Como Garantir a Proteção Eficaz em Equipamentos de Processamento: Desidratadores e Bombas de Exportação

O funcionamento seguro de equipamentos como desidratadores eletrolíticos (dessalinizadores) e bombas de exportação em sistemas de processamento de petróleo depende da instalação e configuração adequadas de dispositivos de segurança. Esses dispositivos são essenciais para proteger os sistemas contra sobrepressões, vazamentos, falhas e outros eventos acidentais que podem comprometer a integridade do processo e do equipamento. Abaixo, são abordados os aspectos cruciais da proteção desses dispositivos em diferentes cenários.

No caso do desidratador eletrolítico (dessalinizador), a proteção contra sobrepressão é assegurada por sensores PSH (Pressure Shut-off). Quando ocorre uma sobrepressão, o sensor PSH interrompe imediatamente o fluxo de fluido para o equipamento. Se houver uma falha no sensor PSH, o sensor PSL (Pressure Shut-off Level) entra em ação, cortando o fluxo de fluido e protegendo o sistema de possíveis danos. Caso ambos os sensores falhem, o alívio de pressão é feito por uma válvula PSV (Pressure Safety Valve), que atua de forma a liberar a pressão no desidratador.

Quanto ao sensor PSL, ele não precisa ser instalado se cada fonte de entrada já estiver protegida por um PSL individual, ou se a pressão mínima operacional do sistema for atmosférica. Além disso, quando a instalação do desidratador é interligada a equipamentos a jusante com válvulas adequadas, o sensor PSL pode ser dispensado.

Além de proteger contra sobrepressão, é fundamental monitorar o nível do líquido dentro do desidratador. O sensor LSL (Low-Safety Level) é utilizado para garantir que o nível de líquido nunca caia abaixo de um valor crítico, o que poderia expor os eletrodos e danificá-los. Este sensor deve ser instalado fora do recipiente, de forma isolada, permitindo a sua manutenção sem afetar o processo.

Em relação às bombas de exportação, utilizadas para enviar o petróleo tratado para o pipeline de exportação, a proteção contra sobrepressão também é essencial. O sensor PSH corta o fluxo de óleo caso ocorra sobrepressão, enquanto o sensor PSL detecta vazamentos que possam causar queda de pressão. A válvula PSV alivia a pressão do sistema em caso de falha nos sensores PSH e PSL. A bomba de exportação deve ser equipada com uma válvula de retenção (FSV) para prevenir o refluxo de óleo, minimizando o risco de danos às instalações.

A instalação desses dispositivos de segurança deve ser realizada com precisão, garantindo que os sensores PSH e PSL estejam localizados de forma a proteger o sistema sem interferir no seu funcionamento. Em sistemas manualmente operados, com supervisão constante, algumas dessas proteções podem ser dispensadas, desde que haja um controle rigoroso do processo. No entanto, a ausência de sistemas de detecção de vazamentos ou controle adequado de pressão torna a instalação desses dispositivos imprescindível.

Em relação aos tanques de armazenamento de petróleo bruto, que são vasos atmosféricos, a principal preocupação de segurança é garantir a proteção contra sobrepressão, vácuo, transbordamento e superaquecimento, especialmente quando esses tanques precisam ser aquecidos. A instalação de válvulas de alívio de pressão, sistemas de ventilação e dispositivos de monitoramento do nível do líquido são essenciais para evitar acidentes. O monitoramento constante da pressão interna e do nível de líquido evita falhas e mantém a segurança operacional.

Além disso, é fundamental que a integração dos sistemas de segurança seja realizada com base no tipo de operação e nas características específicas de cada equipamento. O design do sistema de proteção deve considerar as necessidades de monitoramento contínuo, a facilidade de manutenção e a resposta rápida a situações de emergência.

Como Projetar e Calcular Válvulas de Segurança: Considerações Técnicas e Práticas

Além disso, a tubulação de saída da válvula de segurança deve ser projetada sem curvas em U e deve possuir uma inclinação mínima de 1:500, voltada para o manifold de queima. A válvula de isolamento deve ter diâmetro total, com uma trava de posição ou lacre de chumbo. Em situações em que o fluido descarregado pela válvula de segurança possa congelar ou se tornar viscoso (como parafina ou asfalto a temperaturas ambiente), é importante considerar o uso de aquecimento nas tubulações de entrada e saída da válvula de segurança. Esse aquecimento previne o bloqueio causado por pequenas fugas do meio, além de garantir que o efeito JT (Joule-Thomson) não cause problemas de congelamento devido ao rápido fluxo de gás.

Em sistemas de emissão aberta, especialmente para gases e vapores, a válvula de alívio de pressão irá gerar uma força de reação devido ao fluxo do fluido. Essa força será transmitida à válvula de alívio, ao furo de instalação e à estrutura do recipiente adjacente. A força exata dependerá da configuração do sistema de tubulação, que pode ser analisada com a fórmula de cálculo da força de reação. Para sistemas de emissão fechada, a válvula de segurança geralmente não impõe uma força grande ou momento de flexão na tubulação. No entanto, a força de reação pode ser significativa no ponto de expansão súbita da tubulação. Nesse caso, o cálculo da força é mais complexo e exige uma análise detalhada do comportamento do sistema de tubulação ao longo do tempo.

A escolha do disco de ruptura é priorizada em certas situações, como quando a pressão pode aumentar rapidamente, quando o fluido de descarga contém partículas, ou quando o fluido possui alta viscosidade ou é altamente corrosivo. Além disso, discos de ruptura são adequados quando se deseja evitar qualquer vazamento de substâncias tóxicas ou caras, sendo comumente usados em série com válvulas de segurança. Em sistemas onde a pressão de trabalho é muito baixa ou muito alta, ou onde a temperatura é baixa e afeta o funcionamento das válvulas de segurança, o uso de discos de ruptura é uma solução viável.

Quando se instala um disco de ruptura, a pressão de ruptura calibrada do disco deve ser igual à pressão ajustada da válvula de segurança. O diâmetro nominal do disco de ruptura não pode ser inferior ao diâmetro da entrada da válvula de segurança. Após a ruptura do disco, a área de descarga deve ser pelo menos igual à área da entrada da válvula de segurança, e deve-se garantir que os fragmentos do disco não afetem o funcionamento da válvula. Além disso, em ambientes corrosivos, o disco de ruptura pode ser instalado na saída da válvula de segurança, para proteger a válvula de corrosão. Nesses casos, é fundamental garantir que o meio dentro do recipiente esteja limpo, sem substâncias adesivas ou obstrutivas.

Como Calcular e Projetar Sistemas de Ventilação em Unidades de Processamento

Ao projetar sistemas de ventilação e alívio de pressão em unidades de processamento, é fundamental garantir que os componentes do sistema, como manifolds e tanques separadores, estejam adequadamente dimensionados para lidar com os requisitos de descarga máxima de líquidos e com as condições térmicas geradas durante o processo. A análise e o cálculo precisos dessas variáveis são cruciais para assegurar a segurança térmica tanto do equipamento quanto das pessoas envolvidas, principalmente no que diz respeito à radiação térmica de fornos e tocha de alívio.

O dimensionamento preliminar do sistema deve considerar a capacidade de dissipação térmica e a proteção contra sobrepressões. Isso inclui uma verificação do espaço adequado para a tocha e o separador de tocha, além de assegurar que o sistema de alívio de pressão não ultrapasse os limites de pressão de alívio do dispositivo. A identificação da pressão de retaguarda em cada válvula de alívio é uma etapa essencial para garantir que não haja falhas no sistema e que os fluxos sejam mantidos dentro dos limites estabelecidos.

Outro aspecto importante no cálculo é a perda de pressão nas conexões de tubulação. Ferramentas como o Aspen Flare System Analyzer são recomendadas, mas devem ser usadas com atenção, pois podem superestimar a perda de pressão em conexões de tubo quando o fluxo é baixo ou inexistente. Em casos mais críticos, o uso de softwares específicos como o Korf Hydraulics pode ser mais adequado, uma vez que esses sistemas oferecem dados mais detalhados sobre perdas de pressão em conexões, permitindo um cálculo mais preciso para sistemas complexos.

Além disso, é necessário realizar cálculos adicionais de queda de pressão quando as condições de carga da tocha podem ser maiores do que as previamente previstas. Isso é especialmente relevante em cenários em que múltiplas fontes de ventos de alívio estão em operação simultânea, o que pode aumentar a carga sobre as ramificações do sistema. Em tais casos, embora o total da carga do sistema de alívio de pressão possa ser menor, a carga nas ramificações pode ser significativamente maior, impactando diretamente no dimensionamento das tubulações.

Quando se calcula o sistema de ventilação, a principal preocupação é garantir que a pressão de retaguarda gerada pela linha de descarga não ultrapasse o limite de pressão de alívio da válvula de alívio. A tubulação de descarga e o manifold de alívio devem ser projetados de forma que a pressão acumulada não prejudique a operação da válvula. Portanto, o dimensionamento do sistema deve sempre considerar a possibilidade de ocorrência de eventos de falha que gerem a maior pressão de retaguarda, o que pode envolver múltiplas válvulas de alívio operando ao mesmo tempo.

Em relação ao dimensionamento da rede de tubulação, a pressão de saída deve ser conhecida, e a pressão de retaguarda permitida para cada válvula de alívio do sistema deve ser verificada. A pressão de retaguarda em cada ponto da rede de tubulação deve ser mantida abaixo dos limites operacionais das válvulas. Essa verificação, aliada ao uso de margens adequadas de segurança, facilita o cálculo de dimensionamento, que pode ser realizado em segmentos, baseando-se no diâmetro da tubulação.

Por fim, o cálculo de perda de pressão no sistema deve ser feito levando em consideração a equação de fricção hidráulica apropriada, que utiliza o coeficiente de fricção hidráulica e o comprimento equivalente da tubulação. O cálculo do número de Mach na saída da tubulação também é necessário, pois as condições do fluxo de gás liberado são dinâmicas e a densidade do gás muda rapidamente. O tratamento do fluxo como um fluido compressível é essencial para obter resultados precisos no dimensionamento de sistemas de ventilação.

É fundamental que o projetista compreenda as interações complexas entre pressão, fluxo e temperatura ao calcular e dimensionar os sistemas de alívio. As normas, como a API Std 521, fornecem diretrizes abrangentes que podem ser adaptadas conforme as necessidades específicas de cada planta ou unidade de processamento. Essas considerações devem ser seguidas rigorosamente para garantir que os sistemas de ventilação operem de forma segura e eficiente, minimizando os riscos e aumentando a confiabilidade das operações industriais.

Como funciona a proteção contra pressão negativa e superaquecimento em equipamentos industriais?

A proteção contra pressão negativa em equipamentos atmosféricos e pressurizados é fundamental para garantir a integridade do sistema e prevenir acidentes. Para equipamentos atmosféricos, a proteção primária é assegurada por um sistema de respiração adequado que equilibra a pressão interna com a externa, evitando o colapso da estrutura. Em equipamentos submetidos a pressão negativa, a proteção primária é garantida por um sistema de fornecimento de gás, que impede a formação de vácuo prejudicial. Caso esses sistemas primários falhem, existe uma proteção secundária: para equipamentos atmosféricos, um segundo estágio de ventilação ou válvula de segurança (PSV) atua como barreira adicional; para equipamentos pressurizados, sensores de pressão baixa (PSL) monitoram e desligam automaticamente os fluxos de entrada e saída, prevenindo danos causados por pressão negativa excessiva.

A correta instalação dos dispositivos de segurança é um fator crucial para sua eficácia. Sensores PSL, por exemplo, devem ser posicionados na parte mais alta do equipamento para evitar o bloqueio por impurezas do fluido, enquanto o sistema de ventilação e as válvulas de segurança devem obedecer a normas técnicas, como a API Std 2000, assegurando que estejam adequadamente dimensionados e localizados para liberar pressão quando necessário.

Os efeitos do superaquecimento são severos, podendo reduzir a capacidade de pressão do equipamento e levar a vazamentos ou rupturas. Em sistemas fechados, o bloqueio do fluido provoca aumento da pressão interna, enquanto o superaquecimento dos gases de combustão pode incendiar materiais combustíveis em contato com a chaminé ou superfície do duto. Condições detectáveis, como alta temperatura, baixa vazão e baixo nível de líquido, servem como alertas para intervenções preventivas.

A proteção contra superaquecimento é estruturada em dois níveis. O primeiro nível envolve sensores de temperatura de segurança (TSH), sensores de baixo nível (LSL) e sensores de fluxo baixo (FSL), que atuam para interromper o fornecimento de combustível ou redirecionar o fluxo de gases, evitando que a temperatura ultrapasse os limites críticos. Para proteção secundária, sensores adicionais são instalados em pontos estratégicos do sistema, como dutos e linhas de fluido, com funções semelhantes para assegurar redundância. Em casos de superaquecimento nos gases de combustão, sistemas de suporte emergencial e válvulas de segurança final (FSV) complementam a proteção.

A instalação adequada dos sensores de temperatura é essencial para garantir medições precisas e fácil manutenção. Exceto os sensores do tipo fusível ou de contato superficial, devem estar alojados em bainhas de termopar para facilitar sua remoção e teste. Em sistemas bifásicos, sensores devem ser posicionados na fase líquida, e em aquecedores tubulares, o sensor deve estar próximo à saída do meio aquecido, assegurando a detecção rápida de variações térmicas.

Compreender que a segurança não é uma camada única, mas um conjunto integrado de medidas, é fundamental para garantir a operação contínua e segura dos sistemas industriais. A redundância dos dispositivos de proteção, o monitoramento constante e a manutenção preventiva formam o tripé que sustenta a integridade dos equipamentos diante de situações adversas. Além disso, a correta interpretação dos sinais anormais e a pronta resposta são essenciais para evitar que pequenas falhas se transformem em acidentes graves.

Como Garantir a Segurança e Eficiência no Sistema de Queima: Aspectos Críticos do Sistema de Purga e Selagem

A gestão eficiente de substâncias tóxicas e prejudiciais nos gases de flare, como o H2S, exige um controle rigoroso da qualidade do ar e das condições operacionais do sistema. Em sistemas que utilizam circulação de água, é fundamental garantir a reposição contínua do fluido e verificar periodicamente o estoque de fluido vedante. Caso o anticongelante seja utilizado, o sistema de circulação de água pode ser uma boa opção. Em situações onde os requisitos para reposição de fluido não são elevados — como no caso de vedação estática de fluido — também pode ser viável a utilização de sistemas de anticongelante. Para o cálculo do volume necessário para o tanque de vedação de água, recomenda-se consultar o API Std 521 sobre sistemas de alívio de pressão e depressurização, bem como o SH 3009, que trata das especificações de projeto para sistemas de emissão de gases combustíveis na indústria petroquímica.

A taxa mínima de purga para a ponta do flare deve ser definida de modo a prevenir a entrada de ar devido ao vento ou a ocorrência de retrofogo. A fórmula de Husa, recomendada no API Std 521, pode ser usada para calcular a taxa de purga necessária para impedir a entrada de ar. O cálculo baseia-se na condição de que a concentração de oxigênio a 8 metros da ponta do flare deve ser inferior à metade do limite inferior de inflamabilidade, o que é crucial para evitar o retorno da chama. A utilização de gás inerte pode reduzir significativamente o risco de retrofogo, mas existe uma taxa máxima de purga que deve ser mantida para assegurar que a velocidade de ejeção da chama seja superior à velocidade do retrofogo.

Em sistemas onde o gás de purga tem uma massa molecular relativa baixa (como é o caso do hidrogênio), a quantidade máxima de oxigênio no sistema de purga não deve exceder certos limites, variando de acordo com a massa molecular do gás de flare. Para gases de flare com massa molecular acima de 6, a fração volumétrica de oxigênio não deve ultrapassar 5%, e para gases com massa molecular abaixo de 4, o limite de oxigênio é de apenas 3%. Este controle é essencial para evitar condições que possam levar a explosões ou outras falhas perigosas no sistema.

Além disso, quando a ponta do flare não possui revestimento resistente ao fogo, o fornecedor do flare deve especificar a quantidade mínima de gás de purga necessária para prevenir a combustão interna. Essa taxa deve considerar o projeto específico da ponta do flare e selos moleculares utilizados. Se a ponta do flare for revestida com material resistente ao fogo, o cálculo da taxa de purga deve considerar apenas a necessidade de impedir a entrada de ar no sistema de flare. Em alguns casos, durante a reintegração do sistema, pode ser necessário um fluxo inicial de purga elevado para expelir o ar do sistema.

Outra questão crítica é a prevenção da formação de vácuo no sistema de flare, que pode ocorrer devido à condensação de vapor ou contração do gás devido a fatores como chuvas. Para evitar esse problema, deve-se fornecer gás de purga de emergência, que não precisa ser contínuo, mas deve ser controlado automaticamente com base em fatores como pressão e temperatura. Como alternativa, pode ser utilizado um sistema de vedação líquida, o qual pode ser vantajoso, pois minimiza o risco de formação de vácuo causado pelo resfriamento do gás.

Além disso, a eficácia do sistema de purga pode ser comprometida por condições operacionais inadequadas, como vazamentos ou falhas no fornecimento de gás de purga. O sistema de purga deve contar com uma fonte confiável e um sistema de backup automático para garantir que qualquer falha no ponto de injeção de gás ou na fonte não cause danos ao sistema de flare.

Em última análise, o projeto, operação e manutenção do sistema de flare devem ser realizados com atenção detalhada a esses aspectos críticos de segurança, considerando as condições específicas da planta e as regulamentações locais. A análise cuidadosa de custos e benefícios também deve ser levada em conta, especialmente no que diz respeito ao aumento da taxa de purga, à utilização de materiais mais avançados e à implementação de soluções de resfriamento adicionais, se necessário.