SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
CAPÍTULO I - CONCEITOS BÁSICOS DE COMBUSTÃO
. Combustíveis e Comburente ... 5
. Reações de Combustão ... 6
. Ar necessário à Combustão ... 6
. Poder Calorífico ... 8
. Calor Sensível e Calor Latente ... 9
CAPÍTULO II - CALDEIRAS - CONSIDERAÇÕES GERAIS . Tipos de caldeiras - Características e Empregos ... 11
. Partes de uma caldeira - Componentes principais ... 16
. Fornalhas e Queimadores ... 18
. Caldeiras para Energia Alternativa ... 28
. Acessórios e Instrumentos de Caldeiras ... 30
. Controle de Tiragem ... 35
CAPÍTULO III - OPERAÇÃO DE CALDEIRAS . Partida do Equipamento ... 38
. Operação de Rotina ... 39
. Regulagens e Controles ... 40
. Anomalias mais Comuns Durante a Operação ... 42
CAPÍTULO IV - PREVENÇÃO CONTRA EXPLOSÃO E OUTROS RISCOS . Riscos de Acidentes - Segurança e Proteção da Caldeira ... 45
. Explosões de Fornalhas - Causas e Providências ... 46
. Análise de Riscos ... 48
CAPÍTULO V - TRATAMENTO DE ÁGUA PARA CALDEIRAS . Água de Alimentação - Problemas e Controle ... 58
. Problemas Provocados pela Água de Alimentação ... 59
. Controle de Incrustações e Corrosão ... 61
. Limpeza dos Sistemas de Geração de Vapor ... 69
. Hibernação / Proteção nas paradas ... 70
CAPÍTULO VI - MANUTENÇÃO DE CALDEIRAS . Inspeção e Manutenção Preventiva ... 72
BIBLIOGRAFIA ... 76
ANEXOS 1. Limites a serem estabelecidos para a água no interior da caldeira ... 78
2. Legislação de segurança e medicina do trabalho ... 79
3. Norma Regulamentadora no 13 (NR-13) ... 80
I-A. Currículo mínimo para “Treinamento de Seg. na Oper. de Caldeiras” ... 98
I-B. Currículo mínimo para “Trein. de Seg. na Oper. de Unid. de Proc.” ... 100 II. Requisitos para certificação de “Serviço Próprio de Insp. de Equip.” ... 102 III. Equipamentos aos quais devem ser aplicada a NR-13 ... 103 IV. Classificação de vasos de pressão ... 104 . 4. Noções de Grandezas Físicas e Unidades ... 106 TABELAS E GRÁFICOS . Rendimento da combustão ... 108 . Tabela de vapor saturado (Pressão relativa de 0 a 7,0 kgf/cm2) ... 109
. Tabela de vapor saturado (Pressão relativa de 7,5 a 219 kgf/cm2) ... 110
. Tabela de Viscosidade para Óleo Combustível ... 111
. Caracterização de Óleo Combustível do tipo A1 ... 112
. Informações sobre Óleo Combustível do tipo A2 ... 113
. Características básicas do GN de Campos ... 114
. Características básicas do GN Distribuído pela CEG... 115
. Válvula de Segurança ... 116 . Tabela de Especificações de Óleos Combustíveis ... 117
. Tabela de Especificações de Óleos Combustíveis (Portaria ANP no 90) ... 118
. Tabela de Ponto de Fluidez Superior (Resolução CNP no 03/86) ... 119
. Armazenagem e Manuseio de Óleos Combustíveis ... 120
INTRODUÇÃO
A Portaria no 23 de 27/12/94, que alterou a norma regulamentadora no 13 da Portaria no 3214, de 08/06/78, estabelece a obrigatoriedade do Treinamento de
Segurança para Operadores de Caldeiras e Estágio Supervisionado. Estão
isentos dessa obrigatoriedade os Operadores que, comprovadamente através de Carteira Profissional, tiverem mais de 3 anos de experiência nessa atividade e aqueles já possuidores de certificados de Treinamento conforme a Portaria 02 de 08/05/84.
Consideramos que a participação de profissionais já experientes, nesses cursos de treinamento, é conveniente em função da oportunidade de reciclagem de conhecimentos, pois pelos riscos envolvidos, a operação de caldeiras exige do operador o máximo de qualificação e atualização.
Esta publicação aborda o assunto de forma generalizada, incluindo os tópicos exigidos pela NR-13, além de focalizar outros aspectos que são importantes para a qualificação do Operador de Caldeiras.
CAPÍTULO I
CONCEITOS BÁSICOS DE
COMBUSTÃO
CAPÍTULO I - CONCEITOS BÁSICOS DE COMBUSTÃO
I.1- Combustíveis e Comburente Breve histórico:
No Brasil, até o ano de 1919, o único combustível industrial era a lenha. Aliás a lenha não só era utilizada industrialmente, mas seu uso também era total em locomotivas e navegação.
Em seguida surgiram o carvão mineral, os óleos vegetais, o betume e finalmente o petróleo e seus derivados. Durante muito tempo o carvão teve preponderância como combustível industrial.
Somente em 1926 é que teve início o consumo de óleo combustível em
indústrias e em centrais termoelétricas. Em 1940, já tínhamos muitas indústrias adaptadas para o uso de óleo combustível, sendo que a maioria voltou a consumir lenha no período da 2a Guerra Mundial.
Atualmente, a grande maioria das indústrias, centrais elétricas e estradas de ferro utilizam os derivados de petróleo como fonte de energia calorífica, principalmente os óleos combustíveis e o gás natural.
Classificação dos Combustíveis:
- Sólidos - Líquidos - Gasosos
Sólidos: Madeira, turfa, linhita, antracito, hulha, carvão vegetal, coque de carvão,
coque de petróleo, etc...
Líquidos: Petróleo, óleo de xisto, alcatrão, álcool e óleos vegetais.
Gasosos: Metano, hidrogênio, gás liquefeito de petróleo, gás de coqueria
Sabemos que a combustão é a reação química entre duas substâncias:
Combustível e Comburente com produção de calor e luz.
O Combustível é a substância que queima e contém em sua composição
principalmente dois elementos: carbono e hidrogênio.
O Comburente é o elemento que entra na reação de combustão como fonte de
oxigênio.
A fonte usual de oxigênio é o ar atmosférico, onde o oxigênio está contido na proporção de 23% em peso e 21% em volume. O restante é praticamente constituído de nitrogênio.
I.2 – Reações de Combustão
C + O2 → CO2 + 32.761 Kj/Kg de carbono (8.100 Kcal/Kg) 2 C + O2 → 2 CO + 9.205 Kj/Kg de carbono (2.407 Kcal/Kg)
2 H2 + O2 → 2 H2O (l) + 141.796 Kj/Kg de hidrogênio (34.100 Kcal/Kg) 2 H2 + O2 → 2 H2 O (V) + 120.876 Kj/Kg de hidrogênio (28.890 Kcal/Kg) S + O2 → SO2 + 9.247 Kj/Kg de enxôfre (2.200 Kcal/Kg)
Observa-se, pelas reações anteriores, que deve-se sempre orientar a queima no sentido de se obter o CO2 pois tem-se assim uma maior liberação de calor. Na prática, queimam-se combustíveis que não se compõem apenas de Carbono (C), mas também de hidrogênio (H2) e enxofre (S), conforme visto nas reações acima.
A combustão é completa quando todos os elementos combustíveis contidos no combustível em questão (C, H2, S, etc), combinam-se com o oxigênio do ar, fornecendo os produtos finais correspondentes.
I.3 – Cálculo do Ar Necessário à Combustão
Como foi visto, a combustão é completa quando a quantidade de ar é necessária e suficiente para oxidar os elementos constituintes do combustível utilizado.
Havendo combustão incompleta teremos fuligem, aldeído e monóxido de carbono, além de não ocorrer a liberação total do calor do combustível.
A quantidade de ar teórica necessária à combustão pode ser calculada pela seguinte fórmula:
Os percentuais de carbono e hidrogênio no combustível são calculados aproximadamente por:
% P/P Carbono = 100 - (% H2 + S + H2O + cinzas) % P/P Hidrogênio = 26 - (15 x densidade)
Os percentuais de água, cinzas e enxofre são obtidos em laboratório.
Exemplificando, podemos considerar a queima de um óleo combustível tipo A, com a seguinte composição média: C = 84%, H2 = 11%, S = 4% e água = 1%.
Para queimar 1 Kg desse óleo, necessitamos:
84/100 x 11,5 = 9,66
11/100 x 34,7 = 3,81
4/100 x 4,3 = 0,17
Dessa forma, teremos: 9,66 + 3,81 + 0,17 = 13,6 Kg de ar/Kg de óleo A
Considerando que o ar possui 23% P/P do oxigênio, então teremos:
0,23 x 13,6 → 3,1 Kg O2/Kg de óleo tipo A
Na prática, trabalha-se com excesso de ar para garantir-se a queima completa do combustível e a mínima concentração de CO (monóxido de carbono)
O excesso de ar varia em função do combustível utilizado. São aceitáveis de 15% a 30% para óleos e de 10% a 15% para gases.
ANÁLISE TÍPICA PARA ÓLEO E GÁS NATURAL
ÓLEO GÁS ÓLEO GÁS (ESTEQUIOMÉTRICO) (C/ EXCESSO DE AR)
% CO2 15 11 13 10
% CO --- --- 0,01 - 0,05 0,01 - 0,05
I.4 - Poder Calorífico Superior e Poder Calorífico Inferior de um Combustível
Como foi visto no capítulo inicial, as reações químicas da combustão liberam calor, estas reações são denominadas exotérmicas. O calor assim gerado é que constitui o calor da combustão e que pode ser aproveitado das mais diversas maneiras. Assim, cada combustível ao ser queimado é capaz de liberar uma determinada quantidade de calor. Essas quantidades de calor são medidas em aparelhos chamados calorímetros e são específicas para cada combustível. Assim, a quantidade de calor liberada constitui uma das mais importantes características do combustível e é denominada poder calorífico.
Define-se poder calorífico como a quantidade de calor produzida pela queima total de uma unidade de combustível.
Ex: Kcal/Kg; BTU/lb; Kcal/Nm³.
Poder Calorífico Superior:
O poder calorífico supeiror é o calor liberado pela combustão da unidade de massa do combustível a volume constante, estando a água formada pela combustão, no estado líquido.
No poder calorífico superior a água formada permanece no estado líquido, logo, seu calor latente é incluido no calor gerado na combustão.
Poder Calorífico Inferior:
É o calor liberado pela combustão da unidade de massa do combustível, na pressão constante de 1 atm, permanecendo a água da combustão no estado gasoso (vapor).
No poder calorífico inferior a água formada permanece no estado gasoso, logo, seu calor latente fica excluído do calor gerado na combustão. Na prática é o que
ocorre, visto que, a temperatura dos gases de combustão é superior à temperatura de saturação do vapor d'água à pressão atmosférica, permanecendo a água na forma de vapor superaquecido.
I.5 – Calor Sensível e Calor Latente
Denomina-se de calor sensível a quantidade de calor necessária para elevar a
temperatura de um corpo de massa m e calor específico c (*), desde a temperatura t1, até a temperatura t2.
O calor latente, ao contrário do calor sensível, não produz aquecimento,
sendo aproveitado pelo corpo para realizar uma mudança de estado.
(*)Denomina-se calor específico c a quantidade de calor necessária para
CAPÍTULO II
CALDEIRAS
CONSIDERAÇÕES GERAIS
CAPÍTULO II - CALDEIRAS - CONSIDERAÇÕES GERAIS
Os geradores de vapor (caldeiras) são equipamentos complexos de troca de calor, que produzem vapor a partir da energia térmica (queima de combustível), constituídos por diversos equipamentos associados, perfeitamente integrados, para permitir a obtenção do maior rendimento térmico possível.
II.1 – Tipos de Caldeiras – Características e Empregos
As caldeiras podem ser classificadas em dois tipos:
a) Caldeiras de Tubos de Fogo (Flamotubulares ou Fogotubulares)
Nestes equipamentos, o qual consiste essencialmente de um corpo cilíndrico com dois espelhos fixos nos quais os tubos são mandrilados ou soldados, os gases de combustão atravessam a caldeira pelo interior dos tubos cedendo calor à água que está envolvendo esses tubos, conforme mostram as figuras II.1 e II.2.
Exemplos: Caldeiras ATA, Caldeiras ICESA, Caldeiras TENGE, Caldeiras AALBORG, etc.
12
As caldeiras fogotubulares são as unidades de geração de vapor de menor porte, estando limitadas à produção de no máximo 20 t/h de vapor e pressão não superior a 300 psi (≅20 Kgf/cm2).
VANTAGENS:
• menor investimento (têm menor custo e são mais econômicas do que as similares aquotubulares)
• exigem pouca alvenaria • manutenção mais fácil
• tratamento de água menos rigoroso
• atendem bem à variação de demanda de vapor, devido ao grande volume de água que encerram.
• apresentam alta eficiência de transferência de calor por área de troca térmica ( 40% maior que as aquotubulares ).
DESVANTAGENS:
• pressão de trabalho limitada (=20 Kgf/cm2), devido ao fato de que a espessura da chapa dos corpos cilíndricos crescem com o diâmetro;
• partida mais lenta, devido ao grande volume de água;
• pequena taxa de vaporização, logo, ocupam muito espaço em relação à área de aquecimento;
• circulação deficiente de água;
• não produz vapor superaquecido, somente vapor saturado. b) Caldeiras Aquotubulares (Tubos de Água)
Quando necessita-se de maiores produções e pressões de vapor, utiliza-se as caldeiras aquotubulares.
Nestes equipamentos os gases de combustão atravessam toda caldeira pela parte externa dos tubos cedendo calor à água contida no interior dos mesmos.
As Caldeiras Aquotubulares por possuírem uma estrutura tubular que compõem a parte principal da absorção de calor, permite a obtenção de grandes superfícies de aquecimento. Nestes tipos de caldeiras as produções de vapor chegam a atingir até
Figura II.3
750 t/h, com pressões de até 200Kgf/cm2 e temperatura de 450 a 500° C, existindo
unidades com pressão crítica (226 atm) e supercrítica (350 atm).
As Caldeiras Aquotubulares podem ser classificadas em três grandes categorias:
• Caldeiras aquotubulares de tubos retos • Caldeiras aquotubulares de tubos curvos • Caldeiras aquotubulares de circulação positiva
1) Caldeiras Aquotubulares de tubos retos
Essas caldeiras possuem um feixe de tubos retos paralelos e inclinados por onde a água circula, segundo uma mesma orientação, sempre da parte posterior para a anterior. A capacidade dessas caldeiras varia de 3 a 30 t/h de vapor, com pressões até 45 Kgf/cm2. Sua vaporização específica é da ordem de 20-25 Kg vapor/m2. Esse tipo de caldeira apresenta varias vantagens, tais como facilidade de troca e limpeza dos tubos, facilidade de limpeza dos depósitos de fuligens por fora dos tubos, comportam um grande volume de água e dispensam chaminés elevadas ou tiragem forçada por provocarem pequena perda de no carga circuíto dos gases (15 a 20 mm de coluna d'água).
2) Caldeiras Aquotubulares de tubos curvos
Essas caldeiras são constituidas por tubos curvos unidos a tambores e dispostos de formas diversas. Atualmente os tipos mais difundidos são os de dois tambores por serem de menor custo. A aplicação de paredes de água em caldeiras constituem um grande avanço tecnico e confere enormes vantagens tais como: diminuição do tamanho das caldeiras (caldeiras compactas), queda de temperatura de combustão, menor custo de refratários, vaporização mais rápida, etc...
As caldeiras de vapor aquotubulares de tubos curvos, do tipo compacta, chegam a atingir capacidade acima de 150 t/h de vapor. Sua vaporização específica é de 28 a 30 Kg vapor/m2 , podendo atingir mesmo a 45 Kg vapor/m2.
3) Caldeiras Aquotubulares de circulação positiva
Observa-se que a circulação da água no interior dos tubos apresenta uma tendência natural, graças à diferença de peso específico entre a água situada nas partes mais frias da caldeira, e a água aquecida e misturada com bolhas de vapor nas partes onde se processa forte troca térmica. Aplicando-se esse princípio determinou-se a concepção de novas unidades geradoras de vapor.
Nessas unidades, a circulação de água é rigorosamente orientada e sempre unidirecional através de todo sistema tubular. Essas caldeiras são chamadas de circulação positiva, podendo-se ser de circulação positiva natural ou forçada, esta
última feita com auxílio de bombas. As concepções mais modernas, mantendo-se o sistema de circulação forçada, operam com elevada pressão positiva na câmara de combustão (1 a 2 Kgf/cm2), assegurando aos gases uma velocidade da ordem de 200 cm/s e alcançando coeficientes de transmissão de calor 15 vezes maiores de uma caldeira comum. Essas condições permitem colocar a caldeira em operação rapidamente (5 a 7 minutos), atingindo rendimentos da ordem de 85-90%.
De acordo com a fonte de aquecimento utilizada, as caldeiras são classificadas em:
• Caldeiras a combustíveis convencionais (sólidos, líquidos e gasosos) • Caldeiras elétricas ( resistências e eletrodos)
• Caldeiras de recuperação (gases de escape e produtos resíduais) • Caldeiras nucleares (fissão de urânio)
II.2 – Partes de uma Calderia – Componentes Principais
Nas caldeiras existem três partes distintas, que compoem sua estrutura: • Câmara de combustão (fornalha)
• Câmara de água (feixes tubulares e tubulações inferiores)
• Câmara de vapor (espaço disponível na tubulação superior, acima do nível de água)
Componentes principais de Caldeira Flamotubular
Conforme vimos, uma caldeira flamotubular consiste essencialmente de um corpo cilindrico (horizontal ou vertical) com dois espelhos fixos nos quais os tubos são mandrilados. Em uma das extremidades situa-se a fornalha de um modo que os gases resultantes da combustão, passando por dentro dos tubos, cedem calor à água.
Nas caldeiras fogotubulares mais comuns a fornalha está montada dentro do corpo cilíndrico, sendo que o queimador está montado na parte da frente da fornalha e na parte de trás temos uma tampa, com geometria tal, que faz com que os gases invertam o seu percuso, passando por dentro dos tubos para então alcançar a chaminé.
Componentes Principais de uma Caldeira Aquotubular:
(1) Tambor de Vapor - é o superior de onde o vapor produzido é distribuído para consumo ou se dirige para o super-aquecedor.
(2) Tambor de Lama - é o vaso inferior, colocado na parte mais baixa e fria da caldeira e onde se acumula o lodo formado.
(3) Feixe Tubular - conjunto de tubos que compõem a área de troca térmica entre os gases provenientes do combustível queimado e a água a ser evaporada.
(4) Fornalha - conjunto próprio para promover a queima do combustível.
(5) Super-aquecedor - é o componente no qual se consegue o super-aquecimento do vapor à pressão de trabalho. O super-aquecimento do vapor é feito com o aproveitamento de calor transmitido por radiação e convecção na câmara de combustão.
(6) Economizador - componente do sistema no qual se faz o pré-aquecimento da água de alimentação, aproveitando o calor sensível dos gases resultantes da combustão antes de lançá-los à atmosfera.
(7) Pré-aquecedor de Ar - é o componente no qual se faz o pré-aquecimento do ar de combustão por meio do aproveitamento do calor sensível dos gases de combustão. (8) Chaminé - é a parte que garante a circulação dos gases quentes da combustão através de todo o sistema, pelo efeito de tiragem. Quando a tiragem, porém, é promovida por ventiladores ou exaustores, sua função se resume em dirigir os gases de combustão para a atmosfera.
II.3 - Fornalhas e Queimadores
Denomina-se de fornalha ao local destinado à queima do combustível. É composta do combustor (queimador), que promove a queima do combustível e da câmara de combustão onde se verifica a completa queima dos gases.
A seleção correta de uma fornalha constitui o fator mais importante no projeto de um gerador de vapor. A seleção se faz considerando os seguintes fatores:
• tipo de combustível • volume de combustível • teor de umidade
• granulometria
• teor de cinzas e voláteis • peso específico
• limpeza da fornalha • temperatura da fornalha • método de injeção de ar • regime de trabalho do gerador • comprimento da chama
Classificação das Fornalhas
Temos vários critérios para a classificação das fornalhas e podemos dividi-los em duas grandes categorias:
a) Fornalhas que queimam sob suporte (combustíveis sólidos)
b) Fornalhas que queimam em suspensão (combustíveis gaseificados e sólidos pulverizados, finamente divididos)
1 - Fornalhas que queimam sob suporte
1.1 - Fornalhas de grelhas planas levemente inclinadas - são destinadas
para combustão de lenha em toras, tendo aplicação limitada a caldeiras de até 20 t/h de vapor.
1.2 - Fornalhas em escada - são constituídas de degraus apoiados em
travessões inclinados, sobre os quais o combustível é projetado manual ou mecanicamente. São adequadas para combustíveis mais leve, tais como: casca de arroz, casca de amendoim, serragem, bagaço de cana, madeira picada, etc...
1.3 - Fornalhas de esteiras rotativas móveis - o combustível é alimentado
mecanicamente, formando uma camada espessa que se extingue à medida que avança na fornalha e descarregando as cinzas residuais no fim do trajeto.
2 - Fornalhas que queimam em suspensão
Nesta categoria temos as fornalhas destinadas a queima de óleo combustível, gás e combustíveis sólidos pulverizados. Neste caso temos um equipamento responsável pela queima do combustível chamado queimador ou combustor.
Considerando que no caso de combustível gasosos a fornalha não apresenta muitos problemas técnicos a resolver, então, nos deteremos mais no caso de combustíveis líquidos.
2.1 - Combustíveis líquidos
Nos combustíveis líquidos o principal problema é passar o combustível para o estado gasoso.
As funções da fornalha e do maçarico são assim distribuídas:
Fornalha Câmara de combustão Vaporização Combustão Queimador Atomização Dosagem ar/combustão Turbulência
Sabemos que para o processo de combustão ser eficiente é necessário que:
a) A relação entre combustível e comburente deve ser estreita e bem determinada;
b) A mistura entre combustível e comburente (ar) deve ser a mais íntima e no menor espaço de tempo possível;
c) O excesso de ar deve ser o mínimo necessário à combustão;
d) A temperatura da câmara de combustão deve ser a mais alta possível, de maneira a gaseificar, no menor tempo, as gotículas do combustível lançadas pelo queimador;
e) A fornalha deve ser criteriosamente dimensionada de acordo com a temperatura que deva trabalhar e com a quantidade de combustível a ser queimado;
f) A circulação dos gases de combustão deve ser tal que promova a eficiente troca térmica através do sistema, sem no entanto prejudicar a tiragem.
2.2 - Ar de Combustão
O ar necessário ao processo de combustão pode ser classificado da seguinte forma:
Ar Primário: quando os queimadores utilizam ar para atomização do óleo, ou
seja, é o ar que entra no corpo do queimador para que se consiga o efeito de pulverização do combustível.
Ar Secundário: é o ar que entra efetivamente no processo de combustão. Este
ar pode ser suprido por ventiladores ("ventoinhas") ou através de janelas reguláveis, convenientemente colocadas.
Ar Terciário: quando o ar primário e secundário não são suficientes para o processo
de combustão, faz-se uma terceira adução de ar, que pode ser succionado por efeito de tiragem ou soprado por ventilador.
Como já mencionamos anteriormente, é necessário, na prática, que seja introduzido um excesso de ar para garantir-se a queima completa do combustível. O excesso de ar deve ser controlado para que não se perca eficiência, pois o ar que não participa da combustão tende a resfriar a chama, além de aumentar a velocidade dos gases dentro da caldeira com conseqüênte perda de energia.
O excesso de ar deve ser controlado através de instrumentos analizadores de gases de combustão, tais como, analizadores portáteis ou analizadores contínuos.
Nas caldeiras que queimam óleos combustíveis normalmente monitoramos o % CO2.
Nas caldeiras que queimam gases faz-se necessário o monitoramento de oxigênio (O2) ou do CO (monóxido de carbono).
Figura II.8 2.3 - Queimadores
Numa caldeira ou no caso geral de instalações para queima de óleo combustível, a função mais importante do sistema é exercida pelos chamados
queimadores ou combustores, os quais realizam a pulverização do óleo
projetando-o nprojetando-o interiprojetando-or da fprojetando-ornalha. O queimadprojetando-or de óleprojetando-o tem assim pprojetando-or finalidade pulverizar projetando-o óleo combustível e lançá-lo no interior da fornalha, finalmente dividido em gotículas, cujos diâmetros variam, aproximadamente, de 30 a 150 mícrons. Dessa forma ocorre gaseificação rápida, permitindo que a superfície de contato de combustível com o oxigênio do ar de combustão seja grandemente aumentada.
A pulverização de combustível é obtida por meio de um agente pulverizador. Os diversos tipos de queimadores existentes no mercado, podem ser classificados, quanto ao processo empregado na atomização, em duas classes:
1 - queimadores de pulverização com fluido auxiliar (ar ou vapor) 2 - queimadores de pulverização mecânica
1.1 - Queimador de pulverização a ar de baixa pressão
Este tipo de queimador é encontrado em fornos industriais e algumas caldeiras antigas. A pressão de ar varia de 150 a 800 mm de coluna d'água e passa para o bico do queimador através de uma série de palhetas que lhe dão um movimento rotativo. Devido à forma cônica do bico do queimador, a velocidade do ar é aumentada sem que se modifique o seu movimento espiral. O efeito de turbilhonamento obtido faz com que o óleo combustível admitido, já parcialmente aquecido, seja inteiramente misturado com o ar, facilitando a combustão.
Num queimador a ar de baixa pressão, a velocidade do ar varia com a raiz quadrada da pressão. Dessa forma, se a pressão do ar, no bico do queimador, correspondente a descarga máxima, for de 635 mm de coluna d'água, ao reduzimos a descarga de óleo à metade será necessário reduzir para cerca de 160 mm de coluna d'água a pressão de ar, de modo que mantenha correta a proporção ar/óleo.
Nos queimadores de baixa pressão é necessário grande volume de ar. Em geral não são satisfatórias as condições de pulverização abaixo de 250 mm de coluna d'água. A viscosidade máxima admissível neste tipo de queimador está em torno de
90 SSU.
Queimador de Baixa Pressão, com Comando Independente de Ar Primário, Secundário e Terciário (aduzido pela Pedra Refratária)
Figura II.9
Figura II.10 Figura II.9
Queimador Rotativo, pulverização e Ar de Baixa Pressão (Rotação produzida pelo Ar Primário)
Figura II.11
1.2 - Queimador de Pulverização a Ar de Alta Pressão
Neste tipo de queimador a pressão do ar é superior a 1 Kgf/cm2. O ar primário para esses queimadores é produzido por compressores. Quanto maior a pressão do ar primário, menor a percentagem total de ar necessário. Assim complementa-se com ar secundário, facilitando o controle da combustão. Este tipo de queimador também trabalha eficientemente com vapor. Admite viscosidade máxima em torno de 170 SSU.
Queimador a Alta Pressão de Ar, ou a Vapor
Queimador a Alta Pressão de Ar, ou a Vapor
Figura II.14 Figura II.13
1.3 - Queimador de Pulverização a Vapor
Este tipo de queimador é indicado para caldeiras que possuem vapor para esse fim. O consumo de vapor utilizado para a pulverização está entre 0,15 a 0,4 Kg de
vapor por quilo de óleo pulverizado. O processo de atomização a vapor é
semelhante ao utilizado com ar comprimido, ou seja, o vapor passa através de um estreitamento arrastando consigo o combustível em pequenas gotículas.
1.4 - Queimador de Pulverização Mecânica
Esse tipo de queimador, também denominado queimador a jato-pressão, é normalmente empregado em instalações de grande porte nas quais predomina o fator econômico e em instalações marítimas, devido não só ao menor consumo de energia como principalmente devido à economia de água. A pulverização do óleo combustível é produzida pela passagem do óleo sob alta pressão através de um orifício.
A pressão do óleo varia normalmente de 4 a 9,5 Kgf/cm2, mas pode atingir valores bem maiores e é produzida por uma bomba. Usado para óleos até 150 SSU.
Queimador a Jato-Pressão:
II.4 - Caldeiras para Energia Alternativa.
A crise do petróleo, deflagrada em 1973, trouxe alterações substanciais nos custos e disponibilidades da energia. Esta nova realidade obrigou as empresas a adaptarem seus processos de produção , bem como a buscarem soluções visando a substituição do óleo combustível por outras fontes energéticas. No caso do nosso país, dependendo da região, temos diversas alternativas a serem consideradas no que tange à substituição do óleo combustível por outra fonte de energia, ou seja: eletricidade, lenha, carvão mineral, biomassa, gás, etc...
Considerando que o assunto é bastante extenso, empolgante e requer um ou mais cursos específicos para cada alternativa energética disponível, então, nos limitaremos nesta obra a fazer um breve comentário sobre os equipamentos disponíveis para esses casos.
a) Caldeiras Elétricas.
As caldeiras elétricas, para geração de vapor d'água, são empregadas na Europa desde 1905 e nos Estados Unidos desde 1920.
As caldeiras elétricas são, basicamente, vasos de pressão nos quais adaptamos os elementos de aquecimento. Há dois tipos de caldeiras elétricas: as de resistência e as eletrodos.
Nas caldeiras de resistência, a corrente elétrica passa através de uma série de
resistências elétricas devidamente protegidas, que se acham imersas na água, provocando o seu aquecimento até atingir a vaporização, dentro de um vaso de pressão.
Nas caldeiras a eletrodo, a corrente elétrica circula através da água,
convertendo a energia elétrica em térmica, até a produção de vapor.
Neste caso, também, tudo se processa no interior de um vaso de pressão.
Por motivos econômicos,as caldeiras de resistênica estão limitadas a
potências de 2.000 a 2.600 KW, o que corresponde a produção de cerca de 3.500 Kg/h de vapor.
Quanto ao aspecto segurança, esses equipamentos além de requererem a atenção relativa aos ítens de segurança normais de caldeiras, requerem cuidados também, devido aos equipamentos elétricos que compõem esse tipo de caldeira.
b) Caldeiras a Combustíveis Sólidos.
As caldeiras a combustíveis sólidos (lenha, resíduos vegetais, carvão, etc...), já operam há bastante tempo no Brasil. Dependendo do tipo de produto a ser queimado, existem vários arranjos que são utilizados, ou seja, tipo de grelhas, tipo de fornalhas, etc...
Os aspectos relativos à segurança são praticamente os mesmos de uma caldeira a óleo combustível, sendo que dependendo do tipo de alimentação empregada alguns outros aspectos precisam ser levados em consideração, tais como EPI adequados.
c) Caldeiras a Gás.
Em diversas regiões de país o uso de caldeiras a gás vem aumentando bastante, principalmente devido a oferta de gás natural.
O uso de caldeiras a gás apresenta muitas vantagens, pois o gás em mistura com o ar entra em ignição facilmente, permitindo regulagens simples, chama estável e ausência de poluição.
Existem diversos tipos de queimadores a gás utilizados em caldeiras e que operam de uma forma segura e eficiente.
Não existe necessidade de modificações das fornalhas das caldeiras a óleo quando modificadas para queimarem gás.
d) Caldeiras a Óleo Combustível
Devido ao fato de ainda a maioria dos queimadores de geração de vapor, existentes nas indústrias, utilizarem óleo combustível como fonte térmica, abordaremos os aspectos: operacionais, de segurança e de manutenção relativos a esse tipo de caldeira.
II.5 - Acessórios e Instrumentos de Caldeiras
Acessórios de caldeiras são os equipamentos ou dispositivos que atuam no
sentido de aumentar o rendimento, melhorar as condições de segurança, facilitar a continuidade de operação e facilitar o controle de regulagens. O termo "acessórios" confunde-se com o termo "instrumentos" em alguns aspectos. De uma forma geral os instrumentos são os elementos de controle de regulagens.
II.5.1 - Dispositivos de Alimentação
II.5 - Acessórios e Instrumentos de Caldeiras
Acessórios de caldeiras são os equipamentos ou dispositivos que atuam no
sentido de aumentar o rendimento, melhorar as condições de segurança, facilitar a continuidade de operação e facilitar o controle de regulagens. O termo "acessórios" confunde-se com o termo "instrumentos" em alguns aspectos. De uma forma geral os instrumentos são os elementos de controle de regulagens.
II.5.1 - Dispositivos de Alimentação
Os aparelhos de alimentação de água para caldeiras são elementos indispensáveis ao funcionamento do sistema de geração de vapor, devem manter uma determinada vazão e vencer a perda de carga total do sistema, ou seja, perda de carga da tubulação, válvulas e a contra-pressão do vapor.
Existem três tipos de aparelhos de alimentação normalmente usadas nos geradores de vapor;
1) Bombas Centrífugas 2) Bombas Alternativas 3) Injetores
1 - Bombas Centrífugas
As bombas centrífugas são as mais utilizadas e atendem a toda a gama de capacidade e pressões necessárias aos geradores de vapor, podendo atingir vazões da ordem de 500m3/h. Nas pequenas instalações de baixa pressão as bombas centrífugas
de um estágio são suficientes. A medida que se necessita de pressão maiores, utiliza-se bombas de vários estágios. São acionados por motor elétrico ou por turbinas auxiliares .
É necessário que o reservatório de alimentação de água para a caldeira esteja a pelo menos 4 metros acima da entrada da bomba, a fim de se ter uma pressão positiva na sucção da bomba, já que a água no tanque deve estar a uma temperatura elevada. Para maior garantia deve-se consultar o fabricante da bomba a esse respeito.
2 - Bombas Alternativas
As bombas alternativas oferecem a vantagem da economia de força, porém tem limitações de capacidade e pressão. Normalmente, são indicadas para vazão máxima de 50 m³/h e pressão de 20 Kgf/cm². Apresentam o inconveniente de arrastar óleo e graxas lubrificantes das partes móveis juntamente com o vapor de escape, necessitando a instalação de separadores.
3 - Injetores
Os injetores são aparelhos que utilizam o próprio vapor de caldeira como meio de impulsão da água. Normalmente são instalados como aparelho de reserva pronto para operar quando se verifica deficiências na bomba de alimentação de água. Não trabalham com água quente (acima de 40°C) e também não fazem sucção, devendo o tanque de água estar elevado, acima do injetor.
O visor de nível ou coluna de nível, é o aparelho que permite controlar visualmente o nível de água no interior da caldeira. Fazem parte do conjunto de nível, os seguintes elementos:
- corpo
- registro de nível - torneiras de prova - registros de descarga
Deve-se ter especial cuidado na manutenção do visor de nível, para ficarmos seguros que não existe indicação de nível falso. Uma das mais importantes regras na operação de caldeiras é manter-se constantemente a água na caldeira a um nível apropriado.
O operador deverá sempre verificar o nível da água observando a garrafa de nível instalada no balão da caldeira. Recomenda-se que o visor seja drenado a cada início de turno de operação.
Este procedimento além de assegurar a operação livre do visor, assegura também a certeza de que o operador, ao chegar, verificará o nível da água.
A garrafa de nível também deve ser drenada a cada turno, para que se remova a lama acumulada que causa turvação no visor, ocasionando falsa observação do nível de água.
Mais detalhes sobre o controle e regulagem de nível de água será fornecido no Capítulo III.
II.5.3 - Indicadores de Pressão
Os indicadores de pressão do gerador de vapor são os manômetros. Estão localizados nas partes da caldeira onde necessita-se indicação de pressão. Normalmente a escala de um manômetro corresponde pelo menos duas vezes a pressão normal do trabalho. São ligados ao ponto de medição de pressão através de sifão e válvula de bloqueio. Este processo evita o contato do manômetro com temperaturas elevadas.
II.5.4 - Válvulas
a) Válvula Principal de saída de vapor
A válvula principal de saída de vapor permite a vazão de todo o vapor produzido pela caldeira.
Normalmente são as válvulas dio tipo globo por permitirem controle mais perfeito da vazão, mas pode-se usar válvulas tipo gaveta quando não se tem ou não necessita-se de rigoroso controle da vazão.
b) Válvula de Segurança
As válvulas de segurança destinam-se a evitar que a pressão nas caldeiras eleve-se além do limite especificado pelo projeto. Com isto temos assegurada a segurança do equipamento.
As válvulas de segurança corretamente dimensionadas devem:
1) abrir totalmente a uma determinada pressão
2) permanecer aberta enquanto a pressão retorna ao valor normal de operação 3) fechar instantaneamente após verificar-se o abaixamento da pressão às
condições normais de operação.
As válvulas de segurança devem ter saída para fora da "casa de caldeiras", através de tubos de igual ou maior diâmetro que a saída da válvula; se houver necessidade de curvas, que sejam bem suaves a fim de dar livre expansão à descarga. Devem ser testadas, diariamente, puxando-se as alvancas com toda pressão de trabalho da caldeira, a fim de que não fiquem presas por falta de uso e semanalmente, deixando-se que a caldeira atinja a pressão de abertura das válvulas. Devem ser reguladas tendo como limite a PMTA.
c) Válvula de alimentação
Destina-se a permitir ou interromper o suprimento de água na caldeira. São válvulas do tipo globo com passagem reta.
d) Válvula de retenção
Tem como função evitar o retorno de água sob pressão do interior da caldeira. São instaladas após a válvula de alimentação.
e) Válvula de descarga
São válvulas de descarga rápida que permitem a purga da caldeira ocasionando a "desconcentração"do equipamento. Maiores detalhes sobre a necessidade de purga da caldeira são fornecidos no capítulo referente a tratamento de água.
II.5.5 - Válvulas solenóides
As válvulas solenóides são válvulas eletromagnéticas que trabalham totalmente abertas ou fechadas, em função de energização ou não da bobina, isto é,
quando energizadas liberam o fluxo e quando não energizadas bloqueiam o fluxo. Assim, são utilizadas em várias funções como por exemplo no controle de alimentação de combustível, no controle de vapor etc.
II.5.6 - Pressostatos
a) Pressostato de modulação de chama
Tem como funções modificar a vazão de combustível e do ar secundário, obtendo-se assim a redução da chama em pressões elevadas no interior da caldeira ou aumentando-a quando em baixas pressões, objetivando igualar dentro de certos limites a produção e o consumo de vapor.
O sistema de modulação é constituído pelo Pressostato de Modulação de Chama e por um Servo-Motor que atua sobre a válvula de combustível e sobre o damper do ventilador de ar secundário. Nas caldeiras equipadas com foto-resistor, o Pressostato de Modulação de Chama é conjugado ao programador de combustão no comando automático, de forma a obrigar o sistema de combustão a partir em fogo baixo. Após a sensibilização do foto-resistor, o servo-motor atua abrindo todo o fogo, caso a pressão de vapor no interior da caldeira não seja muito elevada.
b) Pressostato de máxima
Esse pressostato faz parte do sistema de segurança da caldeira. Sua função é desligar o circuito automático quando a caldeira atinge a Pressão Máxima de Trabalho, ou seja, atua desligando a alimentação de corrente elétrica do sistema automático de combustão, cortando assim a alimentação de óleo combustível (fecha a válvula solenóide), desligando a bomba de óleo, o ventilador e o programador.
II.5.7 - Detetor de chama
Os equipamentos industriais que utilizam combustíveis tais como caldeiras e fornos, devem ser protegidos nos casos de extinção acidental da chama ou de falhas de ignição. O detetor mais usado é o do tipo ótico, o qual, detetando a luminosidade da chama, emite um impulso elétrico que é retificado no programador, abrindo e fechando circuitos.
Existem três tipos de Detetores Óticos:
a) Detetor de luz visível - somente aplicado para óleo; b) Detetor de luz infra-vermelha - usados para óleo e gás;
c) Detetor de luz ultra-violeta - usados para óleo e gás.
Um outro dispositivo empregado é o tipo "flame rod" que utiliza uma fonte externa de energia elétrica, eletrodo para detectar a chama e um amplificador eletrônico.
O princípio de operação consiste na captação de elétrons livres liberados pela ionização do gás de combustão. O sinal de corrente formada é amplificado operando um relé de controle.
II.6 - Controle de Tiragem
Uma das condições fundamentais para a queima numa fornalha é a existência de corrente de ar contínua, suprindo-a de oxigênio necessário à combustão e retirando os gases de combustão através dos dutos de escape. A essa corrente de ar denomina-se "tiragem".
A tiragem pode ser "natural" ou "mecânica".
A tiragem natural é aquela devida ao diferencial de pressão existente entre a
fornalha e a saída dos gases produzidos pela chaminé. Para que haja uma combustão eficiente essa diferença de pressão deverá vencer todas as perdas de carga existentes e promover uma alimentação de ar suficiente para fornecer todo o oxigênio necessário à queima completa.
Além da altura da chaminé, o espaçamento entre a sua extremidade e o chapéu é importante para uma tiragem adequada. Na prática, esse espaçamento deve ser igual ao diâmetro da chaminé.
A tiragem mecânica é aquela na qual se utiliza equipamentos mecânicos,
geralmente ventiladores, com a finalidade de promover a alimentação de ar, ficando a chaminé apenas com a função de expelir os gases no alto, facilitando a sua dispersão.
Este processo é geralmente utilizado nas caldeiras de maior porte, onde o ar e os gases da combustão são submetidos a maiores perdas de carga tornando a tiragem natural antieconômica ou até mesmo impraticável.
A tiragem mecânica pode ainda ser classificada:
- forçada - induzida - mista
Na tiragem mecânica forçada, o ventilador insufla o ar de combustão na
Na tiragem mecânica induzida, o ventilador é colocado após a fornalha, com
a função de retirar os gases de combustão.
A tiragem excessiva produz um aumento na temperatura dos gases na chaminé e reduz o percentual de CO2.
A tiragem inadequada, por sua vez, resulta em combustão deficiente e excesso de fuligem.
A medição da tiragem é feita na câmara de combustão e na chaminé. Tiragem insuficiente na câmara de combustão acarreta saída dos gases e fumaça para a área exterior e vizinha. A tiragem deve ser suficiente para evitar pressão elevada na câmara de combustão.
A temperatura na chaminé é função do projeto de caldeira.
O fabricante do equipamento deverá fornecer a temperatura da chaminé para as condições de operação determinadas.
Temperaturas altas dos gases de combustão indicam perda de calor pela chaminé. É necessário verificar com o fabricante a temperatura de projeto.
Observar a retirada de fuligem de modo a manter-se as superfícies de troca de calor sempre limpas.
A tiragem, também, deve ser observada de modo que não se tenha tiragem excessiva, o que evidentemente produzirá um aumento de temperatura dos gases e redução do teor de CO2.
CAPÍTULO III
CAPÍTULO III - OPERAÇÃO DE CALDEIRAS
III.1 - Partida do Equipamento
A vida útil da caldeira, entre outros fatores, depende muito dos cuidados e procedimentos adotados na partida do equipamento, os quais devem ser observados criteriosamente ao início de operação.
A operação deve ser conduzida de maneira tal, que os seguintes objetivos sejam alcançados:
- nível máximo de segurança
- menor número possível de paradas - máximo aproveitamento do combustível - evitar formação de fumaça negra ou branca
- evitar a formação de incrustações ou depósitos sobre as superfícies de troca térmica
- assegurar a duração da vida do equipamento.
Colocação da Caldeira em Linha
Antes de se colocar a caldeira em linha, devemos nos certificar se todas as portas de visita estão fechadas, bem como se todos os motores, correias e acoplamentos estão em perfeito estado.
Dependendo do tipo de gerador de vapor, existirão algumas características que deverão ser observadas no início da operação do equipamento, daí ser fundamental que o operador conheça bem o tipo de caldeira e esteja ciente das normas e instruções fornecidas pelo fabricante e que constam do MANUAL DE OPERAÇÃO. No entanto, alguns procedimentos são comuns e devem ser seguidos. São eles:
1 - verificar o depósito de água 2 - verificar o depósito de óleo
3 - verificar as conexões do queimador
4 - verificar as válvulas que deverão ficar fechadas, bem como aquelas que deverão permanecer abertas
5 - verificar se o óleo combustível encontra-se na temperatura e pressão ideais para atomização
6 - observar o nível de água do equipamento
Todo acendimento inicial com a caldeira fria deve ser lento e deve seguir a curva
de acendimento característica do equipamento.
CURVA DE ACENDIMENTO INICIAL – CALDEIRA FRIA
Figura III.1
III.2 - Operação de Rotina
Uma caldeira deve operar dentro das especificações para a qual foi projetada. Uma operação mal feita, reduz a eficiência do sistema provocando prejuízos significativos além de oferecer sérios riscos.
Existe um mínimo de prescrições que devem ser do conhecimento de todos os operadores de caldeiras, as quais enumeramos abaixo:
1) Inspecionar periodicamente o corpo de nível, fazendo a descarga diariamente pelas torneiras de prova. Este procedimento permite ao operador assegurar-se de que as partes responsáveis pela indicação do nível não estão entupidas. Se em consequência do entupimento a caldeira for operada sem água, poderão ocorrer danos totais.
Sendo constatada a falta de nível, deve-se imediatamente apagar o fogo e deixar a caldeira esfriar. Para evitar explosões, nunca se deve injetar água.
2) Proceder a descarga da caldeira conforme as prescrições do Departamento Técnico (para eliminação da lama e partículas estranhas).
3) Testar diariamente as válvulas de segurança.
4) Não exceder à pressão normal de operação, para evitar descargas pelas válvulas de segurança, pois a constante perda de vapor afeta o rendimento de caldeira.
5) Manter os visores de nível e indicadores em geral, perfeitamente limpos.
6) Nunca aproveitar a incandescência da fornalha para acender o queimador. Esta prática evita a eventual formação de misturas gasosas, que podem chegar ao ponto de provocar explosões, causando danos totais à fornalha.
7) Diariamente devem ser coletadas amostras de água de alimentação e descarga para análise.
III.3 - Regulagem e Controles
III.3.1 - Regulagem e Controle de Nível de Água
O controle automático do nível de água em caldeiras é imprescindível, visto que o controle manual apresenta sérios inconvenientes, a saber:
- nível de água baixo, aquém dos limites de segurança, normalmente por descuido - nível de água alto, ocasionando arraste de água pelo vapor
- alimentação descontínua
O controle automático fornece segurança e estabilidade à operação. Existem vários tipos de reguladores automáticos, tais como:
a) Controle de Nível por Eletrodos
Baseia-se no princípio da condutividade elétrica da água. Trabalha-se, normalmente, com três eletrodos de aço inox, isolados do corpo da caldeira, na altura do nível máximo (3o eletrodo), nível mínimo (2o eletrodo) e nível crítico (1o eletrodo).
Se o nível de água baixar aquém do 2o eletrodo, um sistema de comando amplificado liga a bomba de alimentação.
Se o nível de água atingir o 3o eletrodo, a bomba desliga e interrompe a alimentação.
Se por algum motivo o nível cair abaixo do 2o eletrodo e a bomba não funcionar e continuar até atingir o 1o eletrodo (nível crítico), soará um alarme e haverá a paralização da combustão (a caldeira apagará).
Figura III.2 b) Controle de Nível Termostático
Trata-se de um sistema completamente mecânico e bastante eficiente. É utilizado em caldeiras aquotubulares e atua em função da expansão ou contração de um elemento termostático, em consequência da maior ou menor quantidade de água em relação ao vapor em contato com este elemento. O movimento de expansão ou contração age diretamente sobre a válvula de alimentação corrigindo o nível da caldeira.
c) Controlador de Nível Termohidráulico
Também baseia-se no efeito de dilatação e contração. Um tubo de latão instalado inclinado como um indicador de nível, recebe uma camisa tubular aletada.
Esta câmara comunica-se com uma válvula de diafragma. À medida que o nível oscila, a água da câmara entra em contato com maior ou menor superfície de vapor. A estas variações correspondem contrações ou dilatações da água que refletem sobre o diafragma da válvula de alimentação de água.
Figura III.3 III.3.2 - Regulagem e Controle de Pressão
Os controladores de pressão atuam no sentido de manter constante a pressão máxima de trabalho permitida durante a operação da caldeira. Os sistemas de controle de pressão atuam equitativamente no fluxo de óleo e no fluxo de ar secundário para o queimador em função da variação de carga na caldeira. Assim sendo, a pressão de trabalho permanece constante.
III.4 - Anomalias mais comuns durante a Operação 1 - Volta da Chama
Este tipo de anomalia aparece geralmente quando a circulação dos gases através do sistema não é mantida. Isto pode acontecer no início da operação quando todo o sistema está frio e em particular a fornalha, ou durante bruscas variações de cargas, quando são exigidas maiores demandas que mesmo com a tiragem forçada, não é mantida a circulação adequada dos gases. Esse fenômeno pode ocorrer, também, quando se verificar uma obstrução na sucção obrigatória dos gases.
O acúmulo de combustível não queimado na fornalha, também pode provocar o retorno da chama, quando de sua combustão.
2 - Furo nos Tubos da Fornalha
Quando for constatado furo em tubos da fornalha, deverá o operador tomar as seguintes medidas:
- apagar os queimadores
- manter ligados os ventiladores - manter a alimentação da água.
A válvula de respiro deve ser mantida aberta, bem como, a válvula geral de distribuição de vapor, até a pressão cair lentamente até chegar a zero.
Prossegue-se com o resfriamento até a abertura do equipamento.
3 - Baixo Nível
Quando for observado que o tambor de vapor está sem nível ou com o nível muito baixo, devem ser tomadas as seguintes providências:
- apagar os queimadores imediatamente - fechar a alimentação de água
- fechar gradualmente a válvula principal de saída de vapor, a fim de evitar perda de água, e portanto, maior abaixamento do nível. Esta prática deve ser feita com o máximo de cuidado.
CAPÍTULO IV
PREVENÇÃO CONTRA EXPLOSÃO
E OUTROS RISCOS
CAPÍTULO IV - PREVENÇÃO CONTRA EXPLOSÃO E OUTROS RISCOS IV.1 - Riscos de Acidentes - Segurança e proteção da caldeira
Sabemos que todas as caldeiras oferecem riscos na operação, provocados por manobras indevidas ou por situações imprevistas devido a complexidade do sistema. A fim de tornar a operação mais segura possível, lança-se mão de um grande número de controles e dispositivos de segurança, conforme vimos anteriormente.
Entretanto, mesmo com toda a aparelhagem possível a atenção do operador constitui o fator fundamental no que se refere à segurança do sistema. Compete ao operador eliminar e regularizar o mais rapidamente possível qualquer anormalidade que ocorra, evitando com isto uma perda de controle do sistema. Devemos lembrar que mesmo nos sistemas automatizados há a possibilidade de falha na instrumentação.
Há um mínimo de prescrições e situações que devem ser do conhecimento do operador de caldeiras, a saber:
1) Inspecionar diariamente o corpo do nível, fazendo a descarga pelas torneiras de prova. Este procedimento permite ao operador assegurar-se que as partes responsáveis pela indicação do nível não estão entupidas.
2) Se for constatada a falta de nível de água na caldeira, deve-se imediatamente apagar o fogo e fechar as válvulas de vapor e alimentação de água, deixando a caldeira esfriar lentamente.
NUNCA INJETAR ÁGUA NESSA SITUAÇÃO.
3) Testar diariamente as válvulas de segurança.
4) Não exceder a pressão normal de operação, para evitar descargas pela válvula de segurança. A constante perda de vapor afeta o rendimento do equipamento.
5) Proceder às descargas regulares da caldeira de acordo com as prescrições da Departamento Técnico.
6) Coletar regularmente amostras de água de alimentação e da descarga para análise.
7) Manter os visores de nível e indicadores em geral perfeitamente limpos.
8) Nunca aproveitar a incandescência da fornalha para reascender o queimador.
10) Comunicar à pessoa indicada qualquer anormalidade observada.
11) Ocorrendo perda de chama e a penetração de óleo na fornalha, proceder à purga da mesma pelo menos por 5 minutos.
NUNCA ACENDER IMEDIATAMENTE O QUEIMADOR.
12) Acompanhar todas as inspeções e manutenções efetuadas no sistema.
13) Verificar os queimadores quanto a limpeza, deteriorização e funcionamento.
IV.2 - Explosões de Fornalhas Causas.
As explosões de fornalhas são geralmente resultantes das seguintes condições:
1 - acúmulo de combustível não queimado devido a combustão incompleta, perda de chama ou vazamento da válvula de combustível.
2 - mistura deste combustível não queimado com ar em proporções que favoreçam explosões.
3 - aplicação de calor suficiente para elevar a temperatura da mistura e alcançar o ponto de ignição.
O combustível pode penetrar na fornalha, sem se queimar, de várias maneiras, como por exemplo:
1 - se o fogo é extinto e o combustível não é cortado imediatamente 2 - através de vazamento pela válvula principal de óleo combustível
3 - se o combustível não está queimando tão rápido quanto está entrando na fornalha
4 - se houver dificuldades de estabilização da ignição na partida da caldeira.
Providências
Pode-se evitar explosões de fornalhas tomando-se algumas precauções, tais como:
1 - na partida da caldeira trabalhar com um excesso de ar suficiente para assegurar na fornalha uma atmosfera rica em ar, prevenindo assim o acúmulo de misturas explosivas
2 - verificar se as válvulas principais de óleo combustível estão bem fechadas e não deixam passar produto
3 - remover oss queimadores que estão fora de serviço, para evitar gotejamento
4 - havendo perda de chama, feche imediatamente todas as válvulas principais de óleo e purge a fornalha suficientemente
5 - remova periodicamente água e borra dos tanques de óleo
6 - certifique-se, na partida da caldeira, se o óleo combustível está aquecido e recirculado para dar a necessária viscosidade no queimador
7 - observe atentamente a chama do queimador na partida do equipamento
8 - mantenha em bom estado de conservação os sistemas se segurança da fornalha, ou seja, sistemas de segurança da chama e de controle do queimador
9 - antes da partida da caldeira faça uma completa inspeção nas áreas circunvizinhas ao fogo e limpe conforme necessitar
IV.3 – Análise de Riscos
Objetivo: destacar os riscos mais representativos em caldeiras, as causas, os efeitos e
as ações que minimizam a possibilidade de ocorrência desses riscos, bem como, aquelas qua reduzam ou neutralizam os efeitos.
Atividade: PARTIDA DA CALDEIRA. Risco: EXPLOSÃO NA FORNALHA.
Causa: ACÚMULO DE VAPORES DE COMBUSTÍVEL.
Efeito: LESÕES (QUEIMADURAS, FRATURAS E MORTE) E/OU DANOS NA
CALDEIRA.
Ações Preventivas:
- na partida da caldeira proceder o acendimento pelo "automático";
- se for necessário o acendimento manual, inicialmente circular ar na fornalha (purga dos gases da fornalha) por 05 minutos no mínimo;
- ao término da operação da caldeira, fechar as válvulas de óleo combustível/gás; - remover o queimador;
Ações Corretivas:
Caso ocorra explosão na fornalha:
- fechar as válvulas de combustível; - prestar atendimento as vítimas; - deixar a caldeira resfriar;
- manter contato com o Inspetor da Caldeira; - abrir a caldeira;
- seguir os procedimentos determinados pelo Inspetor - fazer relatório de ocorrência
Atividade: OPERAÇÃO DE CALDEIRA.
Risco: ACÚMULO DE COMBUSTÍVEL NA FORNALHA.
Causa: FALHA DO DETETOR DE CHAMA OU DO SISTEMA ELÉTRICO. Efeito: PERDA DE CHAMA/RESÍDUOS SÓLIDOS ADERIDOS À FORNALHA
(SUPERAQUECIMENTO LOCALIZADO)
- testar diariamente o funcionamento do detetor de chama;
- em caos de falha no funcionamento do detetor de chama, retirar a caldeira de operação e providenciar o reparo;
-
Ações Corretivas:
Caso haja acúmulo de óleo na fornalha: - retirar a caldeira de operação; - fechar as válvulas de combustível;
- deixar a caldeira resfriar purgando sempre a fornalha (ventilador ligado); - retirar cuidadosamente o queimador;
- proceder a limpeza da caldeira; - investigar as causas de ocorrência; - providenciar os reparos.
Atividade: OPERAÇÃO DA CALDEIRA Risco: SUPERAQUECIMENTO
Causa: FALTA D'ÁGUA (NÍVEL CRÍTICO)/FALHA NO TRATAMENTO DE
ÁGUA (INCRUSTAÇÕES)/SOBRECARGA DA CALDEIRA.
Efeito: DANOS AO EQUIPAMENTO. Ações Preventivas:
- manter em perfeito funcionamento os dispositivos de segurança: pressostatos/válvulas de segurança/sistema de controle de nível; - apagar a caldeira, normalmente, através da garrafa de nível;
- fazer o correto tratamento da água de alimentação; - não trabalhar com a caldeira em sobracarga;
Ações Corretivas:
Caso ocorra falta d'água e o sistema de controle de nível não atuar, adotar o seguinte procedimento:
- apagar o queimador;
- fechar as válvulas de combustível;
- fechar as válvulas de entrada de água de alimentação; - fechar as válvulas de saída de vapor;
- manter em funcionamento o ventilador de ar secundário; - deixar a caldeira resfriar lentamente;
NUNCA INJETAR ÁGUA NA CALDEIRA PARA RESFRIÁ-LA. ESSE PROCEDIMENTO PROVOCARÁ UMA VIOLENTA VAPORIZAÇÃO, PODENDO CAUSAR EXPLOSÃO.
- investigar as causas da ocorrência; - informar ao inspetor;
- abrir a caldeira;
