Operador de Processo Ênfase Em Petróleo e Gás

8/17/2019 Operador de Processo Ênfase Em Petróleo e Gás

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Operador de Processo

Ênfase em Petróleo e Gás

Módulo I

Aula 03


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1. Introdução

Nesta apostila vamos estudar três tipos de tanques usados nas indústriasquímicas e petrolífera: vasos de pressão, tanques e tambores. Este estudo tem afinalidade de descrever esses tanques e seus usos de maneira a tornar o aluno aptoa reconhecer esses diversos tipos de tanques quando estiver produzindo projetos detubulação.

2. Vasos de pressão

Os vasos de pressão são tanques fechados usados para armazenar gases oulíquidos a pressões diferentes da pressão atmosférica.

Podemos definir um vaso de pressão como um recipiente com um diferencialde pressão entre o ambiente interno e o externo. A pressão interna é usualmentemais alta que a externa, mas existem casos que a pressão interna é mais baixa quea externa quando os vasos trabalham sob vácuo. O conteúdo que está contido no

vaso de pressão pode sofrer uma mudança de estado como nas caldeiras onde aágua se transforma em vapor ou em um reator químico onde as reações químicasmodificam os componentes do vaso. Podem também conter fluidos inflamáveis oumateriais radioativos.

Pelas razões expostas é imperativo que os vasos de pressão tenham umprojeto cuidadoso e que não possibilite vazamentos de seu conteúdo. O projeto devetambém cuidar que os vasos de pressão tenham capacidade de suportar aspressões e temperaturas a que estarão sujeitos durante a operação do sistema deforma segura e que não estejam sujeitos a rupturas que poderiam causar extensosdanos pessoais e materiais.

A segurança e a integridade da planta devem ser a preocupação básica doprojeto do vaso que deve obedecer aos códigos aplicáveis ao seu projeto.

Os vasos de pressão são usados em muitas indústrias tais como usinas degeração de força, usinas nucleares, petroquímica, farmacêutica, etc. Vemos naFigura 2.1 dois vasos de pressão típicos.

Figura 2.1

Na Figura 2.2 vemos tanques de armazenagem típicos.


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Figura 2.2

Nessa figura à esquerda temos algumas torres e vasos e à direita umainstalação de tanques de armazenagem em uma refinaria.

Os tanques chamados de tambores (drums) são normalmente vasos

cilíndricos como o mostrado na Figura 2.3.

Figura 2.3

Vemos então que o tamanho e a forma geométrica dos vasos ou tanques emuma instalação química ou petrolífera são muito variados, desde pequenos tanquescilíndricos até grandes vasos pressurizados com fundos abaulados. Alguns podemestar ao nível do solo, sobre estruturas altas ou mesmo enterrados, outros podemestar em lugares fundos dos oceanos.

Os tanques cilíndricos são os preferidos, pois apresentam problemas defabricação menores e são mais fáceis de aproveitar o espaço de terreno. Os vasosesféricos têm a vantagem de necessitar paredes mais finas com uma dada pressãoe diâmetro comparados com os vasos cilíndricos e podem ser usados comoreceptores de gases ou líquidos. As caldeiras, trocadores de calor, reatoresquímicos, etc, usam vasos de pressão cilíndricos.

Vimos acima diversos tanques de pressão e na Figura 2.4 vemos vasos depressão esféricos.


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Figura 2.4

Estes são vasos de pressão especiais sendo na verdade reservatóriosesféricos pressurizados.

Como você vê a geometria dos vasos de pressão é extensa e eles podem serencontrados desde pequenas dimensões de uns poucos centímetros até dezenas demetros nas colunas e terem tampas esféricas ou semi-esféricas como na Figura 2.1ou tampas planas como na Figura 2.5.

Figura 2.5

O tipo de tampas esféricas é preferível, pois as espessuras das tampaspodem ser menores, mas isto logicamente depende da aplicação, pois os trocadoresde calor usam quase normalmente tampas planas em seu projeto.

Nas plantas industriais muitas vezes a energia elétrica é produzida por umaturbina à vapor que aciona um gerador elétrico. O vapor é produzido em um geradorde vapor ou caldeira de vapor que tem um vaso de pressão onde o vapor éproduzido devido ao calor gerado por um combustível queimado em sua fornalha evemos assim que eles podem fazer parte de certos equipamentos também.

Os vasos de pressão como componentes de uma planta química oupetroquímica são componentes de um processo cujas necessidades sãodeterminadas por engenheiros projetistas responsáveis pelo projeto integral. Esteprojeto deve obedecer a códigos de projeto e construção de âmbito nacional einternacional. Esses códigos cobrem aspectos de projeto e construção de detalhes

como bocais, flanges, materiais, análises e testes, pois muitos acidentes têmacontecido por falhas dos materiais e de testes finais de fabricação. Vimos no Nível Ideste curso muitos códigos que são aplicáveis à indústria petrolífera e química.

O projeto final deve ser o mais econômico possível, mas ele deve obedeceràs normas assegurando a segurança patrimonial e a segurança física dosoperadores.


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3. Tanques

Vamos agora estudar os tanques usados nas instalações de plantas químicas

e petrolíferas.Podemos definir os tanques como recipientes para líquidos e gases em uma

planta de processo. Muitos tanques são encontrados dentro de uma fábrica emdiversos locais, mas nas grandes instalações de refinarias de petróleo, por exemplo,existem áreas onde muitos tanques de armazenagem estão instalados em umconjunto que toma o nome de parque de tanques ou área de tanques (no inglês tankfarm) com vimos acima na Figura 2.2. Os dois fatores que governam a escolhadestes arranjos são a segurança e a economia.

Como vimos no caso dos vasos de pressão o projeto deve considerar oscódigos e regulamentos locais, as especificações do cliente, a topografia do local, as

unidades de processo adjacentes e as propriedades vizinhas tanto comerciais comoresidenciais. Também devem ser obedecidas as considerações de segurança doprocesso e dos operadores, a manutenção e a operação do processo.

Neste capítulo vamos estudar os tanques de armazenagem, alguns arranjostípicos desses tanques, a contenção de vazamentos e a disposição geral.

3.1. Terminologia

Damos a seguir a terminologia usada neste capítulo:

Tanque atmosférico: é um tanque que opera a níveis de pressão dealguns centímetros de coluna de água até uma atmosfera. Barril: é uma unidade padrão de volume de líquido usado na indústria

petrolífera que equivale a 42 galões americanos a 60°F ou 159 litros a15,6°C.

Bala: Bullet no inglês, é um vaso de pressão horizontal que tem aforma de uma bala de revolver por ser longo.

Tanque de teto cônico: é um tanque de armazenagem que tem um tetofixo de forma cônica.

Dique: é uma barreira desenhada para conter o vazamento de umlíquido em certa área por razões de segurança.

Sistema de distribuição: é um sistema que compreende osequipamentos, tubulações e serviços que transportam e controlam ofornecimento de um fluido.

Canal de desvio: é um canal que dirige produtos perigosos que foramderramados para diques remotos.

Dique de desvio: é uma barreira projetada para desviar os vazamentosde outros tanques para outro reservatório intermediário.

Tanque de estocagem de parede dupla: um tanque de armazenagemde parede dupla tem uma parede interna, um espaço anelarusualmente preenchido com um isolante e uma parede externa.

Teto fixo: é um tanque de baixa pressão com um teto soldado ao corpo.


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Impedimento de fogo: no caso de um raio ou outro fenômeno qualquerde fogo, o impedimento de fogo impede que o fogo alcance o interiordo tanque.

Abafador de chama: dispositivo na linha de respiro do tanque operado

manualmente para abafar o fogo no fim do tubo de respiro. Tanque de teto flutuante: teto flutuante ou móvel no sentido vertical,

desenhado para impedir a perda de vapor e minimizar o perigo de fogo. Espuma: um lençol de densidade mais baixa que o óleo ou água

formado sobre os vapores perigosos para reduzir o perigo de explosão. Válvula de pé: válvula colocada no fundo de um tubo vertical dentro do

tanque onde existe uma bomba submersa, que durante a operação dabomba permanece fechado e no caso de remoção da bomba a válvulafecha.

Aquecedores: aquecedores internos ao tanque para aquecer oconteúdo do tanque com vapor ou outro fluido quente.

Tanque esférico: um tanque de forma esférica usado para aarmazenagem de gases a altas pressões.

Tanque intermediário: Tanque usado para a armazenagem temporáriade um líquido quando ele atingir um dado estado para ser entãobombeado para o processo.

Bacia: um tanque normalmente formado no terreno para aarmazenagem temporária de líquidos perigosos, um local de contençãolocalizado longe do processo ou da planta.

Sedimento: lama acumulada nos tanques e tubulação que consiste emsujeira, ceras e crostas dos tubos que deve ser eliminadaperiodicamente.

Bases: blocos de concreto ou estruturas de aço para o suporte detubulações.

Fossa: uma cova que é um ponto baixo dentro da área para coletarlíquidos para sua remoção posterior.

Área de tanques: um local onde estão instalados diversos tanques dearmazenagem.


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3.2. Tipos de tanques

Os tanques usados em uma indústria química ou petroquímica têm como jávimos, muitas formas e dimensões variando de acordo com o fluido sendoarmazenado e seu perigo potencial. Vamos ver neste capítulo alguns tipos usuais,começando com o tanque de teto cônico que vemos na Figura 3.1.

Figura 3.1

Este tanque armazena o fluido a pressão atmosférica ou a baixa pressão e éusado para muitos tipos de fluidos como: petróleo, produtos químicos, água,

petroquímicos. Também é usado, para estes fins, o tanque com teto plano em lugardo teto cônico.

Na Figura 3.2 vemos um tanque de teto flutuante.

Figura 3.2

Este tanque tem um teto que se movimenta para cima ou para baixo deacordo com o nível do fluido armazenado. Como não se forma um vazio na partesuperior com a variação de nível do líquido, não se cria oportunidade para a


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formação de vapor nessa área diminuindo ou impedindo o perigo de fogo ouexplosão. Este tipo de tanque é muito comum nas refinarias de petróleo.

Na Figura 3.3 temos o tanque de armazenagem à baixa temperatura.

Figura 3.3

Estes tanques são usados para a armazenagem de gases liquefeitos na suatemperatura de ebulição. São usados, por exemplo, para a armazenagem de amôniaa temperatura de -28°F e metano a -258°F.

Na Figura 3.4 temos um tanque de pressão horizontal que, devido a suaconfiguração, é chamado também de tanque bala, pois se parece com a bala deuma arma.

Figura 3.4

Estes tanques são usados para armazenar produtos sob pressão e sãointeiramente construídos nas oficinas de caldeiraria sendo transportados prontos. Astampas destes tanques podem ser elípticas ou semi-esféricas, sendo a primeirausada para as pressões mais altas.

O último tipo de tanque que vamos descrever é o tanque esférico que vemosna Figura 3.5.


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Figura 3.5

Este tanque é usado para grandes quantidades de líquidos ou gases sobpressão. Quando se sofre uma limitação de acesso para a planta fabril esta pode seruma solução vantajosa para a estocagem a altas pressões de grandes volumes.

3.3. Contenção de vazamentos

A instalação de tanques de armazenagem para produtos inflamáveis, como éo caso na indústria petrolífera e muitas vezes na indústria química, leva ànecessidade da construção de muros ou diques de contenção para o caso devazamento ou falha de um dos tanques e dos tubos que ligam esses tanques. Essacontenção pode ser também uma segunda parede do tanque que tenha um volume

para conter o líquido que possa vazar do tanque ou um dique contínuo que sejaconstruído para conter todo o líquido que possa vazar.

Este assunto está no âmbito do projetista da disposição da instalação que tema especialização e responsabilidade de projetar a instalação das proteções e dapassagem de tubulação e do transito para manutenção da instalação. O projetistadas tubulações muitas vezes é chamado para auxiliar no layout (disposição) dosequipamentos e por isso damos aqui alguns exemplos de instalação para oprofissional de projeto de tubulação.

Os diques podem ser construídos de terra, de concreto, ser metálicos ou dealvenaria. Sua forma pode ser retangular, quadrada, circular ou mesmo irregular edeve se conformar com a topografia do lugar. Quando de tratar da contenção delíquidos inflamáveis as normas concernentes devem ser consultadas.


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Um desenho comum é de construir os diques de terra como vemos na Figura3.6.

Figura 3.6

A altura típica dos diques é de 0,9m a 1,8m acima do nível do piso onde estãoinstalados os tanques e sua largura na parte superior deve ter um mínimo de 0,5m ea relação largura/altura da parede é 1,5/1. A largura do topo deve ser maior no caso

em que o topo do dique tenha que ser transitável para veículos. A altura deve sercalculada para que a área de dique tenha o volume necessário de acordo com asnormas de segurança aplicáveis.

Também podemos construir os diques em concreto como mostrado na Figura3.7.

Figura 3.7

Estes casos se aplicam quando os diques não podem ser construídos emterra e devem estar dentro dos limites de bateria da instalação.


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Quando a instalação está próxima a zonas populosas os diques devem serconstruídos em parede dupla como vemos na Figura 3.8.

Figura 3.8

Vemos no desenho um dique interno construído em concreto e um diqueexterno construído em terra que deve ter uma capacidade pelo menos igual aovolume do tanque.

Existem outros tipos de diques como o combinado de terra e concreto quepossibilita o uso de menos concreto no muro de contenção, como vemos na Figura3.9.

Figura 3.9

Existem outras possibilidades no caso de parques de tanques extensosquando se pode usar a topografia do terreno para instalar os tanques mantendo-osem nível mais baixo do que o nível do terreno e o caso dos tanques enterradosdevido ao potencial de perigo de líquidos explosivos ou inflamáveis.

Do ponto de vista da construção dos diques um último ponto que podemostocar é como fazer o esvaziamento da área dos diques.


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Como normalmente o líquido contido é perigoso devido à possibilidade deincêndio ou explosão, deve ser prevista a instalação de caimentos e locais para acoleta da drenagem como mostrado na Figura 3.10.

Figura 3.10

Essas válvulas devem estar normalmente fechadas, mas podem ser abertas,usando-se uma forma segura para isto como a operação à distância, por exemplo,no caso de um vazamento perigoso e as linhas de drenagem descarregam o líquidoem um canal que leva o líquido para uma área segura.

O acesso aos diques é um ponto muito importante, pois deve ser possibilitadoo acesso de pessoas e veículos para manutenção e operação dessas instalações.Vemos na Figura 3.11 uma rampa construída para possibilitar a entrada de veículosna área de contenção. Essa rampa deve ter uma inclinação máxima de 15%.


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Figura 3.11

Também podem ser instaladas nessa área uma escada e plataforma parapermitir o acesso de pessoal no lado oposto da área das bombas a fim de prover aoperação e manutenção da área.

Para estas instalações devem ser consultadas as normas pertinentes.

O dimensionamento dos tanques e dos diques é uma tarefa complicada queincluí os custos e as possibilidades de espaço do terreno, o uso de tanques padrãopara capacidades menores e a natureza das fundações necessárias. Mais uma vezlembramos que esta é uma tarefa do profissional treinado para o projeto de layouts

de plantas industriais.

3.4. Tubulação nos diques

Na área dos tanques existem muitas tubulações e podem também estarinstaladas bombas nesse espaço que interligam os tanques com as instalações naplanta através de pontes de tubos como vemos na Figura 3.12.

Figura 3.12

Como alternativa as bombas podem estar instaladas fora da área dos diquese então os tubos devem atravessar a parede dos diques como vemos na Figura3.13.


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Figura 3.13

Neste caso deve ser instalada uma selagem que impede o líquido vazado desair para fora da área do dique e este selo é mostrado na Figura 3.14.

Figura 3.14

No caso de tubulações revestidas com isolamentos térmicos ou outrosisolamentos, a passagem pelo muro do dique deve permitir certo movimento epodemos usar uma selagem como mostra a Figura 3.15.

Figura 3.15

O layout das tubulações nas áreas dos diques pode tomar diversas formas eos suportes dos tubos devem obedecer às regras de segurança da área sem impor

cargas sobre os equipamentos ou tanques. A Figura 3.16 mostra uma instalaçãotípica de tanques e suas tubulações sendo mostradas em linhas cheias e tracejadastrajetos alternativos que o projetista pode escolher.


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Figura 3.16

Na Figura 3.17 está mostrada uma instalação de tubulação em um parque detanques com a colocação de liras de expansão.

Figura 3.17

A proteção contra incêndio é normalmente projetada por firmas especializadasem proteção contra incêndio, mas é interessante para o projetista de tubulação teralguma idéia sobre a disposição deste tipo de tubulação. Na Figura 3.18 você vê umarranjo de tubulação de espuma concentrada que é bombeada com água de umcaminhão para um tanque de armazenagem para formar uma manta de espuma notanque.


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Figura 3.18

Na Figura 3.19 vemos outro tipo de instalação de espuma concentrada de umcaminhão para o tanque.

Figura 3.19

Uma alternativa aos sistemas móveis de proteção contra incêndio é o uso dehidrantes com água para combate à incêndio e sistema de monitoração no localcomo mostrado na Figura 3.20


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Figura 3.20Todos esses sistemas devem ser projetados por projetistas especializados e

instalados de acordo com os códigos locais de proteção contra incêndio. Antes deseu uso eles devem ser completamente inspecionados pelas autoridades emproteção contra incêndio e somente deve ser autorizado seu uso após aprovaçãopor essas autoridades e pelos organismos competentes como, por exemplo, o corpode bombeiros local.

4. Tambores

Os tambores são geralmente tanques cilíndricos ocos usados no processocomo recipientes intermediários. Estes tanques são instalados no processo parareceber fluidos das torres de destilação, de fracionamento e outros equipamentospara armazená-los temporariamente para serem enviados posteriormente paraoutros processos ou para armazenagem.

Estes tanques também são usados no processo de geração de vapor, para aestocagem de catalisadores, desarejadores de água de alimentação das caldeirasque são equipamentos para retirar o ar e outros fins nos processos industriais.Vamos ver neste capítulo alguns detalhes referentes a esse tipo de tanques.

4.1. Tipos de tamboresOs tanques que chamamos aqui de tambores podem tomar diversas formas e

são usados como dissemos, em diversos pontos do processo para a coleta earmazenamento de refluxos, como tanques pulmão para amortecer as variações naprodução dos produtos e outros fins nos processos. Alguns tambores têm detalhesinternos que são muito mais simples que os instalados nas torres de destilação esão usados somente como almofadas para separação da umidade dos fluidos,chicanas, para quebra de vórtices e para a distribuição dos líquidos. Os tamborespodem ser horizontais ou verticais. Na Figura 4.1 vemos um tambor usado paratratar um gás antes de sua compressão. Ele tem uma chicana que dirige o gás para


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o fundo do tanque, uma camada de material para desumidificar o gás e uma parteinferior para receber a umidade condensada que tem um regulador de nível quecontrola a bomba que retira a umidade condensada.

Figura 4.1

Na Figura 4.2 temos um tambor que armazena o refluxo em uma instalaçãode destilação.

Figura 4.2

Na Figura 4.3 temos um tambor desarejador de água típico para alimentaçãode caldeiras.


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Figura 4.3

4.2. Localização dos tambores

Os tambores são localizados dentro de um processo seja ao lado dosequipamentos principais como os tambores de refluxo ou como os coletores decondensado que são isolados. Nos processos em sequência como itens seguidosem um processo como, por exemplo, bombas, condensadores e torres, o tambordeveria estar instalado para se obter uma tubulação de interligação econômica entreesses equipamentos.

Como uma unidade auxiliar do processo os tambores e os itens que serelacionam com eles ficam localizados ao lado das pontes de tubos e são servidos

por ruas ou estradas auxiliares para fins de manutenção. Em certos casos como ostambores de desarejadores ou de flash (chamas) ficam localizados acima das pontesde tubos.

4.3. Arranjo das tubulações

A tubulação dos tambores deve ser projetada de maneira a facilitar acolocação dos suportes e prover a flexibilidade suficiente para absorver os esforçosdurante a operação. Esta tubulação deve também ser arranjada em conjunto com alocalização dos bocais, plataformas para acesso de operação e manutenção. A

tubulação deve ser projetada de maneira a facilitar a instalação dos suportes e coma flexibilidade adequada para absorver as tensões durante a operação do sistema.

Você deve notar que a tubulação deve ser projetada e suportada de formaque não transmita esforços aos vasos de pressão, tanques, tambores e quaisqueroutros equipamentos do sistema, como bombas por exemplo.

Veremos no estudo da apostila Projetos de Tubulações algumas regras edetalhes de como determinar a flexibilidade das tubulações a fim de evitar esforçosnos equipamentos.


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Se necessário as tubulações horizontais podem ser suportadas nos tambores,nas plataformas e nos suportes de concreto que apóiam os tambores e vasos.Vemos na Figura 4.4 uma forma de suportar os tubos ao redor dos tambores.

Figura 4.4

Na Figura 4.5 a forma de arranjo da tubulação nas bombas instaladas nostambores.

Figura 4.5


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E na Figura 4.6 uma tubulação de alívio de pressão. Note que estas sãosugestões e que a tubulação deve ser projetada e desenhada conforme ascondições locais sendo estas figuras meras ilustrações do curso.

Figura 4.6

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