Sumrio

Nota dos Autores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVAbreviaturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVIIApresentao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIXPrefcio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXI

1 Introduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2Falhas Mecnicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1 Fadiga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.1.1 Fadiga mecnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1.2 Fadiga trmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.2 Ruptura por Sobrecarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422.2.1 Ruptura por sobrecarga no associada a sobreaquecimento . . 422.2.2 Ruptura por sobrecarga associada a sobreaquecimento . . . . . 54

2.3 Desgaste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632.3.1 Eroso/Corroso-eroso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632.3.2 Cavitao. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.3.3 Impingimento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

3Falhas Devidas Corroso No Associada a Esforos Mecnicos . . . . . . . . . 773.1 Corroso Eletroqumica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 773.2 Corroso Intergranular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793.3 Corroso Seletiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823.4 Corroso Galvnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 893.5 Corroso por Pites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 983.6 Corroso por Clula Oclusa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

3.6.1 Corroso por bissulfeto de amnio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1163.7 Corroso cida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

3.7.1 Corroso por CO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

ANLISE DE FALHAS EM EQUIPAMENTOS DE PROCESSOXXIV

3.7.2 Corroso por H2SO4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1243.7.3 Corroso por condensao de gases de combusto

(dewpoint corrosion). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1263.7.4 Corroso por HCl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1273.7.5 Corroso por H2S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

4Falhas Devidas Corroso Associada a Esforos Mecnicos . . . . . . . . . . . . . 1414.1 Corroso sob tenso (CST) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

4.1.1 CST em meios contendo cloretos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1424.1.2 CST em meios custicos (fragilizao custica) . . . . . . . . . . . . 1644.1.3 CST em meios contendo amnia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1744.1.4 CST por cidos politinicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1774.1.5 CST em pH prximo ao neutro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

4.2 Corroso-Eroso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2024.3 Corroso-Fadiga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

5Falhas Devidas Corroso em Altas Temperaturas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2155.1 Oxidao em altas temperaturas/Oxidao interna . . . . . . . . . . . . . 215 5.2 Sulfetao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2195.3 Corroso Naftnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2405.4 Corroso por Cinzas Fundidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

6Falhas Devidas a Danos Causados por Hidrognio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2576.1 Empolamento por hidrognio/Trincamento induzido por

hidrognio (TIH)/Trincamento sob tenso por sulfeto (TTS)/Trincamento por Hidrognio orientado por tenso (THOT) . . . . . . 257

6.2 Ataque pelo hidrognio em altas temperaturas (AHAT) . . . . . . . . . 2836.3 Trincamento a frio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289

7Falhas Devidas Alterao Metalrgica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2977.1 Grafitizaco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2977.2 Fragilizao por fase sigma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

8Fluncia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

9Casos Especiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341

Referncias bibliogrfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379

Glossrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385

ndice de Casos Prticos por Mecanismo de Falhas

2Falhas Mecnicas2.1 Fadiga

2.1.1 Fadiga mecnica a) Ruptura de niple de vent de uma bomba centrfuga em operao 9b) Trincamento de poo do termopar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13c) Ruptura de tirante de um suporte de mola . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18d) Ruptura de niple de dreno de uma bomba centrfuga em operao 21 e) Ruptura de mola de vlvula de segurana e alvio de presso . . 24f) Trincamento em niple do vent de uma tubulao . . . . . . . . . . . . . 29

2.1.2 Fadiga trmicaa) Falha em serpentina de vapor de forno de processo . . . . . . . . . . . 36Ruptura em lanas de ramonadores de um forno de processo do captulo 7, item 7.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307 Casos Especiais (captulo 9)b) Mecanismos de danos em bico de tocha (flare) . . . . . . . . . . . . . . . 347e) Falha em feixe tubular de um permutador de calor . . . . . . . . . . . 366f) Ruptura de palheta da turbina de turbogerador . . . . . . . . . . . . . . 370

2.2 Ruptura por Sobrecarga 2.2.1 Ruptura por sobrecarga no associada a sobreaquecimento

a) Rupturas em tubos de trocador de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44b) Ruptura de gancho de talha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

2.2.2 Ruptura por sobrecarga associada a sobreaquecimento a) Ruptura em tubo de forno de processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

2.3 Desgaste 2.3.1 Eroso/Corroso-eroso 2.3.2 Cavitao 2.3.3 Impingimento

a) Falha em boia de chave de nvel de um vaso vertical de condensado Eroso (Abraso) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

ANLISE DE FALHAS EM EQUIPAMENTOS DE PROCESSOXXVI

b) Falha em coletor e tubo da serpentina de vapor de torre extratora Corroso-eroso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

3Falhas Devidas Corroso No Associada a Esforos Mecnicos 3.1 Corroso eletroqumica

Todos os casos prticos descritos nos captulos 3 e 4 foram causados por corroso eletroqumica Todos os casos prticos descritos no captulo 6, item 6.1 ocorreram devido gerao de hidrognio atmico, oriundo de reaes catdicas da corroso eletroqumica em meios contendo H2S

3.2 Corroso intergranular Todos os casos prticos de corroso sob tenso por cidos politinicos e corroso sob tenso em meios custicos foram intergranulares

3.3 Corroso seletiva a) Falha em tubo de permutador de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

3.4 Corroso galvnicaa) Falha em espelho flutuante de permutador de calor . . . . . . . . . . 93b) Falha em tubulao de vent de bomba centrfuga . . . . . . . . . . . . . 95

3.5 Corroso por pites a) Furo em mangote flexvel de gs combustvel . . . . . . . . . . . . . . . . 101b) Furo em linhas de gs combustvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106Deteriorao em demister de vaso de suco de compressor de hidrognio do captulo 4, item 4.1.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 Casos especiais( captulo 9)d) Falha em tubo aletado de trocador de calor tipo resfriador a ar (air cooler) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360

3.6 Corroso por clula oclusa a) Furo em solda entre niple e vlvula de dreno de uma tubulao 112Falha em tubo de permutador de calor do captulo 3, item 3.3 . . . . 85 Casos especiais( captulo 9)d) Falha em tubo aletado de trocador de calor tipo resfriador a ar (air cooler) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360

3.6.1 Corroso por bissulfeto de amnioa) Ruptura em tubos de trocador de calor durante a operao da

planta de processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1183.7 Corroso cida

3.7.1 Corroso por CO2 3.7.2 Corroso por H2SO4 3.7.3 Corroso por condensao de gases de combusto (dewpoint

corrosion)

3.7.4 Corroso por HCl 3.7.5 Corroso por H2S

a) Falha em bico soprador de vapor de ramonagem de forno de processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131b) Falha em junta de expanso de tubulao de gases para caldeira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

4Falhas Devidas Corroso Associada a Esforos Mecnicos 4.1 Corroso sob tenso (CST)

4.1.1 CST em meios contendo cloretosa) Deteriorao em demister de vaso de suco de compressor de

hidrognio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145b) Trincamento em tubo de serpentina de aquecimento de um

tanque de armazenamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150c) Falha na serpentina de resfriador de leo do mancal de uma

bomba centrfuga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 d) Falha em rotor de ventilador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Casos especiais (captulo 9)d) Falha em tubo aletado de trocador de calor tipo resfriador a ar (air cooler) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360e) Falha em feixe tubular de um permutador de calor . . . . . . . . . . . 366

4.1.2 CST em meios custicos (fragilizao custica)a) Trincamentos em tubulao de uma unidade de processo . . . . . 167

4.1.3 CST em meios contendo amnia Casos especiais (captulo 9)c) Trincamento em tubo de trocador de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355

4.1.4 CST por cidos politinicosa) Trincas em flange da tubulao de sada de carga de um forno

de processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180b) Trincamento em revestimento interno (clad) do costado de uma

torre de processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1834.1.5 CST em pH prximo ao neutro

a) Trincamento circunferencial em gasoduto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1924.2 Corroso-eroso

Corroso-eroso tambm foi classificada como sendo um mecanismo de desgaste (captulo 2). Portanto, o caso prtico aplicvel Falha em coletor e tubo da serpentina de vapor de torre extratora do captulo 2, item 2.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

4.3 Corroso-fadigaa) Trincamento em tubo de resfriador de leo . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204b) Falha em tubos de permutador de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

NDICE DE CASOS PRTICOS POR MECNICA DE FALHAS XXVII

ANLISE DE FALHAS EM EQUIPAMENTOS DE PROCESSOXXVIII

Casos especiais (captulo 9)c) Trincamento em tubo de trocador de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355

5Falhas Devidas Corroso em Altas Temperaturas 5.1 Oxidao em altas temperaturas/Oxidao interna

Todos os casos prticos descritos nos captulos 5 foram causados por oxidao em altas temperaturas Casos especiais (captulo 9)b) Mecanismos de danos em bico de tocha (flare) Oxidao direta 347 f) Ruptura de palheta da turbina de turbogerador Oxidao

direta/Oxidao interna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3705.2 Sulfetao

a) Falha em tubo da conveco de forno de processo . . . . . . . . . . . . 222b) Vazamentos pelos plugues da carcaa de uma bomba centrfuga 236Corroso interna em tubulao do sistema de vcuo de uma unidade de destilao a vcuo do captulo 5, item 5.3 . . . . . . . . . . . 243

5.3 Corroso naftnicaa) Corroso interna em tubulao do sistema de vcuo de uma

unidade de destilao a vcuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2435.4 Corroso por cinzas fundidas

a) Ruptura em tubo de uma caldeira de alta presso . . . . . . . . . . . . 250

6Falhas Devidas a Danos Causados por Hidrognio6.1 Empolamento por hidrognio/Trincamento induzido por

hidrognio (TIH)/Trincamento sob tenso por sulfeto (TTS)/Trincamento por hidrognio orientado por tenso (THOT) a) Falha em solda de selagem de tubos de um gerador de vapor

Trincamento sob tenso por sulfeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264b) Ruptura em estojos de fixao de tampo flutuante de trocador

de calor Caso 1 Trincamento sob tenso por sulfeto . . . . . . . 273c) Ruptura em estojos de fixao de tampo flutuante de trocador de

calor Caso 2 Trincamento por hidrognio orientado por tenso 278 Casos especiais (captulo 9)b) Mecanismos de danos em bico de tocha (flare) Empolamento

por hidrognio, Trincamento induzido por hidrognio . . . . . . . 3476.2 Ataque pelo hidrognio em altas temperaturas (AHAT)

a) Falha em anel bipartido de trocador de calor . . . . . . . . . . . . . . . . 2866.3 Trincamento a frio

a) Trincamento em niple de vent de uma bomba centrfuga . . . . . . 292

7Falhas Devidas Alterao Metalrgica7.1 Grafitizaco

a) Ruptura em tubo de caldeira durante operao . . . . . . . . . . . . . . 3007.2 Fragilizao por fase sigma

a) Ruptura em lanas de ramonadores de um forno de processo . . 307Falha em junta de expanso de tubulao de gases para caldeira do captulo 3, item 3.7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Casos especiais (captulo 9)b) Mecanismos de danos em bico de tocha (flare) . . . . . . . . . . . . . . . 347

8Flunciaa) Trincamento em tubo de teto inclinado de um forno de processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318b) Ruptura em tubo de forno de unidade de gerao de hidrognio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324c) Ruptura em coletor de forno de unidade de gerao de hidrognio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334

9Casos Especiaisa) Falha em esferas de rolamento de uma bomba centrfuga . . . . . 341b) Mecanismos de danos em bico de tocha (flare) Fadiga trmica,

Oxidao em altas temperaturas, Empolamento por hidrognio, Trincamento induzido por hidrognio, Fragilizao por fase sigma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

c) Trincamento em tubo de trocador de calor Corroso-fadiga, Corroso sob tenso em meios contendo amnia . . . . . . . . . . . . . 355

d) Falha em tubo aletado de trocador de calor tipo resfriador a ar (air cooler) Corroso por pites, Corroso por clula oclusa, Corroso sob tenso por cloreto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360

e) Falha em feixe tubular de um permutador de calor Fadiga trmica, Corroso sob tenso em meios contendo cloreto . . . . . . 366

f) Ruptura de palheta da turbina de turbogerador Fadiga trmica, Oxidao em altas temperaturas, Oxidao interna . . . . . . . . . . . 370

NDICE DE CASOS PRTICOS POR MECNICA DE FALHAS XXIX