações nos tubos</p><p>de água e geração de vapor;</p><p>• Inspecionar visualmente o piso de concreto refratário quanto à presença de trincamentos,</p><p>vitrificação e acúmulo de cinzas;</p><p>• Inspecionar os tubulões quanto à presença de incrustações e o tubulão superior quanto</p><p>avarias de internos para a obtenção de dados para inspeção final;</p><p>• Inspecionar visualmente os dutos quanto à presença de incrustações e avarias de internos para</p><p>a obtenção de dados para inspeção final.</p><p>8.2.3.4 inspeção interna final</p><p>a) Fornalha:</p><p>• Realizar pré-teste hidrostático para verificar vazamentos nas mandrilagens dos tubulões e</p><p>aqueles ocasionados por possíveis furos em tubos da parede d'água e do piso;</p><p>• Inspecionar os tubos quanto à corrosão e presença de laranjas;</p><p>• Inspecionar as aletas dos tubos das paredes, do piso e teto quanto à presença de furos e perda</p><p>de espessura;</p><p>• Realizar medição de espessura pelo método de ultrassom nos tubos das paredes, do piso, teto</p><p>e coletores.</p><p>b) "Bank":</p><p>• Inspecionar os tubos quanto à corrosão e presença de laranjas;</p><p>• Realizar medição de espessura pelo método de ultrassom, onde houver acesso.</p><p>c) Superaquecedor:</p><p>• Inspecionar os tubos quanto à corrosão e presença de laranjas;</p><p>• Inspecionar os coletores;</p><p>• Realizar medição de espessura pelo método de ultrassom;</p><p>CALDEIRAS</p><p>77</p><p>• Verificar a integridade do tubo espaçador;</p><p>• Inspecionar os suportes das serpentinas e coletores.</p><p>d) Tubulões:</p><p>• Verificar a integridade de seus internos (apenas no tubulão superior);</p><p>• Inspecionar a superfície interna e externa;</p><p>• Inspecionar os tubos de interligação com os coletores superiores das paredes laterais;</p><p>• Realizar medição de espessura pelo método de ultrassom;</p><p>• Inspecionar visualmente e através de medição de espessura pelo método de ultrassom os</p><p>tubos de interligação com o coletor de entrada do superaquecedor;</p><p>• Realizar ensaio interno por partículas magnéticas em todas as soldas longitudinais e</p><p>circunferenciais e em todos os bocais de BV's, PSV's e conexões;</p><p>• Realizar ensaio por líquido penetrante nas soldas das conexões externas.</p><p>e) Serpentina de pré-aquecimento:</p><p>• Inspecionar visualmente os tubos e flanges da serpentina;</p><p>• Inspecionar visualmente as soldas com relação à redução de espessura localizada;</p><p>• Realizar teste hidrostático de estanqueidade.</p><p>f) Queimadores:</p><p>• Inspecionar os difusores primários de ar quanto à presença de coque, trincas e corrosão a alta</p><p>temperatura;</p><p>• Inspecionar os difusores secundários de ar quanto à presença de trincas e fixação de paletas;</p><p>• Inspecionar os bicos dos queimadores de óleo e gás quanto ao aumento de diâmetro e</p><p>trincamentos em suas furações;</p><p>• Inspecionar as canetas de óleo e gás combustível quanto a empenamento e corrosão;</p><p>• Realizar teste hidrostático em todos os mangotes de óleo combustível, gás combustível e</p><p>vapor de atomização.</p><p>g) Ramonadores:</p><p>• Verificar a integridade das lanças e suportes;</p><p>• Inspecionar visualmente a camisa dos ramonadores</p><p>quanto à corrosão e trincas nas soldas</p><p>com a chaparia e chapas de proteção do refratário;</p><p>• Verificar a integridade e desobstrução das tomadas de instrumento.</p><p>CALDEIRAS</p><p>78</p><p>h) Dutos de ar e gases:</p><p>• Inspecionar a chaparia e estrutura quanto à corrosão e presença de trincas;</p><p>• Verificar a integridade do isolamento térmico;</p><p>• Inspecionar visualmente as juntas de expansão dos dutos quanto à corrosão, presença de</p><p>furos, trincas e deformações.</p><p>i) Pré-aquecedor de ar a vapor:</p><p>• Inspecionar quanto à corrosão dos tubos e aletas;</p><p>• Realizar teste hidrostático de estanqueidade.</p><p>j) Pré-aquecedor de ar a gás:</p><p>• Inspecionar visualmente quanto à corrosão dos tubos, presença de incrustações, furos e perda</p><p>de espessura através de martelamento;</p><p>• Verificar a integridade dos espelhos;</p><p>• Inspecionar visualmente a estrutura e chicanas quanto à corrosão e presença de trincas e de</p><p>incrustações.</p><p>k) Pré-aquecedor de ar regenerativo:</p><p>• Inspecionar visualmente os cestos da parte fria, intermediária e quente quanto à corrosão,</p><p>presença de incrustações, perda de espessura dos elementos de troca térmica e trincamentos</p><p>em sua estrutura;</p><p>• Inspecionar os cestos da parte fria, intermediária e quente através de pesagem;</p><p>• Inspecionar visualmente as selagens radiais e axiais quanto à corrosão, trincas e sua fixação.</p><p>l) Revestimentos refratários:</p><p>• Inspecionar o concreto e tijolos refratários atentando para rachaduras, avarias mecânicas,</p><p>decomposição por ação química, exposição e perda de ancoragem;</p><p>• Inspecionar o revestimento de fibra cerâmica quanto à impregnação de cinzas associadas à</p><p>umidade, às avarias causadas por esta impregnação e à fixação de suas ancoragens;</p><p>• Inspecionar visualmente os blocos refratários dos queimadores quanto a trincas e erosão;</p><p>• Realizar teste hidrostático final para verificar vazamentos nas mandrilagens dos tubulões e</p><p>aqueles ocasionados por possíveis furos em tubos das paredes, do piso e teto;</p><p>• Realizar teste hidrostático e estanqueidade das BV's.</p><p>CALDEIRAS</p><p>79</p><p>8.2.4 Testes</p><p>Os códigos de projeto dividem o teste hidrostático em duas verificações: uma da resistência e</p><p>integridade estrutural e outra para a verificação de estanqueidade. O teste hidrostático para</p><p>verificação da resistência e integridade estrutural da caldeira, verifica se os seus componentes</p><p>pressurizados, como tubos e tubulões, resistem à pressão sem apresentar falhas nas soldas,</p><p>rebites, mandrilagens, dentre outros. Ele deve ser realizado com a pressão indicada na placa de</p><p>identificação do equipamento ou, na sua falta, 1,5 X a pressão de projeto atualizada ou PMTA</p><p>(pressão máxima de trabalho admissível). Para caldeiras que operam com pressão superior a 40</p><p>kgf/cm² admite-se para teste uma pressão mínima de 1,2 X a PMTA, sempre que o equipamento</p><p>sofrer substituições de elementos soldados submetidos à pressão.</p><p>Os seguintes itens devem ser observados durante a execução do teste hidrostático:</p><p>• Verificar a pressão de teste;</p><p>• Verificar se os manômetros de teste encontram-se calibrados e ajustados e se a faixa da escala</p><p>atende a pressão de teste (2/3);</p><p>• A pressão de teste deverá ser mantida por pelo menos 30 min.</p><p>• Verificar se a mangueira de pressurização não está desconectada e ancorada;</p><p>• Verificar se a iluminação é adequada;</p><p>• Verificar a ocorrência de indício de vazamentos nas mandrilagens dos tubulões e ao longo dos</p><p>tubos;</p><p>• Deixar o equipamento pressurizado no mínimo por 30 min, quando ocorrer queda da pressão</p><p>manométrica durante o TH e não se conseguir localizar visualmente o local do vazamento</p><p>pode-se utilizar um detector ultrassônico para uma localização aproximada.</p><p>• Verificar novamente a ocorrência ou indícios de vazamentos após 30 min;</p><p>• Verificar se houve queda de pressão dos manômetros durante o teste;</p><p>• Acompanhar a despressurização através dos manômetros e verificar se ao termino da</p><p>despressurização os mesmos encontram-se zerados.</p><p>Recomendações gerais para teste hidrostático:</p><p>• Travar as válvulas de segurança.</p><p>• Pressurizar por meio das bombas de alimentação.</p><p>• Utilizar água desmineralizada, fria (entre 20 a 40 °C), tendo-se o cuidado de eliminar todas as</p><p>bolsas de ar que são formadas durante o enchimento através dos vent’s.</p><p>• Utilizar manômetro-padrão aferido, instalado no tubulão de vapor.</p><p>• Inspecionar todas as partes pressurizadas acessíveis da caldeira.</p><p>• Surgimento de gotículas em tubos mandrilados não deve motivar reprovação.</p><p>CALDEIRAS</p><p>80</p><p>Já o teste de estanqueidade tem o objetivo de verificar se não existirão vazamentos</p><p>comprometedores quanto ao retorno da caldeira à operação. Ele deve ser realizado com a pressão</p><p>de projeto. Os mesmos itens observados no teste hidrostático estrutural devem ser observados</p><p>durante a execução deste teste.</p><p>Quando da construção da caldeira esta é submetida a uma prova de pressão hidrostática de</p><p>acordo com a norma segundo a qual foi construída. Caldeiras em uso, quando reparadas em</p><p>qualquer ponto dos componentes sujeitos à pressão, deverão ser submetidas a novo teste</p><p>hidrostático.</p><p>A aplicação de prova de pressão hidrostática (com valor normalizado de sobrepressão, e seguindo</p><p>procedimentos de teste também padronizados pelo código de projeto da caldeira) permite</p><p>verificar a existência de vazamentos ou deficiências de resistência mecânica dos componentes da</p><p>caldeira.</p><p>O valor de sobrepressão estabelecido nos códigos de projeto referem-se a caldeira nova e não</p><p>corroída, não sendo normalmente utilizado nos testes periódicos subsequentes.</p><p>A pressurização e despressurização da caldeira deve ser feita de forma lenta e gradual com</p><p>patamares onde a pressão é mantida por um determinado tempo, conforme tabela 3 e seu</p><p>gráfico. Este processo permite acomodação dos diferentes componentes da caldeira e uma</p><p>inspeção mais segura.</p><p>Tabela 3 - Curva de pressurização de caldeira</p><p>CALDEIRAS</p><p>81</p><p>Antes da caldeira entrar em operação após as paradas para inspeção é comum aplicar-se um teste</p><p>para a simples observação da estanqueidade das bocas de visita e das conexões que foram</p><p>abertas. Neste caso a pressão aplicada deve ser aproximadamente a pressão normal de operação,</p><p>observando-se para a água os limites de temperatura já mencionados.</p><p>Existe ainda o teste final das válvulas de segurança. Este teste deve ser realizado após a sua</p><p>manutenção de reinstalação no tubulão e superaquecedor. Ele exige o acendimento da caldeira e</p><p>a elevação da sua pressão até a abertura da válvula. O teste de campo é necessário, uma vez que o</p><p>teste de bancada não simula as condições de vazão e temperatura reais. A sequência das válvulas</p><p>a serem testadas deve seguir a ordem decrescente de suas pressões de abertura de projeto.</p><p>Os itens mostrados abaixo são aqueles que devem ser observados durante a execução do teste de</p><p>PSV's:</p><p>• Caso ocorra, a pressão em que a válvula apresentar de vapor antes de sua abertura e durante a</p><p>elevação de pressão;</p><p>• Pressão de abertura da válvula;</p><p>• Comportamento durante a abertura da válvula;</p><p>• Pressão de fechamento da válvula;</p><p>• Comportamento durante o fechamento da válvula, uma vez que a válvula deve fechar de uma</p><p>só vez, não se admitindo que a válvula fique "batendo" (fechando e abrindo até o fechamento</p><p>total);</p><p>• Pressão em que, após o fechamento, a válvula apresente estanqueidade.</p><p>CALDEIRAS</p><p>82</p><p>8.3 Critérios de Aceitação</p><p>8.3.1 Tubos e paredes, piso e teto e do superaquecedor</p><p>• Todas as espessuras encontradas devem estar acima do valor mínimo admissível, sem risco de</p><p>atingi-lo durante a campanha seguinte, considerando que a taxa de corrosão anterior se</p><p>manteve. O critério para avaliação da espessura dos tubos adota como base a diferença entre</p><p>a espessura nominal e a sobre-espessura de corrosão de projeto. Ao se atingir este valor de</p><p>espessura, faz-se de novo o cálculo seguindo-se o código de projeto do equipamento;</p><p>• As deformações circunferenciais localizadas (laranjas), de uma forma geral, não deverão ser</p><p>aceitas;</p><p>• Teste hidrostático é considerado aceito se, durante o período mínimo de 30min., não se</p><p>observar indícios de vazamento e queda de pressão nos manômetros de teste. No caso de</p><p>teste hidrostático estrutural serão admitidos vazamentos em juntas e mandrilagens desde que,</p><p>a pressão de teste de estanqueidade, tais vazamentos não persistirem;</p><p>• A camada de incrustação no interior dos tubos das paredes d'água, vapor e superaquecedor;</p><p>deve ser totalmente removida no caso da realização de uma limpeza química. Uma fina</p><p>camada em algumas regiões pode ser aceita após uma rigorosa análise, sendo então realizado</p><p>um estudo, junto com a operação, quanto ao período da próxima campanha e sua severidade.</p><p>8.3.2 Refratário</p><p>• Deverá ser removido o refratário que estiver friável e que, quando raspado, apresentar uma</p><p>perda de espessura superior a 1/3 da original ou ainda se a penetração do estilete for superior</p><p>a 1/3 da espessura original;</p><p>• Nas regiões onde o refratário possua trincas com abertura superior a 5 mm, deve ser</p><p>verificado o estado da chaparia externamente quanto a avarias (pintura queimada,</p><p>deformações ou furos) e realizar martelamento no refratário para verificar sua fixação. Caso</p><p>sejam detectadas avarias na chaparia e/ou refratário solto, este deverá ser substituído</p><p>abrangendo uma região que permita sua perfeita ancoragem;</p><p>• Verificar se, quando da existência de ancoragem exposta, há ataque químico no refratário</p><p>remanescente. Em caso afirmativo, substituir toda a área. Se o refratário remanescente estiver</p><p>firme, verificar se o estado da chaparia externa no local quanto a deformações e/ou queima da</p><p>pintura. Havendo avarias na pintura, substituir o refratário;</p><p>• Havendo queda de material, se a perda de espessura não for superior a 1/3 da original e o</p><p>refratário estiver firme, o mesmo só deverá ser substituído se houver dano na chaparia</p><p>externa.</p><p>CALDEIRAS</p><p>83</p><p>Figura 80 – Trincas no refratário</p><p>8.3.3 Válvulas de Segurança</p><p>O teste final de PSV's é considerado aceito se a pressão de abertura encontrar-se dentro do</p><p>intervalo especificado pelo código ASME para sua pressão de projeto e a diferença relativa entre a</p><p>pressão de abertura e de fechamento for menor ou igual a 7% para as PSV's localizadas no tubulão</p><p>e 4% para aquelas localizadas no superaquecedor. Seções do código ASME:</p><p>• Seção I (Código de construção de Caldeiras) – É voltada para os padrões técnicos a serem</p><p>empregados na construção de caldeiras, incluindo suas válvulas de segurança;</p><p>• Seção VIII (Vasos de pressão não submetidos a fogo) – Referente às regras para fabricação</p><p>de vasos de pressão e tubulações, incluindo procedimentos técnicos das válvulas de</p><p>segurança que operam com vapor, líquidos e gases. Tal seção possui um leque gigantesco</p><p>de atuação.</p><p>Todas as PSV's deverão apresentar estanqueidade à pressão de operação da caldeira. Esta</p><p>ocorrência é indício que a sede da válvula pode ter sido arranhada ou danificada (é a superfície</p><p>interna de contato entre o bocal e o disco, componentes responsáveis pela vedação de pressão da</p><p>válvula) ou na contra sede, figura 81. A causa deste tipo de dano pode ser a presença de óxidos e</p><p>sujeira no tubulão superior.</p><p>CALDEIRAS</p><p>84</p><p>Figura 81 – Sede e Contra sede</p><p>9.0 LEGISLAÇÃO</p><p>A maior preocupação quando do emprego de caldeiras de alta pressão é a garantia da operação</p><p>segura das mesmas do tocante a explosões figura 82. Além do risco ao pessoal envolvido na</p><p>operação e dos danos que podem sofrer as instalações, há de ser considerado o risco para as áreas</p><p>vizinhas a indústria.</p><p>Figura 82 – Explosão em planta industrial na Guatemala</p><p>CALDEIRAS</p><p>85</p><p>A lei vigente no País sobre as caldeiras foi redigida com o espírito de preservação da integridade</p><p>física dos colaboradores e comunidades próximas as indústrias, procurando garantir as condições</p><p>mínimas de segurança destes equipamentos.</p><p>Pela legislação em vigor, a operação, manutenção e a inspeção das caldeiras são regidas pela</p><p>Norma Regulamentadora do Ministério do Trabalho - NR - 13, que, dentre outros aspectos, torna</p><p>obrigatória a sua inspeção periódica, calibração, bem como o PLH responsável pela supervisão do</p><p>equipamento.</p><p>10.0 RECURSOS E EQUIPAMENTOS DO TÉCNICO DE INSPEÇÃO</p><p>A inspeção de equipamentos requer a utilização de instrumentos e ferramentas necessárias para a</p><p>execução dos trabalhos. Tais instrumentos básicos estão relacionados abaixo:</p><p>• Equipamentos de proteção individual, tais como: luvas, capacete, óculos de segurança,</p><p>protetor auricular e mascara contra poeira;</p><p>• Bolsa para o transporte dos equipamentos e ferramentas;</p><p>• Lanterna;</p><p>• Papel de tornassol e um frasco de água destilada, usados para medir o pH dos depósitos e</p><p>materiais refratários;</p><p>• Martelo picador, para quebrar crostas e material refratário;</p><p>• Escova de aço e raspador, para limpar superfícies metálicas para a inspeção geral;</p><p>• Estopa;</p><p>• Trena;</p><p>• Marcador industrial, para a marcação de áreas para reparo;</p><p>• Medidor de espessura por ultrassom (com drone);</p><p>• Máquina digital dentre outros.</p><p>11.0 REGISTRO DE INSPEÇÃO</p><p>Para cada caldeira deverá ser mantido um registro que contenha todas as informações referentes</p><p>à mesma, desde a sua documentação de projeto e montagem, até as ocorrências desde o início da</p><p>operação da caldeira.</p><p>Após cada inspeção deverá ser emitido um relatório onde deverão ser mencionadas todas as</p><p>observações acerca dessa inspeção, bem como os reparos executados e as recomendações para os</p><p>CALDEIRAS</p><p>86</p><p>serviços a serem executados na parada seguinte. É mostrado abaixo, um exemplo de itens a serem</p><p>descritos na elaboração do relatório de inspeção.</p><p>1 - INTRODUÇÃO:</p><p>1.1 - DADOS TÉCNICOS.</p><p>1.2 - COMENTÁRIOS GERAIS.</p><p>2 - INSPEÇÃO ANTES DA LIMPEZA:</p><p>2.1 - CIRCUITO DE AR E GASES.</p><p>2.2 - CIRCUITO DE ÁGUA E VAPOR.</p><p>3 - INSPEÇÃO APÓS A LIMPEZA:</p><p>3.1 - ESTRUTURA:</p><p>3.1.1 - BASE.</p><p>3.1.2 - ELEMENTOS ESTRUTURAIS.</p><p>3.2 - CÂMARA DE COMBUSTÃO.</p><p>3.3 - SUPERAQUECEDORES:</p><p>3.3.1 - PRIMÁRIO.</p><p>3.3.2 - SECUNDÁRIO.</p><p>3.4 - CÂMARA DE CONVECÇÃO:</p><p>3.4.1 - TUBOS DO BANK.</p><p>3.4.2 - CHICANAS.</p><p>3.4.3 - TUBOS DAS PAREDES LATERAIS.</p><p>3.5 - TUBULÕES:</p><p>3.5.1 - SUPERIOR.</p><p>3.5.2 - INFERIOR.</p><p>3.6 - PROTEÇÃO TÉRMICA DA CALDEIRA:</p><p>3.6.1 - REVESTIMENTO REFRATÁRIO.</p><p>3.6.2 - ISOLAMENTO TÉRMICO.</p><p>3.7 - DISPOSITIVOS AUXILIARES.</p><p>4 - SISTEMAS ANEXOS AO GERADOR DE VAPOR:</p><p>4.1 - VENTILADOR.</p><p>4.2 - P.A.V.</p><p>4.3 - P.A.G.</p><p>4.4 - DUTOS.</p><p>CALDEIRAS</p><p>87</p><p>4.5 - JUNTAS DE EXPANSÃO.</p><p>4.6 - CHAMINÉ.</p><p>4.7 - AR DE SELAGEM.</p><p>4.8 - CONDICIONAMENTO DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO:</p><p>4.8.1 - CONDENSADOR DE ÁGUA PARA DESAERAÇÃO.</p><p>4.8.2 - DESAERADOR DE ÁGUA.</p><p>4.8.3 - ACUMULADOR DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO.</p><p>4.8.4 - AQUECEDORES DE ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO.</p><p>4.9 - PROTEÇÃO TÉRMICA DOS SISTEMAS ANEXOS.</p><p>4.10 - TUBULAÇÃO.</p><p>5 - ENSAIO HIDROSTÁTICO DA CALDEIRA.</p><p>6 - ENSAIOS DINÂMICOS.</p><p>7 - ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS CONVENCIONAIS.</p><p>8 - PRINCIPAIS SERVIÇOS REALIZADOS.</p><p>9 - RECOMENDAÇÕES PARA A PRÓXIMA PARADA.</p><p>10 - CONCLUSÕES.</p><p>11 - EQUIPE DE INSPEÇÃO.</p><p>CALDEIRAS</p><p>88</p><p>ANEXO I – LISTA DE VERIFICAÇÃO</p><p>SERVIÇO A EXECUTAR DATA OBSERVAÇÃO</p><p>ANALISAR OS RELATÓRIOS DE INSPEÇAO E O LIVRO DE OCORRÊNCIAS</p><p>VERIFICAR O RELATÓRIO DE TERMOGRAFIA</p><p>VERIFICAR O RELATÓRIO DE RI'S PENDENTES</p><p>CONHECER A LISTA DE SERVIÇO DA PARADA</p><p>SEPARAR DESENHOS, CROQUI E FORMULÁRIOS</p><p>SEPARAR E VERIFICAR OS EQUIPAMENTOS E FERRAMENTAS DE INSPEÇÃO.</p><p>SOLICITAR A PERMISSÃO DE TRABALHO</p><p>INSPEÇÃO EXTERNA</p><p>VERIFICAR A INTEGRIDADE DAS ESTRUTURAS, ESCADAS, PLATAFORMAS DE</p><p>ACESSO, FUNDAÇÕES E ALICERCES.</p><p>INSPECIONAR A</p><p>CHAPARIA E REVESTIMENTO DE ALUMÍNIO.</p><p>VERIFICAR A INTEGRIDADE DO ISOLAMENTO TÉRMICO.</p><p>VERIFICAR O ESTADO GERAL DA PINTURA</p><p>MAPEAR AS REGIÕES DA CHAPARIA COM AVARIAS.</p><p>VERIFICAR A INTEGRIDADE DO "BUCK-STAY" E "TIÉ-BAR".</p><p>INSPECIONAR OS PARAFUSOS OS "BUCK-STAY".</p><p>VERIFICAR A INTEGRIDADE DAS JANELAS DE INSPEÇÃO E SEUS ACIONAMENTOS.</p><p>TUBULAÇÃO</p><p>VERIFICAR O ESTADO DO ISOLAMENTO TÉRMICO.</p><p>INSPECIONAR AS LINHAS DE ÓLEO E GÁS COMBUSTÍVEL, VAPOR DE ATOMIZAÇÃO</p><p>E RAMONAGEM E PROTEÇÃO DO SUPERAQUECEDOR.</p><p>INSPECIONAR OS SUPORTES.</p><p>MARTELAR AS CONEXÕES DE PEQUENO DIÂMENTRO (ATÉ 2").</p><p>REALIZAR MEDIÇÃO DE ESPESSURA NAS LINHAS DO ITEM 8.10.2</p><p>REALIZAR TESTE HIDROSTÁTICO DE ESTANQUEIDADE NAS LINHAS DE ÓLEO</p><p>COMBUSTÍVEL E VAPOR DE ATOMIZAÇÃO.</p><p>REALIZAR TESTE PNEUMÁTICO DE ESTANQUEIDADE NAS LINHAS DE ÓLEO</p><p>COMBUSTÍVEL E VAPOR DE ATOMIZAÇÃO.</p><p>INSPEÇÃO INTERNA INICIAL</p><p>INSPECIONAR OS TUBOS DE GERAÇÃO DE VAPOR DA FORNALHA, BANK E</p><p>SUPERAQUECEDOR.</p><p>INSPECIONAR O PISO DE CONCRETO REFRATÁRIO.</p><p>INSPECIONAR OS TUBULÕES.</p><p>INSPECIONAR OS DUTOS.</p><p>INSPEÇÃO INTERNA FINAL</p><p>FORNALHA</p><p>REALIZAR O PRÉ-TESTE HIDROSTÁTICO</p><p>CALDEIRAS</p><p>89</p><p>INSPECIONAR OS TUBOS DO PISO E DAS PAREDES DO PISO E TETO</p><p>REALIZAR MEDIÇÃO DE ESPESSURA DAS PAREDES, PISO, TETO E COLETORES</p><p>SERVIÇO A EXECUTAR DATA CONSERVAÇÃO</p><p>BANK</p><p>REALIZAR MEDIÇÃO DE ESPESSURA</p><p>SUPERAQUECEDORES</p><p>INSPECIONAR OS TUBOS</p><p>INSPECIONAR OS COLETORES</p><p>REALIZAR MEDIÇÃO E ESPESSURA</p><p>VERIFICAR A INTEGRIDADE DO TUBO ESPAÇADOR</p><p>INSPECIONAR AS SUPERFÍCIES INTERNA E EXTERNA</p><p>INSPECIONAR OS TUBOS DE INTERLIGAÇÃO COM OS COLETORES SUPERIORES</p><p>DAS PAREDES LATERAIS</p><p>REALIZAR A MEDIÇÃO DE ESPESSURA</p><p>INSPECIONAR VISUALMENTE E ATRAVÉS DE MEDIÇÃO DE ESPESSURA OS TUBOS</p><p>DE INTERLIGAÇÃO COM O COLETOR DE ENTRADA DO SUPERAQUECEDOR</p><p>REALIZAR ENSAIO INTERNO POR PARTÍCULA MAGNÉTICA EM TODAS AS SOLDAS</p><p>EXTERNAS DE SUAS CONEXÕES</p><p>INSPECIONAR COM ENSAIO DE LIQUIDO PENETRANTE AS JUNTAS SOLDADAS</p><p>EXTERNAS DE SUAS CONEXÕES</p><p>TUBULÃO INFERIOR</p><p>INSPECIONAR AS SUPERFÍCIES INTERNAS E EXTERNAS</p><p>INSPECIONAR OS TUBOS DE INTERLIGAÇÃO COM OS COLETORES INFERIORES DAS</p><p>PAREDES LATERAIS</p><p>REALIZAR A MEDIÇÃO DE ESPESSURA</p><p>REALIZAR ENSAIO INTERNO POR PARTÍCULA MAGNÉTICA EM TODAS AS SOLDAS</p><p>LONGITUDINAIS E CIRCUNFERENCIAIS E NOS BOCAIS DE BV'S E CONEXÕES</p><p>SERPENTINA DE PRÉ-AQUECIMENTO</p><p>INSPECIONAR TUBOS, FLANGES E SOLDAS</p><p>INSPECIONAR AS SOLDAS</p><p>REALIZAR TESTE HIDROSTÁTICO DE ESTANQUEIDADE</p><p>QUEIMADORES</p><p>INSPECIONAR OS DIFUSORES DE AR PRIMÁRIO E SECUNDÁRIO</p><p>INSPECIONAR OS BICOS DOS QUEIMADORES DE GÁS E ÓLEO COMBUSTÍVEL</p><p>INSPECIONAR AS CANETAS DE GÁS ÓLEO</p><p>INSPECIONAR OS MANGOTES DE ÓLEO COMBUSTÍVEL E VAPOR DE ATOMIZAÇÃO</p><p>REALIZAR TESTE HIDROSTÁTICO NOS MANGOTES DE ÓLEO, GÁS COMBUSTÍVEL E</p><p>VAPOR DE ATOMIZAÇÃO</p><p>RAMONADORES</p><p>CALDEIRAS</p><p>90</p><p>VERIFICAR A INTEGRIDADE DAS LANÇAS E SUPORTES</p><p>INSPECIONAR A CAMISA DOS RAMONADORES</p><p>VERIFICAR A INTEGRIDADE E DESOBSTRUÇÃO DAS TOMADAS DE INSTRUMENTO</p><p>DUTOS DE AR E GASES</p><p>INSPECIONAR A CHAPARIA E ESTRUTURA</p><p>VERIFICAR A INTEGRIDADE DO ISOLAMENTO TÉRMICO</p><p>INSPECIONAR AS JUNTAS DE EXPANSÃO</p><p>P.A.V.</p><p>INSPECIONAR TUBOS E ALETAS</p><p>REALIZAR TESTE HIDROSTÁTICO DE ESTANQUEIDADE</p><p>P.A. G.</p><p>INSPECIONAR OS TUBOS</p><p>SERVIÇO A EXECUTAR DATA CONSERVAÇÃO</p><p>VERIFICAR A INTEGRIDADE DO ESPELHO</p><p>INSPECIONAR AS CHICANAS E ESTRUTURA</p><p>P.A.R.</p><p>INSPECIONAR OS CESTOS DA PARTE FRIA, INTERMEDIARIA E QUENTE</p><p>INSPECIONAR OS CESTOS DA PARTE FRIA, INTERMEDIARIA E QUENTE ATRAVÉS</p><p>DE PESAGEM CONFORME PROCEDIMENTO PM - C - 004 REVISÃO 00</p><p>INSPECIONAR AS SELAGENS RADIAIS E AXIAIS</p><p>REVESTIMENTOS REFRATÁRIOS</p><p>INSPECIONAR O CONCRETO E TIJOLOS REFRATÁRIOS</p><p>INSPECIONAR O REVESTIMENTO DE FIBRO-CERÂMICA</p><p>INSPECIONAR OS BLOCOS REFRATÁRIOS DOS QUEIMADORES</p><p>REALIZAR TESTE HIDROSTÁTICO PARA VERIFICAR VAZAMENTOS NAS</p><p>MANDRILAGENS E TUBOS</p><p>REALIZAR TESTE DE ESTANQUEIDADE DAS BV'S DOS TUBULÕES</p><p>de Caldeiras</p><p>MUITO BAIXA PRESSÃO Até - 100 psi ou - 7 Kgf/cm²</p><p>BAIXA PRESSÃO 100 psi - 200 psi ou 7 - 14 Kgf/cm²</p><p>MÉDIA PRESSÃO 200 psi - 700 psi ou 14 - 49 Kgf/cm²</p><p>ALTA PRESSÃO 700 psi - 1500 psi ou 49 - 105 Kgf/cm²</p><p>MUITO ALTA PRESSÃO 1500 psi - 3.209 psi ou 105 - 225,6 Kgf/cm²</p><p>SUPERCRÍTICA Acima de 3.309 psi ou acima de 225,6 Kgf/cm²</p><p>Dentro deste tipo de caldeiras existem várias configurações de projeto, dentre as quais:</p><p>• com um tubulão, coletores seccionais e tubos retos;</p><p>• com um tubulão e tubos curvos;</p><p>• com dois tubulões e tubos curvos;</p><p>• com três tubulões e tubos curvos e;</p><p>• sem tubulões (caldeiras de passe único).</p><p>Estas caldeiras são constituídas por um tubulão superior chamado tubulão de vapor e um ou mais</p><p>tubulões inferiores denominados tubulões de lama. Interligando os tubulões têm-se tubulações</p><p>dispostas na forma de feixes tubulares e paredes de água figura 5. Entre os tubos do feixe tubular,</p><p>ou entre estes e as paredes de água, encontra-se a fornalha, onde é queimado o combustível</p><p>escolhido.</p><p>Figura 5 – Classificação quanto a disposição dos tubulões</p><p>Em operação elas transformam a energia potencial dos combustíveis em energia calorífica, a qual</p><p>é transformada em vapor.</p><p>CALDEIRAS</p><p>8</p><p>As superfícies dos tubos expostas ao fogo na fornalha suportam temperaturas entre 1.200 e 1.600</p><p>ºC. Os tubos das paredes de água que também se encontram nesta região são capazes de absorver</p><p>calor radiante até 112.000 kcal/cm² hºC.cm, esfriando o refratário que envolve a fornalha.</p><p>Os gases em combustão com temperaturas abaixo de 800 ºC são conduzidos por chicanas para a</p><p>parte anterior da fornalha, onde o calor é transferido por convecção para as superfícies de</p><p>aquecimento secundário.</p><p>Nas zonas radiantes, o calor se transfere diretamente do fogo para as superfícies de aquecimento</p><p>e, nas zonas de convecção, o calor se transfere dos gases aquecidos para a superfície de</p><p>aquecimento.</p><p>Com a finalidade de melhorar o rendimento das caldeiras, os gases quentes, exauridos da zona de</p><p>convecção são aproveitados, primeiramente, para o aquecimento da água de alimentação e</p><p>depois para o pré-aquecimento do ar necessário à combustão.</p><p>A figura 6, mostra um tipo de caldeira aquatubular:</p><p>Figura 6 – Aquatubular</p><p>A figura 7 mostra o detalhe do sistema de recolhimento de cinzas na parte inferior da caldeira.</p><p>CALDEIRAS</p><p>9</p><p>Figura 7 – Recolhimento de Cinza – parafuso sem fim</p><p>3.2.1 Funcionamento</p><p>O funcionamento básico e isolado do sistema água-vapor numa caldeira aquatubular será descrito</p><p>na figura 8 a seguir:</p><p>Figura 8 – Caminhos da água e do vapor pelas tubulações e tubulões.</p><p>Para entendermos este funcionamento, usaremos o modelo básico, que é composto pelos</p><p>tubulões superior e inferior, pelos tubos ascendentes e descendentes e pela fornalha. O tubulão</p><p>superior opera com água até o seu nível médio (cerca de 50%) e o tubulão inferior, afogado, ou</p><p>seja, cheio de água. Os tubos ascendentes (azuis) encontram-se voltados para o lado da fonte de</p><p>energia enquanto que, os tubos descendentes (vermelhos), estão na posição oposta, ou seja, não</p><p>recebem parcela significativa da energia.</p><p>CALDEIRAS</p><p>10</p><p>Observando-se a figura 8, podemos concluir que a transferência de calor e a formação de vapor se</p><p>darão apenas nos tubos ascendentes, na face exposta à fonte de energia. Como consequência</p><p>imediata, um diferencial de peso específico se estabelece entre a água dentro dos tubos na zona</p><p>radiante e a água encontrada nos tubos, na zona de convecção. A água com maior peso específico</p><p>dos tubos descendentes empurra a água com menor peso específico dos tubos ascendentes para o</p><p>tubulão de vapor, iniciando-se então uma circulação natural, a uma velocidade adequada para a</p><p>operação da caldeira.</p><p>Ao chegar ao tubulão superior e encontrar a superfície livre, o vapor sairá do seio do liquido,</p><p>separando-se e sendo acumulado. Enquanto isso, toda a água líquida passa, obrigatoriamente,</p><p>pelo tubulão inferior. Consequentemente, todos os depósitos que porventura possa se formar no</p><p>interior da caldeira, se acumularão neste vaso.</p><p>Nas caldeiras trabalhando com pressões superiores a 140 Kgf/cm², o diferencial de peso específico</p><p>estabelecido é baixo, produzindo uma velocidade de fluxo imprópria para a operação. Nestes</p><p>casos, utilizam-se bombas para recirculação forçada de água.</p><p>O vapor desprendido do tubulão superior é chamado de saturado (amarelo), pelo seu conteúdo,</p><p>com água. O retorno deste vapor para um feixe tubular chamado superaquecedor, na zona de</p><p>calor radiante, permite que mais calor adicionado ao vapor saturado evapore os últimos traços de</p><p>água e o transforme em vapor seco ou superaquecido (verde), figura 9.</p><p>Figura 9 – Circuito total de água/vapor pelos principais componentes</p><p>As razões para o superaquecimento do vapor são:</p><p>CALDEIRAS</p><p>11</p><p>• Remoção das gotas de água nele contidas; que em alta velocidade, podem produzir pites e</p><p>erodir as pás das turbinas.</p><p>• Aumento na eficiência das turbinas, quando a diferença entre a temperatura de admissão e a</p><p>temperatura de exaustão do vapor aumenta.</p><p>Caldeiras críticas e supercríticas são aquelas isentas de tubulões. As primeiras possuem um</p><p>separador de água, e nas segundas a água passa numa tubulação contínua, para a fase do vapor.</p><p>Obviamente, o fluxo de água é alimentado por bombas.</p><p>3.2.2 Componentes</p><p>Devido às suas características, importância para a indústria e complexidade, serão relacionados os</p><p>principais componentes internos e externos das caldeiras aquatubulares na figura 10 abaixo:</p><p>Figura 10 – Componentes internos e externos</p><p>3.2.2.1 tubulões</p><p>Eles estão divididos em dois grupos, quais sejam, tubulão superior ou de vapor e tubulão inferior</p><p>ou de lama. O tubulão superior é um vaso de pressão cilíndrico cuja finalidade é separar, acumular</p><p>o vapor d'água gerado e receber a água de alimentação da caldeira figura 11. Convém ressaltar</p><p>que podem existir caldeiras com mais de um tubulão superior. Com a finalidade de melhorar a</p><p>qualidade do vapor gerado. Estes tubulões são dotados de dispositivos especialmente projetados</p><p>CALDEIRAS</p><p>12</p><p>para reduzir a presença de umidade no vapor, conhecida como internos do tubulão, que são</p><p>confeccionados em aço carbono, atuando sobre o fluxo água-vapor das seguintes formas:</p><p>• Força da gravidade;</p><p>• Força inercial;</p><p>• Força centrífuga;</p><p>• Filtração e;</p><p>• Lavagem.</p><p>Figura 11 – Portaló – tubulão superior</p><p>Os internos, cujo funcionamento se baseia nas três primeiras formas acima, são chamados de</p><p>dispositivos primários de separação de vapor, sendo próprios para uso em pressões de gerações</p><p>médias e baixas. Neste caso, enquadram-se os ciclones, as chicanas e os labirintos.</p><p>Já os dispositivos de funcionamento baseados nas duas formas: filtração e lavagem, são</p><p>dispositivos secundários de separação de vapor que se tornam imprescindíveis quando da geração</p><p>de vapor em altas pressões. A chamada "filtração", ocorre num conjunto de placas corrugadas ou</p><p>grelhas, também conhecidas como telas. A eficiência deste processo, depende,</p><p>fundamentalmente, da área e percurso do fluxo no acessório, do tempo de contato e da</p><p>velocidade do vapor nos elementos, que deve ser baixa.</p><p>A função do tubulão inferior é acumular a água liquida e coletar depósitos para que,</p><p>posteriormente, possam ser drenados, figura 12. Com raras exceções, eles não possuem</p><p>acessórios internos. Convém lembrar que podem existir caldeiras onde o tubulão inferior não está</p><p>presente.</p><p>CALDEIRAS</p><p>13</p><p>Figura 12 – Tubulão inferior</p><p>Os tubulões, tanto o superior como o inferior, são fabricados em aço carbono e soldados. O aço</p><p>geralmente empregado é um aço de médio carbono, totalmente acalmado, sendo os mais</p><p>comuns</p><p>o ASTM A - 515 Gr 70 e o ASTM A - 516. No passado, era comum a construção desses</p><p>componentes usando-se chapas rebitadas.</p><p>De uma forma geral, as bocas de visita dos tubulões têm fechamento de dentro para fora e sede</p><p>elíptica. Isto para permitir a introdução da tampa no tubulão. E frequentemente também, para</p><p>compensar o aumento de tensão provocado pela furação dos tubos, a espessura da chapa do</p><p>tubulão superior na região de mandrilagem desses tubos seja maior.</p><p>Os principais acessórios internos dos tubulões superiores de caldeiras são telas, separadores,</p><p>ciclones, calhas, distribuidores e chicanas, que serão vistos nas figuras 13 em corte transversal.</p><p>defletor – placa defletora deslocamento – placa defletora fenda – placa defletora</p><p>CALDEIRAS</p><p>14</p><p>Defletor V Placa perfurada e defletor V Placa defletora - angulo</p><p>defletores de barragem hidráulica compartimento - defletor</p><p>defletor de barragem de capô de inversão triangular separador primário tipo ciclonico</p><p>Figuras 13– Corte transversal na seção do tubulão</p><p>Detalhe do separador primário tipo ciclonico do tubulão superior, figura 14.</p><p>CALDEIRAS</p><p>15</p><p>Figuras 14 – Ciclone</p><p>Os tubulões são dispostos horizontalmente em uma caldeira sendo que, o tubulão inferior, possui</p><p>uma leve inclinação no sentido da descarga de fundo, cuja finalidade é facilitar a remoção da lama.</p><p>A estes tubulões são fixados os tubos por onde escoam a água e o vapor gerado figura 15. Esta</p><p>fixação é feita através de mandrilagem, que consiste na expansão do diâmetro de um tubo através</p><p>da ação mecânica de roletes calcados sobre a superfície interna dos tubos figuras 16. A expansão</p><p>do diâmetro do tubo provoca a sua fixação no tubulão por interferência. Alguns projetos exigem</p><p>que a extremidade do tubo seja alargada.</p><p>Figura 15 – Fixação de tubos por interferência</p><p>CALDEIRAS</p><p>16</p><p>Neste caso, utiliza-se uma mandriladora com dois conjuntos de roletes, conforme as figuras 16 a</p><p>seguir.</p><p>Figuras 16 – Etapas de mandrilagem</p><p>Quanto maior o número de roletes, melhor e mais uniforme é a dilatação do tubo. Uma</p><p>quantidade insuficiente de roletes pode provocar escamação, trincas, encruamento,</p><p>tensionamento excessivo ou irregular e possíveis vazamentos.</p><p>A mandrilagem de um tubo deve ser controlada para evitar falhas por expansão excessiva. Quando</p><p>da troca de um tubo, devem ser verificados os diâmetros do tubo novo (interno ou externo) e do</p><p>furo do tubulão figura 17, uma vez que, após ter sofrido excessivas mandrilagens, o tubulão pode</p><p>apresentar um alargamento de seus furos de tal monta que prejudique a fixação do tubo novo.</p><p>Figura 17 – Furos do tubulão</p><p>CALDEIRAS</p><p>17</p><p>A mandrilagem pode ser feita manualmente ou com ferramenta pneumática. Contudo, quando for</p><p>necessária a substituição de um tubo, é recomendável que a mandrilagem seja feita</p><p>manualmente. Isto porque a utilização de uma mandriladora pneumática figura 18, devido às</p><p>vibrações e ao excessivo esforço, pode causar o afrouxamento das mandrilagens dos tubos</p><p>vizinhos.</p><p>Figura 18 – Mandriladora pneumática no ressalto dos furos</p><p>Em caldeiras de alta pressão, após a mandrilagem, é efetuada uma solda de selagem entre os</p><p>tubos mandrilados e o tubulão.</p><p>Após um tubo ter sido removido, o inspetor de equipamentos deve verificar se não ocorreram</p><p>avarias no tubulão e nos ressaltos do furo (grooves). Eventuais avarias podem ser reparadas</p><p>utilizando-se um procedimento, qualificado pelo fabricante ou elaborado por PH.</p><p>3.2.2.2 tubos</p><p>Os tubos de uma caldeira são os elementos de maior volume. Para se ter uma idéia, em uma</p><p>caldeira cuja produção de vapor seja de 100 ton/h, podemos encontrar mais de 1.800 tubos, cada</p><p>um deles com mais de 10 metros de comprimento. Esse conjunto de tubos, que neste tipo de</p><p>caldeira possui o diâmetro variando entre 50 a 75 mm, que vai formar o que chamamos de</p><p>fornalha da caldeira figura 19.</p><p>CALDEIRAS</p><p>18</p><p>Figura 19 – Exemplo de fornalha</p><p>Os tubos das caldeiras são construídos em aço carbono, sendo a especificação mais comum a</p><p>ASTM A - 178, que é a especificação para tubos de aço com costura. Para esta solda de costura dos</p><p>tubos só se admite o processo por resistência elétrica.</p><p>Para se impedir a passagem de gases através da parede de tubos, são soldadas as chapas entre</p><p>eles, chapas estas chamadas aletas ou chapas de selagem. Desta forma, os tubos passam a formar</p><p>um painel ao qual se dá o nome de "parede d'água" figura 20.</p><p>Figura 20 – Parede d’água - tubos aletados e interligados</p><p>Este tipo de montagem tem sido muito utilizado em projetos modernos, sendo todas as paredes</p><p>laterais da caldeira montados em forma de painéis, figura 21.</p><p>CALDEIRAS</p><p>19</p><p>Figura 21 – Feixe gerador a frente e parede d´água no final ao centro</p><p>3.2.2.3 feixe de tubos geradores (boiler bank)</p><p>Tem a função de garantir a geração de vapor saturado especificado e complementa a superfície de</p><p>troca térmica das paredes d`água (câmara de combustão, seções de convecção e do</p><p>economizador). Instalados na zona de convecção da caldeira são tubos que interligam o tubulão</p><p>superior ao tubulão inferior de lama figura 22. Os tubos costumam ser de diâmetro 2 a 2 ½ pol.(ou</p><p>seja de 4,19 a 4,57mm), de material especificado ASTM A 178 Gr.A e espaçamento variável.</p><p>Figura 22 – Boiler bank (conjunto)</p><p>CALDEIRAS</p><p>20</p><p>3.2.2.4 coletores e distribuidores</p><p>Os coletores são elementos tubulares onde se fixam os tubos de uma parede ou painel lateral . Os</p><p>distribuidores interligam os coletores aos tubulões. Em geral, estes elementos estão submetidos</p><p>aos gases quentes, sendo protegidos por refratários. A figura 23 mostra um esquema, mostrando</p><p>a disposição de coletores e distribuidores superior e inferior em uma caldeira.</p><p>Figura 23 – Esquema de Coletores, Distribuidores e Tubulões</p><p>A fixação dos tubos de uma parede ou painel aos coletores pode ser por solda ou por mandrilagem</p><p>figura 24. No caso de fixação por mandrilagem, é necessária a existência de uma abertura na</p><p>parede oposta do coletor para possibilitar a instalação de mandriladora. Esta abertura chama-se</p><p>"portaló" que possui sede elíptica, tal qual o tubulão.</p><p>Figura 24 – Detalhe da parede de tubos lateral soldada ao coletor</p><p>CALDEIRAS</p><p>21</p><p>3.2.2.5 superaquecedores</p><p>Como já vimos anteriormente, o vapor gerado em uma caldeira é saturado. Assim, ao deixar o</p><p>tubulão, apesar da presença dos dispositivos de separação vapor-líquido, ainda há água líquida</p><p>dispersa pelo vapor. Este vapor úmido não é apropriado para uso em máquinas movidas a vapor</p><p>uma vez que a presença de umidade pode vir a provocar a erosão destas máquinas. Logo, para</p><p>que esta umidade seja retirada do vapor gerado, é necessário que este vapor seja superaquecido,</p><p>ou seja, que ele tenha a sua temperatura elevada além do seu ponto de ebulição para uma dada</p><p>pressão. Esta etapa se dá em um componente chamado de superaquecedor que nada mais é do</p><p>que um conjunto de serpentinas, dentro das quais circula o vapor saturado a ser superaquecido</p><p>figura 25. Eles são, geralmente, colocados na zona de radiação de chama, onde o fluxo de gases é</p><p>mais quente.</p><p>Figura 25 – Superaquecedor</p><p>Devido aos coeficientes de troca térmica, a temperatura da parede metálica dos tubos das</p><p>paredes d'água é praticamente igual à da água que circula no interior dos tubos. Na verdade, não</p><p>importa quão alta está a temperatura da chama ou dos gases externos aos tubos; enquanto</p><p>houver água no interior do tubo, a temperatura da parede metálica será próxima à da água.</p><p>Nas pressões usuais de operação das caldeiras, a temperatura da água é de, no máximo, 480 ºC.</p><p>Logo, esses tubos são</p><p>especificados em aço carbono.</p><p>No caso dos superaquecedores, não existe água na fase líquida dentro dos tubos sendo a</p><p>temperatura da parede metálica bem superior a temperatura do vapor. Desta forma, à medida</p><p>que houve necessidade de se aumentar à temperatura do vapor, começou a aparecer os projetos</p><p>CALDEIRAS</p><p>22</p><p>de superaquecedores onde era preciso aumentar o limite de resistência à fluência dos tubos. Com</p><p>isso, começaram a ser utilizados tubos em aços-liga, carbono-molibdênio ou cromo-molibdênio. A</p><p>figura 26 mostra um esquema do caminho dos gases quentes do 1º para 2º estágios.</p><p>Figura 26 – Caminho dos gases quentes</p><p>3.2.2.6 chicanas e defletores</p><p>São elementos cuja finalidade é direcionar a passagem dos gases quentes; de forma a termos um</p><p>melhor aproveitamento desses gases. Eles são normalmente construídos em alvenaria (tijolos</p><p>refratários) ou em chapas de aço carbono, figura 27.</p><p>Figura 27 – Esquema da chicana</p><p>As chicanas melhoram a troca térmica, distribuindo o calor dos gases. Já os defletores reduzem o</p><p>turbilhonamento, direcionam os gases e facilitam o fluxo, eliminando as perdas de carga. A figura</p><p>CALDEIRAS</p><p>23</p><p>28 mostra esquematicamente, o fluxo de gases (rosa) em uma caldeira e o detalhe das bocas de</p><p>acesso às regiões das chicanas.</p><p>Figura 28 – Esquema chama e gases nas chicanas e defletores</p><p>3.2.2.7 buckstay</p><p>Suportar as cargas de flexão da estrutura externa (paredes, teto e piso) da caldeira.</p><p>Ação da pressão interna tende a fletir os tubos em operação normal e sob evento de explosão.</p><p>O buckstay deve suportar as paredes sem restringir o movimento de dilatação térmica da</p><p>estrutura figura 29.</p><p>Figura 29 – Detalhe do Buckstay</p><p>CALDEIRAS</p><p>24</p><p>Enrigessedores são soldados na chapa de proteção interna (suportar pressão das paredes entre</p><p>buckstays). O buckstay desliza em suportes soldados a viga “C” que por sua vez é soldada aos</p><p>tubos tangentes, figura 30.</p><p>Figura 30 – Esquema da parede e suas interfaces</p><p>3.2.2.8 válvulas de segurança e alívio</p><p>São válvulas para evitar que a pressão da caldeira ultrapasse a pressão máxima de projeto.</p><p>Caldeiras de pequeno porte possuem válvulas que podem ser acionadas manualmente. Caldeiras</p><p>maiores possuem válvulas acionadas pelo painel de controle. A maioria das válvulas não permite</p><p>acionamento pelo operador e abre automaticamente quando a pressão de operação da caldeira</p><p>ultrapassa a pressão para a qual a válvula está regulada (set point). A figura 31 mostra</p><p>internamente uma válvula de segurança e alívio.</p><p>CALDEIRAS</p><p>25</p><p>Figura 31 – Válvula de segurança e alívio</p><p>De uma forma geral, caldeiras de grandes capacidades (da ordem de 200 ton/h), possuem mais de</p><p>uma válvula de segurança e alívio. Uma disposição típica é aquela onde se tem uma PSV (do inglês</p><p>Pressure Safety Valve) no superaquecedor e duas outras no tubulão. Neste caso, uma vez que</p><p>cada válvula abre a uma pressão ligeiramente superior à da válvula anterior, a primeira válvula a</p><p>abrir é a do superaquecedor, o que faz com que um fluxo de vapor nas serpentinas seja garantido.</p><p>Se a pressão da caldeira continuar subindo, uma das válvulas do tubulão se abrirá. Se necessário,</p><p>as três ficarão abertas. Se a primeira válvula a abrir fosse a do tubulão, poderia ocorrer</p><p>superaquecimento dos tubos do superaquecedor, empenando-os, conforme mostra as figuras 32.</p><p>CALDEIRAS</p><p>26</p><p>Figura 32 – Condições de aberturas de PSV’s</p><p>3.2.2.9 invólucro da fornalha</p><p>Os invólucros externos de caldeiras têm a finalidade de separar os gases quentes de combustão do</p><p>ar exterior. Nas caldeiras onde a pressão da fornalha é negativa, o invólucro impede a entrada do</p><p>ar externo para caldeira. Já quando a pressão da fornalha é positiva, ocorre o inverso, ou seja, o</p><p>invólucro impede a fuga dos gases quentes para o exterior. Estes invólucros externos de proteção</p><p>são geralmente construídos em aço carbono estrutural.</p><p>Em caldeiras mais antigas, o sistema usado era o chamado de parede fria com refratamento</p><p>interno com tijolos, conforme mostra, esquematicamente, a figura 33.</p><p>Figura 33 – Parede Fria</p><p>CALDEIRAS</p><p>27</p><p>Nos projetos mais modernos, o refratamento interno com tijolos é substituído por um isolante</p><p>térmico (lã de rocha ou concreto refratário) e os tubos por painéis de parede d'água.</p><p>Estes painéis são mais leves e usam uma pequena quantidade de material refratário, o que faz</p><p>com que a temperatura de operação da caldeira seja atingida mais rapidamente. A figura 34</p><p>mostra este tipo de invólucro.</p><p>Figura 34 – Esquema do invólucro</p><p>Existem dois tipos de Paredes d’água, a com tubos aletados e a refratada lateralmente:</p><p>Paredes com tubos aletados, figura 35, detalhes:</p><p>• Construção simples e mais comum</p><p>• União de tubos por aletas soldadas ao longo do comprimento</p><p>• Parede estanque aos gases (não necessita de coberturas adicionais)</p><p>• Isolamento externo (silicato de cálcio/lã de rocha)</p><p>• Pode ser refratado internamente (proteção: erosão e corrosão causada pelos produtos da</p><p>queima).</p><p>Figura 35 – Parede com tubos aletados</p><p>CALDEIRAS</p><p>28</p><p>Parede refratada lateralmente, figura 36, detalhes:</p><p>• Substituição das aletas soldadas entre os tubos, exemplo abaixo por seção refratada e</p><p>ancoragem por pequenos pinos cilindricos.</p><p>Figura 36 – Parede refratada lateralmente</p><p>3.2.2.10 chaminés</p><p>São dutos verticais destinados a garantir a circulação dos gases de combustão das caldeiras para a</p><p>atmosfera.</p><p>As chaminés podem ser construídas em tijolos, concreto armado ou aço. Quando construídas em</p><p>concreto, é necessária a utilização de um revestimento de tijolos ou concreto refratário. Por outro</p><p>lado, as chaminés de aço, devem possuir um revestimento com refratário antiácido, de forma que</p><p>seja evitada a corrosão por condensação de gases ácidos na chaparia da chaminé. Outros tipos de</p><p>chaminés construídas de aço usam revestimento refratário para resfriar a chaparia e permitir a</p><p>utilização a utilização de espessuras de chapas menores.</p><p>Além da flexão, vibração natural a ação dinâmica do vento que gera vórtices na região próxima ao</p><p>contorno da chaminé. Esses vórtices causam excitação oscilatória que é extremamente perigosa,</p><p>podendo levar ao colapso rapidamente a chaminé.</p><p>Há meios de evitar a vibração ressonante:</p><p>• Perturbar a formação de vórtices alterando a frequência natural de excitação (massa,</p><p>amortecimento ou rigidez).</p><p>• Soldagem de chapas helicoidais no terço superior da chaminé (porém aumenta o arraste</p><p>causado pelo vento).</p><p>• Alteração da espessura da chapa do costado.</p><p>CALDEIRAS</p><p>29</p><p>Figura 37 – Chaminé com chapa helicoidal</p><p>Os materiais do Costado e da Base da chaminé são constituídos por:</p><p>a)Aços:</p><p>• Carbono: ASTM A 36, A 283 ou A 529.</p><p>• ARBL: ASTM A 242, A 572 ou A 588.</p><p>• Inoxidável: ASTM A 240, A 666.</p><p>b)Refratário:</p><p>• Concreto Isolante A ou Semi-Isolante (temperatura da chapa deve ser superior ao ponto de</p><p>orvalho).</p><p>• Aplicação de massa anticorrosiva nos trechos onde os gases estiverem a baixa temperatura</p><p>(entre 60 °C a 150 °C), já na região do topo, quando estiver fora de operação, a água da chuva</p><p>infiltrará no concreto e poderá agravar o processo corrosivo na chaparia figura 38.</p><p>Figura 38 – Corrosão no olhal da chaparia</p><p>CALDEIRAS</p><p>30</p><p>3.2.2.11 refratários</p><p>São materiais cerâmicos, usados sob a forma de tijolos ou concreto monolítico, cuja finalidade é</p><p>proteger as partes pressurizadas das caldeiras da incidência de chama, bem como, para evitar</p><p>perdas de energia para o exterior da caldeira.</p><p>Existem duas grandes classes de refratários: os tijolos e concretos isolantes</p><p>e os tijolos e concretos</p><p>refratários.</p><p>Os tijolos e concretos isolantes são, em geral são leves e possuem baixa densidade e resistência</p><p>mecânica, sendo usados, basicamente, para impedir a troca térmica (isolantes térmicos), figura 39.</p><p>Figura 39 – Tijolo isolante</p><p>Os tijolos e concretos refratários são duros e possuem alta densidade e baixa permeabilidade,</p><p>sendo usados, primordialmente, para vedação de gases e proteção contra a incidência de chama,</p><p>figura 40.</p><p>Figura 40 – Tijolo refratário</p><p>CALDEIRAS</p><p>31</p><p>A figura 41 mostra com um esquema a utilização de concreto refratário para vedação de gases</p><p>junto ao tubulão.</p><p>Figura 41 – Refratários tubos e tubulão</p><p>Em tubos horizontais, como nos tubos do piso de uma caldeira, são colocados refratários para</p><p>evitar que haja vaporização da água, o que viria a impedir a circulação da mesma na parte superior</p><p>do tubo, provocando o seu superaquecimento Figuras 42 e 43. Este fenômeno é conhecido como</p><p>"steam blanketing" e será visto posteriormente.</p><p>Figura 42 – Sem tijolo</p><p>Figura 43 – Com tijolo</p><p>CALDEIRAS</p><p>32</p><p>Refratários também são utilizados nos queimadores da caldeira como direcionadores de chama</p><p>figura 44, dando forma e impedindo que a mesma incida nas paredes metálicas do queimador.</p><p>Figura 44 – Refratário direcionador de chama</p><p>A figura 45 mostra, esquematicamente, a utilização de refratários em um queimador a óleo.</p><p>Figura 45 – Esquema de refratários em queimador</p><p>Os refratários usados em caldeiras são do tipo sílico-aluminosos, que consistem de uma mistura de</p><p>sílica e alumina. Quanto maior a quantidade de alumina, maior a resistência à temperatura, ao</p><p>passo que, quanto maior o teor de sílica, maior é a resistência à condensação ácida. Este é o</p><p>motivo pelo qual usam-se refratários de alta alumina junto aos queimadores (porcentagem de</p><p>CALDEIRAS</p><p>33</p><p>alumina superior a 80%) enquanto que nas chaminés, são mais indicados refratários com altos</p><p>teores de sílica. Os refratários de alta alumina são mais caros que os de alta sílica.</p><p>3.2.2.12 equipamentos e dispositivos auxiliares</p><p>São equipamentos, como a própria definição denota, utilizados, na grande maioria das vezes, para</p><p>melhorar a performance das caldeiras. Os dispositivos mais comuns serão mostrados a seguir.</p><p>3.2.2.12.1 dutos de ar e gases</p><p>Tal qual as chaminés, a sua finalidade é conduzir o ar necessário à queima do combustível nos</p><p>queimadores da caldeira e os gases de combustão para o exterior. Eles são geralmente</p><p>construídos em aço carbono estrutural. Quando a temperatura dos gases for inferior a 480 ºC, o</p><p>duto pode ser construído sem revestimento refratário interno. Com isso, o duto fica mais leve.</p><p>Entretanto, devido à dilatação, passa a ser obrigatória a instalação de juntas de expansão.</p><p>Figura 46 – Duto de aço estrutural</p><p>3.2.2.12.2 juntas de expansão</p><p>São elementos flexíveis cuja finalidade é acomodar as dilatações de dutos e invólucros de gases.</p><p>São geralmente construídas em material não metálico. Caso não houvesse a sua presença, o duto</p><p>de gases provocaria danos ao se dilatar entre a caldeira e a chaminé, figura 47.</p><p>CALDEIRAS</p><p>34</p><p>Figura 47 – Junta de expansão para grandes dutos de ar</p><p>A junta de expansão deve possuir um isolamento térmico na sua superfície externa para evitar o</p><p>resfriamento do seu fole. Caso isso aconteça, os gases de combustão no interior do duto podem se</p><p>condensar sobre a superfície do fole e provocar a sua corrosão.</p><p>Quando construídos em aço inoxidável figura 48, os foles não apresentam desempenho muito</p><p>superior aos foles de aço carbono, principalmente se ocorrer condensação dos gases.</p><p>Figura 48 – Fole de aço inox</p><p>3.2.2.12.3 pré-aquecedores de ar</p><p>São equipamentos permutadores de calor, figura 49; com a finalidade de aquecer o ar destinado</p><p>ao processo de combustão, aproveitando, normalmente, o calor desses gases que são quentes</p><p>para aquecerem uma massa metálica (cestos). Conforme o rotor gira, a massa metálica aquecida é</p><p>colocada em contato com o ar frio, transferindo o calor acumulado para este ar que entra na</p><p>CALDEIRAS</p><p>35</p><p>caldeira. A operação é contínua, ou seja, é, se aquecendo, a outra metade, aquecida</p><p>anteriormente, está em contato com o ar frio, aquecendo este e resfriando-se. O que torna o</p><p>processo ininterrupto é a existência de diversos cestos, que giram em torno de um eixo, ora</p><p>passando pelo duto de gás quente, ora passando pelo duto de ar frio. Em resumo, podemos dizer</p><p>que, em cada giro completo do rotor, o conjunto recebe calor dos gases quentes e cede calor ao ar</p><p>frio. Pode-se aumentar a eficiência da caldeira em 5 a 10%. Também podem usar vapor ou outra</p><p>fonte de energia.</p><p>Figuras 49 – Vistas de um permutador Ljungström</p><p>São instalados diretamente após seção de convecção/economizador da caldeira, conforme figura</p><p>50, e apresentam as seguintes transições:</p><p>Figura 50 – Deslocamento ar e gás</p><p>CALDEIRAS</p><p>36</p><p>Estes pré-aquecedores são constituídos por um motor que opera em baixa rotação (2 a 3 rpm),</p><p>girando um rotor inteiramente metálico que contém cestos que atuam como "transportadores" de</p><p>calor.</p><p>Figura 51 – Partes de um pré-aquecedor de ar regenerador</p><p>Para se fazer à vedação entre os cestos rotativos e as paredes dos dutos existem chapas finas</p><p>flexíveis, fixas ao conjunto rotativo. Estas chapas são reguláveis, de forma a se deixar uma folga</p><p>suficiente para a rotação do conjunto sem sobrecarregar o acionamento mecânico. A corrosão</p><p>dessas chapas provoca a perda da eficiência do pré-aquecedor, devido às fugas de gases de um</p><p>duto para o outro.</p><p>Tipos</p><p>Existem basicamente dois tipos de pré-aquecedores de ar: os tubulares e os regenerativos.</p><p>Os materiais mais empregados na construção dos pré-aquecedores são os aços patináveis, que,</p><p>para este tipo de serviço, apresentam desempenho superior a diversos tipos de aço inoxidável.</p><p>Estes materiais são aços carbono com pequenas adições de nióbio, cobre e outros elementos que</p><p>provocam o aparecimento de uma pátina (camada de óxido) sobre a superfície metálica. Esta</p><p>camada promove proteção em meios oxidantes.</p><p>Os pré-aquecedores de ar tubulares são constituídos de um feixe tubular constituídos por tubos</p><p>de 1½ a 4 pol. de aço carbono ou aço baixa liga com espessura entre 1,24 a 3,05 mm, fixados em</p><p>espelhos, inserido em um invólucro de chapa metálico, figura 52. Os gases de combustão</p><p>CALDEIRAS</p><p>37</p><p>(vermelho) circulam pelo interior dos tubos verticais e o ar (azul) pelo lado externo aos mesmos.</p><p>Este arranjo facilita a limpeza dos pré-aquecedores, uma vez que se pode fazer a lavagem das</p><p>cinzas depositadas no interior dos tubos pelos espelhos dos pré-aquecedores.</p><p>Figura 52 – Partes de um pré-aquecedor de ar tubular</p><p>Figura 53 – Detalhe feixe de tubos</p><p>Este tipo de pré-aquecedor vem sendo substituído por unidades mais compactas: os pré-</p><p>aquecedores regenerativos, já vistos anteriormente, e que apresentam certas desvantagens:</p><p>• Não é incomum a obstrução do recheio.</p><p>• A corrosão pela condensação de vapores de ácido sulfúrico (atingem temperatura abaixo</p><p>do ponto de orvalho destes vapores 121 °C a 149 °C) é um problema crítico.</p><p>CALDEIRAS</p><p>38</p><p>• Pode ser evitado com aumento da temperatura de saída do gás o que reduz eficiência da</p><p>caldeira.</p><p>• Problema na selagem pode causar perda de eficiência do sistema (maior consumo nos</p><p>ventiladores).</p><p>• A diferença de temperatura entre as faces fria e a quente causam distorções no rotor,</p><p>provocando abertura de vazios entre o rotor e partes estacionárias.</p><p>3.2.2.12.4 – sopradores de fuligem</p><p>Eles têm por finalidade manter as superfícies de troca térmica limpas de cinzas e fuligem. São</p><p>chamados</p><p>também de ramonadores e têm, em geral, a forma tubular possuindo diversos tubos ao</p><p>longo de seu comprimento para a saída de vapor em forma de jato.</p><p>Os ramonadores são classificados em dois tipos: os fixos e os retráteis.</p><p>Os ramonadores fixos podem ainda ser classificados em estacionários e rotativos. Estes tipos de</p><p>ramonadores estão localizados na zona de convecção das caldeiras onde, normalmente a</p><p>temperatura dos gases é relativamente baixa.</p><p>Por estarem permanentemente em contato com os gases quentes da caldeira, os ramonadores</p><p>fixos figura 54, estão sujeitos à fadiga térmica, à oxidação e a temperaturas elevadas. Isto porque,</p><p>quando colocados em operação, à passagem de vapor durante o seu acionamento, provoca</p><p>resfriamentos bruscos e intermitentes. Por esse motivo, eles são geralmente especificados em</p><p>ligas de aço inoxidável de alto cromo e níquel, como os aços AISI 309, AISI 310 ou ligas Cr-Ni- Fe</p><p>especiais para a lança, figura 55.</p><p>Figura 54 – Ramonador rotativo Fixo</p><p>CALDEIRAS</p><p>39</p><p>Figura 55 – Princípio básico da lança</p><p>Os ramonadores retráteis estão localizados nas zonas de altas temperaturas de caldeiras, figura</p><p>56, como na região dos superaquecedores para limparem os tubos da caldeira. Eles são mantidos</p><p>fora da caldeira e, portanto, permanecem frios quando não estão operando, podendo atingir 5m.</p><p>O seu funcionamento se baseia em movimentos lentos de rotação por motor elétrico em torno de</p><p>seu eixo, além de um deslocamento longitudinal para o interior da caldeira.</p><p>Estes tipos de ramonadores, quando em operação, não atingem temperaturas elevadas, uma vez</p><p>que por eles passa um grande fluxo de vapor que os refrigera. Por este motivo, podem ser</p><p>construídos em aço carbono, bem como sua lança, figura 57.</p><p>Figura 56 – Ramonador Retrátil</p><p>CALDEIRAS</p><p>40</p><p>Figura 57 – Princípio básico da lança</p><p>3.2.2.12.5 queimadores</p><p>São equipamentos destinados a introduzir continuamente o combustível e o ar para dentro da</p><p>fornalha, figura 58. Eles têm que suportar temperaturas que variam desde 300 ºC, que é a</p><p>temperatura do ar pré-aquecido, até cerca de 2.000 ºC, que é a temperatura da chama.</p><p>Figura 58 – Queimador parte externa a caldeira</p><p>As funções dos queimadores estão relacionadas a seguir:</p><p>− Liberar combustível e ar para a câmara de combustão;</p><p>− Promover a mistura do combustível com o ar;</p><p>− Permitir condições para a queima contínua do combustível (combustão estável) e;</p><p>− Pulverizar e vaporizar o combustível, no caso de combustíveis líquidos.</p><p>Os queimadores podem ser de dois tipos:</p><p>Simples  que queimam um único combustível, ou seja, gás ou óleo combustível;</p><p>CALDEIRAS</p><p>41</p><p>Combinado ou Misto  que podem queimar óleo e gás combustível.</p><p>As partes principais do queimador são: o bloco refratário e o maçarico figura 59.</p><p>Figura 59 – Queimador parte interna a caldeira</p><p>3.2.2.12.6 bloco refratário</p><p>É um conjunto de tijolos refratários ou um bloco monolítico, de forma normalmente circular, no</p><p>interior do qual a chama do maçarico se projeta para a câmara de combustão. O desenho interno</p><p>do bloco refratário tem influencia na forma da chama. Ele possui as seguintes finalidades:</p><p>• Proporcionar uma mistura mais homogênea entre o combustível e o ar devido ao seu formato</p><p>(bocal);</p><p>• Contribuir para aumentar a eficiência da combustão, pois recebe calor da chama e o transmite</p><p>à mistura a ser queimada, ajudando na ignição do combustível e na estabilidade da</p><p>combustão. Por isso, torna-se difícil iniciar a queima, quando o bloco refratário se encontra</p><p>frio, durante a partida e;</p><p>• Servir para formar o corpo da chama, impedindo ou reduzindo a incidência nos tubos.</p><p>3.2.2.12.7 maçaricos</p><p>Os principais tipos de maçaricos são: os maçaricos a gás e os maçaricos a óleo. Os maçaricos a gás</p><p>são, em geral, maçaricos simples, uma vez que o combustível é introduzido diretamente na</p><p>fornalha, passando através de uma simples lança, sem necessidade de ser atomizado, como</p><p>acontece com os combustíveis líquidos.</p><p>CALDEIRAS</p><p>42</p><p>Ao contrário dos combustíveis gasosos que, em seu estado natural, já estão em condições de</p><p>reagir com o oxigênio, os óleos combustíveis precisam ser processados segundo os seguintes</p><p>estágios:</p><p>• Atomização: o combustível é reduzido a pequenas gotículas aumentando a área total do óleo</p><p>e facilitando a sua vaporização;</p><p>• Vaporização: as gotículas do óleo atomizado retiram calor do ambiente passando ao estado</p><p>vapor;</p><p>• Mistura: o combustível, já vaporizado, mistura-se com o oxigênio do ar formando uma mistura</p><p>inflamável;</p><p>• Combustão: a mistura ar-vapor de combustível reage quimicamente, liberando calor.</p><p>Estes tipos de maçarico podem ser de queima simples ou de queima combinada. De uma forma</p><p>geral, os queimadores de óleo possuem, além do maçarico propriamente dito, um bloco de</p><p>refratários conhecido com bloco primário ou "boca do queimador", no interior do qual o maçarico</p><p>se projeta. O maçarico é à parte do queimador onde se verifica a queima do óleo e consistem</p><p>essencialmente de duas pecas, o bico e o corpo do maçarico, figura 60.</p><p>Figura 60 – “Boca do queimador”</p><p>Os maçaricos de queima combinada são os mais empregados em refinarias, figura 61. No mesmo</p><p>queimador podem ser usados tanto os óleos como o gás. Já quando é utilizada a queima</p><p>simultânea de óleo e gás no maçarico, a queima combinada, a operação não é muito fácil, devido</p><p>às dificuldades de se manter estável.</p><p>CALDEIRAS</p><p>43</p><p>Figura 61 – Maçarico de queima combinada</p><p>3.2.2.12.8 materiais</p><p>A especificação dos materiais empregados em queimadores varia de acordo com as temperaturas</p><p>existentes que, como vimos anteriormente, pode variar desde 300 ºC até cerca de 2.000 ºC. Nas</p><p>partes em contato com o ar pré-aquecido, onde não há incidência de radiação da chama,</p><p>emprega-se o aço carbono. Em temperaturas superiores a 500 ºC, utilizamos aços inoxidáveis,</p><p>normalmente o AISI 310. Para temperaturas ainda maiores, onde há incidência da radiação da</p><p>chama, é utilizado refratário.</p><p>Os bicos atomizadores de óleo são especificados em aço inoxidável ou aço ferramenta, de</p><p>especificação ASTM A - 681 D2, que é um aço de alto carbono, inoxidável (com 12% Cr), com</p><p>molibdênio, vanádio e cobalto. Ele possui boa resistência à abrasão e boa estabilidade dimensional</p><p>durante a têmpera. A estabilidade dimensional é desejada pois durante o uso é possível que o bico</p><p>seja submetido à têmpera. Já os bicos dos queimadores a gás, quando sujeitos ao ataque por</p><p>cinzas fundidas, devem ser especificados em aço inoxidável 50 Cr - 50 Ni. A figura 62 mostra um</p><p>tipo de queimador utilizado em caldeiras.</p><p>CALDEIRAS</p><p>44</p><p>Figura 62 – Queimador</p><p>3.2.2.12.9 economizador</p><p>É um feixe tubular cuja finalidade é aquecer a água de alimentação da caldeira antes da entrada</p><p>no tubulão de vapor, utilizando os gases de combustão que a deixam. Desta forma, recupera-se</p><p>calor dos gases de combustão e evita-se o choque térmico resultante da entrada de água fria no</p><p>tubulão. As figuras 63 mostram um típico economizador. Especialmente recomendado para</p><p>caldeiras com grande quantidade de fuligem.</p><p>Figura 63 – Economizador</p><p>CALDEIRAS</p><p>45</p><p>Tubos alinhados no economizador: menor erosão, menor sujeira acumulada e maior facilidade de</p><p>limpeza (em relação aos tubos intercalados), com maior área de troca térmica (peso, volume e</p><p>custo) vide figura 64.</p><p>Figura 64 - Tubos e os gases da combustão</p><p>Tubos pinados, figura 65:</p><p>• não são recomendados em caldeiras com geração de muita fuligem;</p><p>• causam maior perda de carga que outros tipos;</p><p>• não são recomendados em caldeiras com geração de muita fuligem;</p><p>• difícil limpeza;</p><p>• causam maior perda de carga que outros</p><p>tipos.</p><p>Figura 65 - Pinados</p><p>CALDEIRAS</p><p>46</p><p>Tubo com aletas longitudinais, figura 66:</p><p>• não tem bom desempenho sob longas campanhas;</p><p>• caldeiras a óleo/gás não é raro ocorrer trincas nas terminações das aletas;</p><p>• as trincas podem se propagar para o tubo e causarem falha;</p><p>Figura 66 – Aletas longitudinais</p><p>Tubo com aletas helicoidais, figura 67:</p><p>• splicadas em caldeiras a carvão, óleo e gás;</p><p>• em caldeiras a gás as aletas podem ser estreitamente espaçadas (menor fuligem);</p><p>• tubo com diâmetro 2” e com 4 aletas/pol. podem ser até 10 vezes mais eficientes;</p><p>• em caldeiras com combustíveis pesados deve-se usar aletas com maior espaçamento.</p><p>CALDEIRAS</p><p>47</p><p>Figura 67 – Aletas helicoidais</p><p>4.0 MECANISMOS DE DESGASTE E AVARIAS</p><p>Devido à importância das caldeiras para a operação das indústrias que necessitam de vapor, deve-</p><p>se procurar evitar a possibilidade de processos corrosivos no sistema de geração de vapor.</p><p>A corrosão no sistema de vapor, turbina e condensador, podem aparecer de forma uniforme, e na</p><p>maior parte das vezes, na forma localizada por pites ou alvéolos. A corrosão localizada é</p><p>extremamente perigosa, mesmo em tubos novos, ou relativamente novos, poderão furar com a</p><p>consequente parada do equipamento para trocá-los. Esta parada, além do prejuízo do</p><p>equipamento, acarreta um prejuízo de valor incalculável, que é a parada da planta, quando não</p><p>houver caldeira reserva.</p><p>As incrustações nas tubulações das caldeiras poderão acarretar falta de refrigeração das paredes</p><p>dos tubos, ocorrendo elevação localizada de temperatura e, como consequência, estufamento e</p><p>rompimento do tubo. Prejuízos de grande monta são decorrentes do constante aumento do</p><p>consumo de óleo para gerar uma mesma quantidade de vapor em uma caldeira que apresenta</p><p>incrustações.</p><p>4.1 Mecanismos Básicos da Corrosão em Caldeiras</p><p>A corrosão em caldeiras é um processo eletroquímico que pode desenvolver-se nos diferentes</p><p>meios: ácido, neutro e básico. Evidentemente que, em função do meio e da presença de oxigênio,</p><p>CALDEIRAS</p><p>48</p><p>se pode fazer uma distinção relativamente à agressividade do processo corrosivo: meio ácido</p><p>aerado é o de maior gravidade, sendo o básico não aerado o de menor gravidade.</p><p>As reações que representam casos mais frequentes de corrosão de caldeira são:</p><p>Meio Ácido:</p><p>Fe ➔ Fe 2+ + 2e</p><p>2H + 2e ➔ H2</p><p>Deterioração</p><p>Meio neutro ou básico aerado:</p><p>Reação oxidação: Fe ➔ Fe2+ + 2e</p><p>Reação de redução: HOH + ½ O2 + 2e ➔ 2 OH -</p><p>Ocorrendo em seguida as reações:</p><p>Oxi-redução: Fe2 +2OH - ➔ Fe (OH)2</p><p>3 Fe (OH)2 ➔ Fe3O4 + 2H2O + H2</p><p>Passivação</p><p>Meio não aerado: na ausência do oxigênio, em temperaturas acima de 220ºC, o ferro é</p><p>termodinamicamente instável, ocorrendo à formação de óxido de ferro.</p><p>3Fe + 4H2O ➔ Fe3O4 + 4 H2</p><p>(Ferro + água ➔ magnetita + hidrogênio)</p><p>O aço carbono é o material normalmente usado em caldeiras. Seu comportamento é plenamente</p><p>satisfatório mesmo sabendo-se que ele é termodinamicamente instável à água, em elevadas</p><p>temperaturas figura. A razão do seu bom comportamento é a formação de um filme de magnetita</p><p>(Fe3O4), altamente protetor dos aços nas condições de operação das caldeiras. Quando, por</p><p>alguma circunstância, os tubos deixam de ser totalmente protegidos, a corrosão resultante toma a</p><p>forma de ataque localizado do tipo por pites ou alveolar. Como produto de corrosão, sobre os</p><p>pites ou alvéolos, se acumula um depósito preto de forma laminar que é extremamente espesso</p><p>comparado com o filme protetor da magnetita.</p><p>CALDEIRAS</p><p>49</p><p>Figura 68 – Vista Interna de um tubo de caldeira</p><p>4.2 Corrosão das Partes Molhadas</p><p>As substâncias mais agressivas presentes na água de alimentação das caldeiras são o oxigênio e o</p><p>CO2. O oxigênio provoca corrosão sob forma alveolar ou por pites, geralmente associada às</p><p>frestas, depósitos ou incrustações e em zonas próximas ao nível água/vapor. A corrosão pelo</p><p>oxigênio é agravada pela presença de cobre.</p><p>A presença de cobre na água é frequente quando se utiliza condensado de retorno na água de</p><p>alimentação. O condensado normalmente dilui o cobre da parte interna de válvulas, bombas e</p><p>tubos de condensadores de turbinas.</p><p>A superfície interna da caldeira estará revestida por uma fina camada de Fe3O4. A falha permite o</p><p>surgimento de corrosão por pites.</p><p>O CO2 deve ser removido junto com o oxigênio, nos desaeradores. O CO2 remanescente é</p><p>neutralizado com o controle de pH da água. Esta medida não é eficaz para a proteção das linhas de</p><p>condensado, pelo que são utilizadas aminas absorventes de CO2, adicionadas à água. Hidrazina e</p><p>sulfito de sódio são também adicionados à água para remoção de oxigênio remanescente.</p><p>Um desaerador eficiente deve reduzir a concentração de oxigênio para 0.005 cm3/ l. A remoção</p><p>total pode ser obtida com o sulfito de sódio, segundo a reação:</p><p>2NaSO3 + O2 ➔ 2 NaSO4.</p><p>O sulfito deve ser injetado continuamente, na sucção da bomba de alimentação de água ou no</p><p>sistema de desaeração, Figura 69.</p><p>CALDEIRAS</p><p>50</p><p>Figura 69 – Sistema desaerador e de bombas</p><p>Em caldeiras com pressão superior a 60 bar (900 psi), a hidrazina é preferida, pois o sulfito tende a</p><p>se decompor em altas pressões, formando SO2 e H2S, que causam corrosão no sistema de</p><p>condensado.</p><p>A hidrazina reage com o oxigênio obedecendo a seguinte reação:</p><p>N2H4 + O2 ➔ 2 H2O + N2.</p><p>4.2.1 Corrosão por concentração</p><p>Concentrações elevadas de hidróxido de sódio (soda cáustica acima de 5%) podem migrar para</p><p>fendas ou locais, onde a magnetita foi previamente destruída, reagindo diretamente com o ferro,</p><p>conforme a reação seguinte:</p><p>Fe + 2NaOH ➔ Na2FeO2 + H2</p><p>Este tipo de corrosão ocorre quando a parede do tubo da caldeira recebe um fluxo de calor muito</p><p>elevado ou quando o tubo tem circulação deficiente. Nesta condição ocorre uma concentração de</p><p>hidróxido de sódio, no filme, junto à parede aquecida, que provoca altas taxas de corrosão, às</p><p>vezes associada à espessa formação de magnetita. Este problema é maior em tubos horizontais</p><p>que recebem calor na parte superior, figura 70.</p><p>CALDEIRAS</p><p>51</p><p>Figura 70 – Seções atacadas por soda caústica sem magnetita</p><p>4.2.2 "Steam Blanketing"</p><p>É a formação de uma grande bolha de vapor que restringe ou impede a circulação de água no</p><p>tubo. Com a falha da circulação ocorre superaquecimento da parede provocando alteração</p><p>metalúrgica e corrosão interna.</p><p>Figura 71 – Steam blanketing</p><p>4.2.3 Fragilização cáustica</p><p>É uma forma de corrosão sob tensão que provoca trincas intercristalinas (entre os grãos de</p><p>estrutura cristalina do aço).</p><p>Ocorre em locais tensionados (estojos, rebites, soldas com dureza elevada, mandrilagens e</p><p>elementos calandrados ou conformados), submetidos a concentrações elevadas de soda cáustica,</p><p>figura 72.</p><p>CALDEIRAS</p><p>52</p><p>As concentrações de soda caústica usuais em água de caldeira não são suficientes para provocar a</p><p>fragilização. Entretanto, em locais de vaporização elevada ou onde haja expansão da água</p><p>(vazamentos, por exemplo), pode ocorrer aumento localizado da concentração de soda.</p><p>Figura 72 – Tubos mandrilados externa e internamente</p><p>4.2.4 Fragilização pelo hidrogênio</p><p>Ocorre em caldeiras operando a pressões elevadas (da ordem de 125 bar - 1.800 psi). A formação</p><p>do hidrogênio está associada a depósitos porosos e aderentes à superfície metálica e a variações</p><p>no pH da água da caldeira. Com um pH baixo pode haver ataque do ferro com liberação de</p><p>hidrogênio atômico. Usualmente, o hidrogênio formaria molécula e sairia da caldeira junto com o</p><p>vapor. Entretanto, a condição de pH, a pressão elevada e alguns contaminantes no depósito</p><p>podem impedir a formação de molécula</p><p>e o átomo de hidrogênio pode permear na estrutura</p><p>cristalina do aço. A difusão do hidrogênio nos aços e os mecanismos de fratura e fragilização são</p><p>ainda mal compreendidos. É usual explicar a fratura de elementos de caldeira por hidrogênio, pela</p><p>formação de metano, devido à reação do hidrogênio com o carbono da ferrita (fase cristalina do</p><p>aço). É aceito que o metano formado provoca pressurização localizada a ponto de provocar o</p><p>rompimento. Sabe-se, entretanto, que outros mecanismos de fragilização podem existir.</p><p>Uma das teorias supõe que o hidrogênio enfraquece a coesão entre os átomos. Outra supõe que</p><p>os átomos de hidrogênio alojam-se em locais de desalinhamento de empilhamento dos átomos de</p><p>CALDEIRAS</p><p>53</p><p>ferro (discordâncias) e impedem a movimentação dos planos de átomos. Como a movimentação</p><p>dos planos é a responsável pelo comportamento dútil, o aço adquiriria comportamento frágil.</p><p>4.2.5 Corrosão por agente quelante</p><p>Agentes quelantes ou sequestrantes são substâncias adicionadas à água de caldeira que reagem</p><p>com impurezas (cálcio, magnésio, ferro e cobre) e formam sais solúveis e estáveis termicamente.</p><p>Desta forma, a formação de depósitos pode ser praticamente eliminada. Estes produtos, quando</p><p>usados em concentração elevada, podem provocar corrosão. O uso de tratamento com agente</p><p>quelante exige muito cuidado no controle. Existem casos de falhas graves em caldeiras onde</p><p>ocorreu concentração alta, porque os operadores adicionavam um excesso de agente quelante</p><p>para compensar elevações ocasionais na dureza da água. A corrosão geralmente se apresenta de</p><p>forma uniforme, ocorrendo em locais de maior velocidade, podendo apresentar, também, forma</p><p>alveolar.</p><p>4.2.6 "Hide-out"</p><p>Pode-se considerar que haja sempre um líquido superaquecido, em contato com a superfície</p><p>metálica dos tubos das caldeiras, nas áreas de geração de vapor. A alta temperatura nessa</p><p>superfície pode originar a formação de vapor diretamente na mesma, ocasionando o aumento da</p><p>concentração de um determinado sólido dissolvido na água da caldeira. Quando a concentração</p><p>de um determinado sólido, nesta região, exceder sua solubilidade, é evidente que o mesmo</p><p>cristalizará sobre a superfície dos tubos e aderindo-se aos mesmos. Esse fenômeno é conhecido</p><p>com o nome de hide-out ou ocultamento. Tem-se, então, que a concentração desses sólidos na</p><p>água aquecida circulando na caldeira é menor do que a da região de hide-out.</p><p>O problema ocorre, principalmente, quando a caldeira está trabalhando em cargas máximas em</p><p>zonas de alta taxa de transferência de calor.</p><p>A consequência do hide-out é a falta de refrigeração das paredes do tubo, onde ele se estabelece,</p><p>contribuindo para que seja atingido seu ponto de amolecimento. Nestas condições o tubo sofre</p><p>estufamento e pode se romper. Há formação do chamado "joelho" ou "laranja" nos tubos.</p><p>CALDEIRAS</p><p>54</p><p>4.3 Corrosão das Partes Expostas aos gases</p><p>4.3.1 Oxidação</p><p>Exposto ao ar, o aço-carbono pode trabalhar em temperaturas de até 480 ºC, sem apresentar</p><p>oxidação acentuada. Esta temperatura é próxima das temperaturas usuais do vapor de alta</p><p>pressão gerado nas caldeiras. A combustão nos queimadores faz com que o teor de oxigênio nos</p><p>gases que circulam na caldeira seja baixo. Esta atmosfera pouco oxidante não provoca corrosão</p><p>externa significativa dos tubos da caldeira.</p><p>A oxidação pode ser acentuada nos superaquecedores ou em tubos com deficiência de circulação</p><p>ou com incidência de chama. Neste caso, forma-se um óxido negro, fortemente aderido à</p><p>superfície metálica.</p><p>4.3.2 Corrosão por cinzas fundidas</p><p>Durante a operação da caldeira, os resíduos de combustão (partes não queimadas do combustível)</p><p>depositam-se nas superfícies externas da caldeira. As partículas mais pesadas caem no piso, as</p><p>mais leves se depositam nos tubos e paredes ou saem junto com os gases.</p><p>A maior parte desses resíduos é fuligem - uma mistura de partículas de carbono e hidrocarbonetos</p><p>pesados. A outra parte é composta por uma grande variedade de sais.</p><p>A camada de produtos depositada sobre os tubos permanece aquecida pelos gases de combustão</p><p>e resfriada pela parede do tubo, tendendo a ter uma temperatura superior à do tubo. Se a</p><p>temperatura do depósito ultrapassar a temperatura de fusão dos componentes da cinza, estes</p><p>componentes se liquefarão. Devido à temperatura elevada e ao estado liquido, os diversos</p><p>elementos químicos presentes nas cinzas fundidas têm alta reatividade, o que torna a cinza</p><p>corrosiva. Quanto maior a temperatura, mais composta se liquefazem e maior é a corrosão. A</p><p>corrosão é maior entre 550 e 800 ºC. Os elementos mais prejudiciais são o sódio e o vanádio, que</p><p>formam vanadatos e sais com temperaturas de fusão inferiores a 600 ºC.</p><p>As regiões mais atacadas são as submetidas a temperaturas mais altas, entre as quais: refratário</p><p>do piso, serpentina do superaquecedor, suportes de tubos e elementos dos queimadores (mais</p><p>frequente nos bicos atomizadores).</p><p>CALDEIRAS</p><p>55</p><p>A taxa de corrosão é muita elevada sendo maiores nas partes mais baixas, onde escorrem as</p><p>cinzas, e nas partes onde incide a chama.</p><p>A temperatura de fusão das cinzas pode ser elevada a ponto de não causar problemas, se o</p><p>excesso de ar de combustão não ultrapassar 3%.</p><p>O piso refratário sofre a ação das cinzas fundidas e do óleo derramado pelos maçaricos. Este óleo</p><p>é lançado sobre o piso em condições anormais de queima. Os resíduos de óleo e cinzas difundem</p><p>pela estrutura do refratário, formando novas fases cerâmicas. Algumas fases têm volume maior</p><p>que a fase original.</p><p>O crescimento do volume na superfície atacada do refratário provoca trincamento e levantamento</p><p>do piso, principalmente durante o resfriamento da caldeira.</p><p>Os bicos de queimadores de gás, os difusores dos queimadores e os suportes de tubos expostos a</p><p>altas temperaturas e a corrosão por cinzas fundidas podem ser especificados em liga de aço</p><p>inoxidável 50 Cr - 50 Ni, que apresenta resistência superior às ligas 309, 310 e 312 usualmente</p><p>empregadas.</p><p>4.3.3 Corrosão por condensação de ácido sulfúrico</p><p>Uma das formas de corrosão mais conhecidas e mais graves é aquela devida à condensação de</p><p>ácido sulfúrico.</p><p>O enxofre é encontrado no combustível, principalmente, sob a forma de sulfatos, sulfetos e</p><p>mercaptans. Combustíveis contendo compostos de enxofre liberam SO2 durante a queima. O SO2</p><p>pode se transformar em SO3 que, por sua vez, se transforma em H2SO4 quando absorve água. O</p><p>SO2 se transforma em SO3 de acordo com a reação abaixo:</p><p>SO2 + 1/2 O2 ➔ SO3</p><p>O SO2 reage com o oxigênio não usado na combustão e forma o SO3. Esta reação não é possível em</p><p>temperaturas elevadas, da ordem de 550 ºC (temperatura para máxima conversão de SO2 para</p><p>SO4) e auxílio de catalisadores. Os catalisadores mais indicados são o pentóxido de vanádio (V2O5)</p><p>e o óxido de ferro (Fe2O3). Estas condições são aquelas que existem nas fornalhas das caldeiras. Na</p><p>CALDEIRAS</p><p>56</p><p>região do "bank" da caldeira a temperatura dos gases é bem próxima à temperatura de 550 ºC e</p><p>as cinzas que recobrem os tubos são ricas em pentóxido de vanádio e óxido de ferro.</p><p>Para a transformação de SO3 em ácido sulfúrico é necessário que o SO3 reaja com a água. Os gases</p><p>de combustão são ricos em vapor d'água que reagem com o SO3, de acordo com a reação abaixo:</p><p>SO3 + H2O ➔ H2SO4</p><p>O ácido formado estará sob a forma gasosa nos gases de combustão. Ao longo da caldeira os gases</p><p>vão se resfriando ao trocar calor com os tubos. Quando a temperatura cai abaixo da temperatura</p><p>de condensação do ácido, este se liquefaz e se deposita nas paredes e tubos da caldeira. A</p><p>temperatura de condensação, também chamada de temperatura de ponto de orvalho, é</p><p>geralmente próxima de 180 ºC. Esta temperatura é variável em função de teor</p><p>de enxofre do</p><p>combustível e das condições de operação da caldeira.</p><p>Existem tabelas e gráficos que estima o ponto de orvalho, a partir do teor de enxofre e das</p><p>condições de queima da caldeira. Também podem ser usados instrumentos especiais que,</p><p>introduzidos nos dutos de gases medem a temperatura de condensação.</p><p>As paredes mais sujeitas à condensação ácida são os dutos de gases, os pré-aquecedores e a</p><p>chaminé.</p><p>A corrosão ácida é fortemente galvânica e ataca preferencialmente as soldas, figura 73. A</p><p>superfície corroída fica polida e brilhante. O produto de corrosão é sulfato de ferro, que tem</p><p>geralmente cor branca e é muito aderente à superfície corroída. É frequente que a cor branca do</p><p>depósito de sulfato seja encoberta pela fuligem.</p><p>Figura 73 – Seção de tubo corroído - preferência de corrosão nas regiões soldadas</p><p>CALDEIRAS</p><p>57</p><p>As taxas de corrosão são elevadas devido à alta temperatura e concentração do ácido. Tubos de</p><p>aço-carbono são perfurados em poucas semanas de operação. Não é recomendável a substituição</p><p>por aços inoxidáveis. O ambiente corrosivo anula a passividade da camada protetora de óxido dos</p><p>aços inoxidáveis. Nesta condição, o aço inoxidável pode apresentar taxas de corrosão superiores</p><p>as do aço-carbono.</p><p>Os concretos refratários são muitos atacados, pois o ácido destrói o cimento de aluminato de</p><p>cálcio, usado na formulação do concreto. Os tijolos são mais resistentes, pois a liga não é obtida</p><p>com cimento.</p><p>Os revestimentos refratários podem ser severamente atacados mesmo quando não há evidência</p><p>de ataque nas partes metálicas. A temperatura cai ao longo da espessura do revestimento e gases</p><p>que se infiltram em trincas juntas de dilatação atingem locais de temperaturas baixa, junto à</p><p>chaparia e ancoragem do revestimento figura 74.</p><p>Figura 74 – Trinca em progressão pelo refratário</p><p>Em locais submetidos a ataque ácido não se deve empregar revestimento refratário de manta</p><p>cerâmica, devido à alta permeabilidade do revestimento aos gases ácidos.</p><p>CALDEIRAS</p><p>58</p><p>4.3.4 Corrosão em períodos de inatividade</p><p>Caldeiras são equipamentos projetados para operação contínua. A operação intermitente,</p><p>principalmente quando o combustível contém teores elevados de sódio, enxofre e vanádio, pode</p><p>provocar danos severos. Nestes casos, a freqüência de inspeção deve ser ampliada. Em alguns</p><p>casos, em períodos de baixa demanda de vapor, é preferível manter duas caldeiras operando a</p><p>meia carga a hibernar uma delas, ainda que com perda de eficiência do sistema.</p><p>Os maiores problemas são a corrosão interna dos tubos e tubulões e a corrosão externa das partes</p><p>pressurizadas; em contato com cinzas e refratários.</p><p>Se a caldeira for mantida com água, a corrosão interna pode provocar pites e corrosão severa. A</p><p>presença de lama, depósitos e oxigênio agravam a corrosão. Para preservar as partes internas são</p><p>geralmente utilizados dois métodos. O primeiro mantém a caldeira totalmente cheia d'água, com</p><p>200 ppm de hidrazina, para absorver o oxigênio dissolvido na água. Os espaços superiores</p><p>(superaquecedor e topo do tubulão superior), que ficam acima do nível máximo de água, são</p><p>pressurizados com nitrogênio. O segundo método mantém a caldeira drenada e seca. A umidade é</p><p>controlada por dissecante ou por aquecimento com lâmpadas ou resistência elétrica.</p><p>As superfícies externas dos tubos e tubulões são muito corroídas pelas cinzas e refratários</p><p>sulfatados. Os sulfatos absorvem umidade do ar e, hidrolisando-se, liberam ácidos sulfúricos. A</p><p>corrosão é severa. Caldeiras hibernando por períodos prolongados podem perder todos os tubos</p><p>em contato com o refratário. A proteção para o exterior dos tubos só é possível com a remoção do</p><p>refratário e neutralização dos sulfatos.</p><p>A construção usual das caldeiras não permite o acesso aos tubos para a inspeção visual. Uma vez</p><p>constatado um processo de corrosão por pites, por exemplo, junto a refratário, perde-se a</p><p>confiabilidade da caldeira, até que seja efetuado um grande serviço de manutenção, desmonte de</p><p>painéis e remoção de tubos para inspeção. Tendo sido encontrado um tubo furado por corrosão</p><p>junto ao refratário, o inspetor de equipamentos será obrigado a considerar a possibilidade de que</p><p>os demais tubos próximos e também em contato com o refratário estejam igualmente atacados.</p><p>É um erro bastante comum pensar que o teste hidrostático é garantia suficiente de que não</p><p>ocorrerão furos em operação. A experiência demonstra o contrário. Caldeiras atacadas por</p><p>corrosão ácida, em hibernação, podem apresentar furos com poucos dias de operação após o</p><p>teste.</p><p>CALDEIRAS</p><p>59</p><p>A hibernação pode ser efetuada com sucesso se existir um condicionamento, incluindo remoção</p><p>do refratário, lavagem e neutralização, proteção contra intempérie e corrosão atmosférica.</p><p>Obviamente, o condicionamento só é possível quando não houver previsão de uso da caldeira a</p><p>curto/médio prazo.</p><p>4.4 Erosão e abrasão</p><p>Os tubos podem sofrer perda de espessura localizada devido à erosão. Partículas de cinzas,</p><p>resíduos de combustão, catalisadores e outros particulados, arrastados junto com os gases de</p><p>combustão, podem provocar desgaste nos tubos, nos locais onde a velocidade for mais elevada.</p><p>Caldeiras projetadas para queima de combustíveis contendo particulados (caldeiras a carvão e</p><p>caldeiras de CO) têm fornalhas grandes, para aumentar a área de passagem dos gases e diminuir a</p><p>velocidade. Um local propício a desgaste por erosão é formado quando dois tubos são colocados</p><p>muito próximos. Na fresta existente, a velocidade dos gases aumenta e ocorre um desgaste</p><p>acentuado, figura 75.</p><p>Figura 75 – Fresta e deslocamento de gases</p><p>Outra forma de erosão é devida a vazamentos de vapor. As sedes de juntas de flanges e de</p><p>válvulas e as sedes de mandrilagens são erodidas quando um pequeno vazamento de vapor</p><p>condensa partículas na área do vazamento. Com a erosão, a fresta, o vazamento e a própria</p><p>erosão aumentam.</p><p>CALDEIRAS</p><p>60</p><p>Uma causa frequente de rompimentos catastróficos em tubos é a erosão de um deles, provocada</p><p>pela incidência de vapor vazado de um tubo vizinho. Nestes casos, é possível que o vazamento</p><p>inicial não seja percebido pelos operadores. O jato de vapor provoca a perda de espessura do tubo</p><p>vizinho, até que este não resiste à pressão interna. Usualmente estes tubos abrem-se</p><p>longitudinalmente, provocando grandes danos à caldeira. Estes rompimentos podem também ser</p><p>provocados por posicionamento incorreto dos ramonadores.</p><p>Tubos podem ser danificados pela abrasão (atrito) provocada pelo contato com tubos vizinhos. A</p><p>velocidade dos gases de combustão pode provocar oscilação dos tubos e serpentinas do "bank" e</p><p>superaquecedor. Se existirem suportes quebrados ou mal projetados, um tubo pode atritar com</p><p>outro e este atrito continuado gasta as paredes dos tubos até o rompimento.</p><p>4.5 Fluência</p><p>Fluência pode ser definida como uma deformação que ocorre com materiais tensionados a alta</p><p>temperatura, por longo período de tempo. Em caldeiras, os elementos mais sujeitos à fluência são</p><p>os tubos do superaquecedor. A fluência pode se manifestar sob a forma de aumento do diâmetro</p><p>dos tubos e por flambagem. Com o aumento do diâmetro, advém a redução de espessura de</p><p>parede e o rompimento pela pressão interna.</p><p>Podem ocorrer também trincas devido a fenômenos de deformação da estrutura cristalina do aço.</p><p>Materiais operando em temperaturas acima de 480ºC são projetados por critérios de fluência.</p><p>Neste caso não é considerada a tensão elástica admissível. Usa-se a tensão admissível para</p><p>fluência, que depende da vida útil determinada para o equipamento.</p><p>A maioria dos projetos prevê uma vida à fluência de 100.000 horas de operação.</p><p>Com a fluência, aumenta o diâmetro do tubo. Um critério que foi muito utilizado, previa</p>