Emissões fugitivas tornou-se tema freqüente na indústria química e petroquímica. Os padrões de qualidade do ar, cada vez mais restritos, aliados à preocupação crescente das pessoas em relação ao seu ambiente de trabalho fizeram com que, nos últimos anos, esforços por parte da indústria e entidades a ela relacionadas fossem direcionados ao monitoramento e controle de tais emissões. A intenção deste trabalho é colaborar com esses esforços a fim de difundir, criar e aplicar conhecimentos nessa área.
Esta monografia foi desenvolvida como parte do Curso de Especialização em Gerenciamento e Tecnologias Ambientais na Indústria, da Escola Politécnica da UFBa. As informações apresentadas aqui são fruto de pesquisa bibliográfica que tem como objetivo reunir os conhecimentos necessários à implantação de programas de redução de emissões fugitivas, na indústria.
O trabalho está dividido em cinco capítulos nos quais são abordados diversos aspectos relacionados com emissões fugitivas. O Capítulo II traz alguns conceitos genéricos sobre a indústria e sua relação com a poluição atmosférica. Nesse capítulo, são apresentadas definições sobre: emissão e poluição do ar;
emissões fugitivas e fontes de emissão. Define-se o campo mais amplo das emissões de compostos orgânicos voláteis (VOC), onde se situam as emissões fugitivas.
O terceiro capítulo trata especificamente das fontes de emissões de VOC mais importantes na indústria química e petroquímica. As características de cada tipo de fonte são apresentadas a fim de esclarecer os mecanismos que geram as emissões. Nesse capítulo, é feita a avaliação que mostra como cada tipo de fonte contribui para compor as emissões totais na indústria. A conclusão do capítulo III salienta a importância das emissões fugitivas no contexto mais amplo das emissões de VOC. Aponta-se ainda a destacada participação das emissões fugitivas de válvulas e bombas.
O quarto capítulo faz a apresentação dos métodos mais difundidos na indústria para monitoramento e quantificação de emissões fugitivas. O monitoramento e quantificação de emissões são ferramentas importantes para o controle de tais emissões, pois permitem determinar a situação da indústria em relação à presença dessas emissões, assim como estabelecer mecanismos para o acompanhamento das melhorias implementadas.
Controle de emissões fugitivas em válvulas e bombas
1. INTRODUÇÃO
O capítulo V traz os principais conceitos sobre o controle de emissões fugitivas na indústria. É apresentado um modelo de programa de redução de emissões com base no monitoramento, manutenção e modificação de equipamentos, com ênfase na otimização de investimentos. O capítulo ainda aborda as alternativas de redução de emissões em válvulas e bombas e sobre a composição de custos para avaliar modificações de equipamentos.
Para definir o que são emissões fugitivas, é necessário, antes, rever alguns conceitos básicos sobre indústria e poluição do ar. Indústria é um termo genérico que se usa para denominar entidades que realizam qualquer tipo de produção material em grande escala. A produção em uma indústria envolve a transformação de matéria-prima em produto. Essa transformação ocorre por meio de um conjunto de atividades o qual se nomeia processo produtivo. As atividades em uma indústria podem variar desde simples tarefas manuais a operações complexas, com emprego de máquinas, equipamentos e sistemas automáticos de controle.
As indústrias, usualmente, são classificadas segundo seu porte: pequenas, médias e grandes; tipo de materiais que processam - metalúrgicas, químicas, petroquímicas e, ainda, por sua posição em relação ao consumidor final, ou seja, indústrias de base ou primeira geração, e de bens de consumo ou última geração.
Este trabalho tratará especificamente de indústrias químicas e petroquímicas, em virtude da relevância que as emissões fugitivas têm nessas indústrias.
Em indústrias químicas e petroquímicas de médio e grande porte, é comum o processo de produção estar dividido em subprocessos ou etapas. Cada etapa é desenvolvida em uma unidade de produção, também chamada de planta. A unidade de produção, por sua vez, é dividida em seções. De forma geral, os processos ou subprocessos estão divididos em seis seções: estocagem de matérias-primas; separação ou preparação de reagentes; reação; recuperação de matérias-primas; purificação do produto e estocagem final do produto.
Em cada seção, tem-se determinado número de entradas e saídas de produtos, denominadas de correntes de processo.
Na maioria dos processos conhecidos, não é possível estabelecer relação de igualdade entre as entradas de matérias-primas e saídas de produtos e subprodutos. Isso ocorre porque esses processos envolvem perdas e, consequentemente, emissões. Nesse caso, o termo emissão está sendo genericamente empregado para denominar qualquer tipo de perda de produto para fora do processo. Dessa forma, nem sempre uma emissão caracteriza poluição. Primeiro, porque nem todos os produtos manuseados em um processo químico são poluentes. Segundo, porque mesmo as emissões potencialmente poluidoras podem ser capturadas e tratadas em uma seção específica, dentro do próprio processo. Uma emissão, no entanto, será sempre uma perda.
Algumas emissões são inerentes ao próprio processo, normalmente vinculadas a questões de disponibilidade de tecnologia. Outras são decorrentes da má qualidade de insumos e matérias-primas, equipamentos mal concebidos, desempenho operacional insatisfatório, operações de limpeza e, ainda, despejos e vazamentos acidentais. As emissões ou perdas de um processo são classificadas, de acordo com seu estado físico, em:
resíduos sólidos, efluentes líquidos e emissões atmosféricas. Exclusivamente essa última será abordada neste trabalho, portanto o termo emissões será sempre utilizado para designar apenas as emissões atmosféricas.
Uma emissão atmosférica consiste em um volume de gás ou vapor que é lançado para fora do processo. A emissão atmosférica pode ser caraterizada como poluição do ar se estiver sendo liberada para a atmosfera em condições ou concentrações que, de alguma forma, prejudiquem o meio ambiente. Segundo o Conselho Estadual de Proteção ao Meio Ambiente, do Estado da Bahia (CEPRAM), poluição é
Controle de emissões fugitivas em válvulas e bombas
2. O QUE SÃO EMISSÕES FUGITIVAS?
As fontes de emissões atmosféricas podem ser pontuais e não pontuais. Na fonte pontual, como o nome já diz, toda a emissão está concentrada em um único ponto. Os exemplos mais claros de fontes pontuais são as chaminés de exaustão de fornos e caldeiras, e os suspiros dos tanques de estocagem. As fontes não pontuais são caracterizadas por áreas abertas à atmosfera ou, ainda, por fontes múltiplas, geralmente dispersas por toda a unidade. Em áreas abertas, a emissão ocorre em virtude da volatilização de compostos que estão presentes na massa líquida, contida nessas áreas. Um exemplo de área aberta à atmosfera que pode causar emissões são os sistemas de tratamento de efluentes, incluindo bacias e redes coletoras.
(Wallace, 1 979)
As fontes múltiplas, que constituem a outra parcela de emissões não-pontuais, são compostas de equipamentos e componentes que integram as redes de transporte de produtos dentro do processo, tais como: compressores, bombas, válvulas e flanges. Esses equipamentos e componentes possuem característica comum, todos eles necessitam de um sistema de vedação para impedir que o produto escape para fora do processo. A emissão em fontes desse tipo decorre, justamente, de pequenos vazamentos nesses sistemas de vedação. O funcionamento e as características de alguns desses sistemas de vedação serão discutidos mais adiante, neste trabalho. Ainda podem ser incluídos, como fontes múltiplas, os pontos de amostragem da planta. Nesses pontos, a emissão só ocorre durante a operação de retirada da amostra.
O conceito de emissão não-pontual aproxima-se da definição do que chamamos de emissões fugitivas. Uma emissão fugitiva é caracterizada por liberação difusa e, portanto, não-pontual de Compostos Orgânicos Voláteis (VOC), na atmosfera. Apesar do conceito abrangente, neste trabalho serão chamadas de emissões fugitivas exclusivamente as emissões provenientes dos sistemas de vedação de equipamentos e componentes. (Wallace, 1 979)
A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (USEPA), define Compostos Orgânicos Voláteis como qualquer composto orgânico capaz de reagir fotoquimicamente na atmosfera. Os VOC’s são os maiores precursores para formação do ozônio. O ozônio é um composto oxidante, por isso sua presença nas camadas mais baixas da atmosfera é considerada prejudicial ao meio. O ozônio, próximo ao solo, forma-se como resultado de uma reação fotossintética que envolve o composto orgânico, óxido de nitrogênio e oxigênio. Metano e etano são hidrocarbonetos de baixa reatividade fotoquímica, por esse motivo, muitas vezes, não são considerados como VOC. (Siegel, 1 981)
O efeito poluidor das emissões de VOC deve-se a dois fatores. O primeiro, já comentado, é o potencial dos VOC’s em formar ozônio, nas camadas inferiores da atmosfera. O segundo fator é o risco da exposição direta do homem aos compostos orgânicos, com características tóxicas, em concentrações que podem ultrapassar os limites de tolerância. Alguns exemplos de Compostos Orgânicos Voláteis são hidrocarbonetos aromáticos, fenóis, aldeídos e compostos organoclorados.
" a presença, o lançamento ou a liberação, nas águas, no ar, no solo, ou no subsolo de toda e qualquer forma de matéria ou energia, em intensidade, em quantidade, em concentração
ou com características em desacordo com as que forem estabelecidas em decorrência desta Lei que ocasionem descaracterização nociva da topografia, ou que tornem ou
possam tornar as águas, o ar, o solo ou o subsolo:
impróprios, nocivos ou ofensivos à saúde; inconvenientes ao bem-estar público; danosos à flora, à fauna e aos materiais; prejudiciais à segurança e às atividades normais
da comunidade". (CRA, 1 997)
Controle de emissões fugitivas em válvulas e bombas
3. PRINCIPAIS FONTES DE EMISSÕES DE VOC
Apesar deste trabalho estar centrado no estudo de emissões de VOC, em bombas e válvulas, convém descrever de forma abrangente as fontes mais comuns de emissão de VOC, na indústria. A descrição pretende dar uma visão geral dos mecanismos que governam as emissões em tais fontes e incentivar algumas idéias para redução das mesmas. A figura a seguir mostra como estão classificadas neste trabalho as emissões de VOC, presentes na indústria.
Figura 3.1 – Classificação das fontes de VOC na indústria
Conforme citado no capítulo anterior, fontes típicas de emissões de VOC incluem equipamentos e componentes das redes de transporte de produto, tanques de estocagem e sistemas de tratamentos de efluentes. Além dessas, inclui-se, como fonte de emissões de VOC, as operações de carregamento de produtos, cujo mecanismo de emissão é bastante similar às emissões em tanques de estocagem.
3.1 Emissões fugitivas
3.2 Emissões em tanques de estocagem
3.3 Emissões em sistemas de tratamento de efluentes 3.4 Operações de carregamento de produto
3.5 Distribuição de emissões de VOC na indústria
Os produtos manuseados em processos químicos e petroquímicos, quase sempre, encontram-se no estado líquido ou gasoso. Por esta condição, existe a necessidade de que sejam utilizadas tubulações e equipamentos adequados para o transporte de produtos, dentro do processo. É comum utilizar o termo linha ao invés de tubulação. O conjunto de equipamentos e componentes de linha usados para o transporte de produtos, dentro de uma unidade, compõe a rede de transporte. São exemplos de equipamentos de transporte de produtos: bombas de diversos tipos, compressores e sopradores. Os principais componentes que integram as redes são válvulas, flanges, drenos e válvulas de alívio de pressão.
Controle de emissões fugitivas em válvulas e bombas 3. PRINCIPAIS FONTES DE EMISSÕES DE VOC
3.1 Emissões fugitivas
A maioria dos equipamentos e componentes das redes de transporte possui algum tipo de sistema de vedação que impede o produto de vazar para fora do processo. Porém, em virtude das características desses sistemas, a vedação não é perfeita e permite que pequenas quantidades do produto escapem para a atmosfera. A perda de produto através da vedação de um equipamento ou componente constitui a emissão fugitiva. Essa perda ocorre com grande freqüência em torno das partes móveis do equipamento. (Colyer e Meyer, 1 991)
O fato da emissão, em um equipamento ou componente, estar localizada em um ponto fixo poderia caracterizá-la como emissão pontual. Porém, em razão da forma dispersa em que esses equipamentos e componentes são encontrados na planta, os vazamentos em vedações são classificados como emissões não pontuais. As emissões em um único equipamento são extremamente pequenas, às vezes insignificantes.
Porém, por causa do grande número de equipamentos em uma unidade de processo, essas emissões são, normalmente, a maior fonte de emissões de VOC e correspondem a 50 ou 60% das emissões de VOC, em uma planta industrial (Siegell, 1997b).
Aproximadamente, metade das emissões fugitivas ocorrem em válvulas de controle e bloqueio seguidas, em ordem decrescente, por bombas, válvulas de alívio de pressão e compressores (Siegell, 1997b). As contribuições de cada tipo de equipamento podem variar, depende do tipo de processo, do projeto do equipamento e das práticas de manutenção empregadas na planta. Algumas vezes, essas emissões podem ser visualmente detectadas, porém, na maioria das vezes, só são localizadas com auxílio de instrumentos de detecção.
Entre os equipamentos classificados aqui como fontes de emissões, dois serão o foco deste trabalho, são eles: bombas e válvulas. Em função da larga utilização desses equipamentos, dentro da indústria e, portanto, a necessidade de estabelecer controles efetivos sobre suas emissões, questões importantes relacionadas às emissões nesses equipamentos receberão atenção especial mais adiante. Serão discutidos os aspectos referentes às características e funcionamento dos sistemas de vedação, monitoramento, quantificação de emissões e alternativas de controle.
Quase toda indústria química necessita de tanques para estocagem de matérias-primas, insumos e produtos.
Os tanques permitem que a indústria mantenha estoque estratégico dentro do seus limites, o que garante a continuidade do processo, caso haja interrupção no suprimento de algum produto. Outra finalidade dos tanques de estocagem é acumular a produção e garantir o fornecimento contínuo de produto para os clientes. Os tanques usados para estocagem de compostos orgânicos líquidos podem ter três tipos de cobertura: teto fixo, teto flutuante externo e teto flutuante interno.
Os tanques de teto fixo são os mais simples e comuns na indústria; consistem de um corpo cilíndrico com teto fixo, dotado de suspiro. A função do suspiro é permitir a saída ou entrada do ar quando o produto é adicionado ou retirado do tanque O suspiro evita a pressurização ou formação de vácuo dentro do tanque.
Os suspiros mais simples consistem de uma abertura no topo do tanque, normalmente, em forma de cabo de guarda-chuva, para impedir a entrada de umidade, no tanque. É comum, também, o uso de conservation vents, que só permitem a entrada ou saída do ar, quando atendidas determinadas condições de pressão no tanque. Quase sempre, utiliza-se o recurso de injetar nitrogênio no tanque para garantir atmosfera inerte e sem umidade. Os tanques podem ser construídos de diversos materiais, os mais comuns na indústria são tanques de aço carbono e aço inox.
A atmosfera, dentro de um tanque de teto fixo, é composta de uma mistura de nitrogênio, oxigênio - quando há possibilidade de entrada de ar - e vapores de compostos orgânicos, formados a partir da volatilização do produto contido no tanque. Emissões em tanques de teto fixo resultam da operação de adição de produto. O
Controle de emissões fugitivas em válvulas e bombas 3. PRINCIPAIS FONTES DE EMISSÕES DE VOC
3.2 Emissões em tanques de estocagem
volume de produto adicionado ao tanque é compensado pela expulsão de igual volume de gás do tanque.
Esse gás tem a mesma composição da atmosfera interna do tanque, isto é, saturado de compostos orgânicos. A saída do gás, pelo suspiro do tanque, caracteriza uma emissão. Outra causa de emissão são as variações de temperatura que fazem oscilar o volume do líquido, dentro do tanque, o que ocasiona a saída de vapores.
Os tanques de teto flutuante externo consistem de um corpo cilíndrico similar aos tanques de teto fixo, porém com teto móvel que flutua no topo do líquido e acompanha as variações do nível do tanque. O chamado tanque de teto flutuante interno possui, além do teto flutuante, teto estacionário no topo. A existência de partes móveis impõe a necessidade de vedação, chamada selo, entre o teto e a parede do tanque. A exemplo do que acontece em equipamentos rotativos, o selo não é estanque e permite pequenos vazamentos. O principal mecanismo de emissão em um tanque de teto flutuante é a evaporação através de aberturas no teto e através do selo. Outro mecanismo é a evaporação do líquido que adere à parede do tanque à medida que o nível do tanque diminui.
A redução de emissões, em tanques de teto fixo, pode ser conseguida por meio da instalação de teto flutuante. A conversão para teto flutuante permite reduções de até 98% nas emissões. Em tanques de teto flutuante, as emissões ainda podem ser minimizadas pela instalação de selos duplos e controle de perdas pelas aberturas. No caso de um tanque de teto flutuante externo, a conversão para teto flutuante interno também é vantajosa. Em última estância, em qualquer tipo de tanque, pode ser instalado sistema de captação e posterior recuperação ou destruição de vapores. Sistemas de recuperação ou destruição de vapores são os mais eficientes em termos de redução de emissões, porém os mais onerosos. (Siegell, 1 995)
Em indústrias químicas, é freqüente a geração de efluentes líquidos. O efluente é originado em diversas fontes dentro do processo e pelo carreamento de águas pluviais. As águas pluviais, a princípio, não seriam efluente contaminado, porém o contato com pisos e equipamentos sujos, dentro da unidade, é o suficiente para contaminá-las. Fontes típicas de geração de efluente líquido, dentro do processo, são: resfriadores de contato direto; ejetores a vapor; bombas de anel líquido; colunas de extração; manobras de drenagem e limpeza de equipamentos.
A composição do efluente é diferente para cada tipo de processo. Além disso, a composição pode variar em função do nível de tecnologia empregada e das condições operacionais da planta. O que caracteriza a contaminação do efluente é a presença de compostos orgânicos que precisam ser eliminados antes do descarte do efluente. A concentração de matéria orgânica é baixa, geralmente na ordem de partes por milhão. A exigência de atendimento aos padrões ambientais, no entanto, impõe a utilização de sistemas de tratamento para eliminação dos compostos orgânicos. Diversos métodos de tratamento podem ser utilizados com a finalidade de especificar a corrente final do efluente, dentro dos padrões exigidos.
Sistema típico de tratamento de efluentes é composto por uma rede de coleta, bacias de neutralização, bacias de decantação e unidade de tratamento químico ou biológico. A rede coletora é formada por canaletas, fossas, poços e, em alguns casos, estações de bombeamento. Os sistemas de tratamento ocupam grandes áreas superficiais, principalmente se considerarmos a área de toda a rede coletora. Por esse motivo, são sistemas abertos e permitem o contato do efluente com a atmosfera.
As emissões em sistemas de tratamento de efluentes são causadas pela volatilização dos compostos orgânicos, contidos nos efluentes. Os fatores que afetam a volatilização são: temperatura, turbulência e composição do efluente. Apesar da baixa concentração de produtos orgânicos, a exposição do efluente em grandes áreas superficiais pode acarretar em emissões significativas, muitas vezes com geração de odor.
A minimização de emissões em sistemas de tratamento pode ser feita de diversas formas. A mais efetiva é a
Controle de emissões fugitivas em válvulas e bombas 3. PRINCIPAIS FONTES DE EMISSÕES DE VOC
3.3 Emissões em sistemas de tratamento de efluentes
redução da quantidade de compostos orgânicos que entram no sistema. Isso pode ser conseguido mediante melhorias na condição operacional da planta e boas práticas operacionais. Outra forma de reduzir o teor de orgânicos no efluente é a instalação de separadores para remover compostos orgânicos do efluente.
Reduções significativas podem ser conseguidas também ao se evitar o contato do efluente com o ar. Para tanto, podem ser instaladas coberturas em canaletas e fossas ou utilizar sistema fechado de coleta. Para controle rigoroso, pode ser usado um sistema de captação e tratamento de vapores nas bacias de efluentes.
(Siegell, 1 995)
O transporte de produtos líquidos dentro e, principalmente, entre indústrias químicas pode ser feito por meio de compartimentos de carga. O transporte por tubovias, apesar de ser mais prático, torna-se inviável a depender da distância e das quantidades transportadas. Quase sempre, para transportes entre pontos muito distantes ou para pequenas quantidades de produto, opta-se por transporte automotor. Os meios de transporte mais utilizados para esse fim são caminhões, trens e navios. O produto a ser transportado pode ser carregado em grandes compartimentos, como carros-tanque, vagões-tanque, tanques de navio ou compartimentos menores, tais como tambores e bombonas.
Durante o carregamento, de qualquer compartimento, independente do seu tamanho, há emissão de vapores. É claro que em compartimentos maiores o efeito dessas emissões é mais significativo. As emissões em operações de carregamento são causadas pela expulsão do volume de vapor, contido no recipiente. Essa expulsão é imposta pela adição de um volume igual de líquido. Inicialmente, os vapores podem ser formados por evaporação do produto contido no compartimento. Isso não ocorre se o compartimento estiver vazio e limpo, antes do carregamento. Em seguida, as emissões são causadas por vapores do próprio produto, gerados pela agitação durante o carregamento. Em virtude da turbulência do líquido dentro do compartimento, parte do produto se vaporiza e escapa para a atmosfera. A depender do nível de turbulência, gotas do líquido podem também ser arrastadas pelos vapores expelidos
A turbulência é a resultado natural em qualquer processo de mistura de líquidos, mas pode ser minimizada em operações de carregamento. Maneira simples de minimizar a turbulência é substituir o carregamento por despejo de produto por carregamento de fundo ou submerso. No carregamento por despejo, o líquido é introduzido no topo do compartimento e causará grande turbulência. O carregamento de fundo ou submerso é conseguido alimentando-se o produto por baixo, seja por meio de uma entrada lateral no compartimento ou por um tubo submerso. A utilização do carregamento de fundo ou submerso reduz significantemente as emissões. (Siegell, 1 995)
Outra forma de controle de emissões para operações de carregamento são sistemas de captura e posterior recuperação ou destruição de vapores. Sistemas de recuperação incluem condensação, absorção e adsorção. A destruição de vapores é conseguida por incineração. (ibid)
Neste mesmo capítulo já foi exposto que as fontes de emissões de VOC podem ser encontradas em diversas áreas dentro da planta. Não se pode, no entanto, afirmar que todas as áreas apresentam emissões com a mesma intensidade e freqüência, pois cada fonte tem determinada taxa de emissão que varia em função de inúmeros fatores, o tamanho, tipo e estado de conservação da fonte e condições de operação, por exemplo.
Controle de emissões fugitivas em válvulas e bombas 3. PRINCIPAIS FONTES DE EMISSÕES DE VOC
3.4 Operações de carregamento de produto
Controle de emissões fugitivas em válvulas e bombas 3. PRINCIPAIS FONTES DE EMISSÕES DE VOC
3.5 Distribuição de emissões de VOC na indústria
A taxa de emissão representa a quantidade de produto liberado para a atmosfera, por unidade de tempo.
A quantidade de emissão apresentada por cada tipo de fonte também varia de acordo com as características do processo e dos produtos. Alguns estudos (Siegell, 1 997b),entretanto, mostram que existe distribuição, mais ou menos uniforme, das emissões de VOC dentro da planta. Isso quer dizer que, genericamente, algumas fontes contribuem mais do que outras para a emissão total da planta. Esse fato pode ser verificado nas figuras abaixo, obtidas a partir dos dados de emissões de VOC, em seis refinarias diferentes.
Figura 3.2 – Distribuição de fontes de emissão de VOC, em seis refinarias (Siegell, 1 997b)
Figura 3.3 – Distribuição de fontes pontuais de VOC, em seis refinarias (Siegell, 1 997b)
Figura 3.4 – Distribuição de fontes não pontuais de VOC, em seis refinarias (Siegell, 1 997b)
De acordo com as figuras 3.2 a 3.4, é notável a maior participação das emissões fugitivas na composição das emissões totais da planta. Nesse caso, estão sendo chamadas de emissões fugitivas todas as emissões de VOC provenientes de equipamentos e componentes das redes de transferência de fluido, ou seja, bombas, compressores, válvulas, conexões etc.
Esses dados representam a distribuição de emissões em seis refinarias diferentes, o que reforça a idéia de que mesmo em plantas distintas existe forte tendência de que os equipamentos supracitados apresentem mais emissões que as demais fontes. As seis refinarias em questão adotam diferentes regulamentações para o controle de poluição. Este é o principal fato que determina a diferença entre a quantidade de emissões em cada refinaria. As refinarias D e E, por exemplo, não têm programa de monitoramento e reparo de equipamentos. A refinaria B, além da implantação de programa de monitoramento e reparo, estabeleceu limite reduzido para as emissões o que resultou em maior controle de emissões. (ibid)
O gráfico seguinte mostra a distribuição de emissões fugitivas entre os diversos equipamentos da planta. É evidente a superioridade das emissões em válvula e bombas, o que não quer dizer que as emissões, nos demais equipamentos, sejam desprezíveis. As figuras 3.6 e 3.7, extraídas de Siegel (1 997), mostram a distribuição de emissões em duas plantas de produtos diferentes, no caso, tolueno e xileno. Novamente, as emissões fugitivas sobressaem em relação às demais, porém em proporções diferentes. (Siegell, 1 997b)
Figura 3.5 – Distribuição de emissões fugitivas, em seis refinarias (Siegell, 1997b)
3.6 – Distribuição de emissões em uma planta de xileno (Siegell, 1997b)
3.7 – Distribuição de emissões em uma planta de tolueno (Siegell, 1997b)
4.1 Monitorando emissões fugitivas em plantas industriais 4.2 Métodos estimativos de taxas de emissão
O monitoramento de emissões fugitivas é uma ferramenta imprescindível em qualquer programa de redução de emissões. O monitoramento possibilita, no primeiro momento, retratar a condição inicial da planta; em seguida, por meio de medições periódicas, acompanhar o desempenho do programa de redução de emissões. Como será visto no capítulo V, são os resultados do monitoramento que definem as ações para a redução dentro do programa.
Entende-se por monitoramento de emissões fugitivas o acompanhamento periódico das emissões fugitivas de uma planta ou de um equipamento específico. A taxa de emissão é a medida precisa da quantidade de emissões fugitivas, pois representa a medida direta da quantidade de poluente liberada para a atmosfera. Na prática, entretanto, é mais viável que o monitoramento se respalde na medida da concentração de poluente, nas proximidades de cada equipamento. Essa medida de concentração é chamada Valor Representativo de Concentração (VRC) e é definido como a máxima concentração do poluente em torno da fonte de emissão fugitiva, detectada por um analisador portátil. O VRC seria, então, uma medida indireta da taxa de emissão.
(Surprenant, 1 990; Schaich, 1 991).
Controle de emissões fugitivas em válvulas e bombas
4. MONITORAMENTO E QUANTIFICAÇÃO DE EMISSÕES FUGITIVAS
Controle de emissões fugitivas em válvulas e bombas
4. MONITORAMENTO E QUANTIFICAÇÃO DE EMISSÕES FUGITIVAS 4.1 Monitorando emissões fugitivas em plantas industriais
Diversos métodos de monitoramento de emissões fugitivas são citados na literatura. Alguns deles são aplicáveis para o monitoramento de emissões, na operação de plantas industriais, pois permitem monitorar toda a planta e identificam as fontes de emissões fugitivas. Outros métodos são específicos para o monitoramento individual de uma fonte e são utilizados para quantificar taxas de emissão ou para realizar testes de performance em equipamentos. Para o monitoramento em plantas, destacam-se: o monitoramento na fonte; o monitoramento por área e o monitoramento em pontos fixos. (Wallace, 1 979)
O monitoramento por área consiste na medição das emissões de VOC a uma dada distância de cada equipamento. As medidas são realizadas por um operador um analisador portátil de VOC. Deve-se previamente estabelecer o roteiro a ser seguido dentro da unidade de processo. Se um pico de concentração é observado, a localização deve ser registrada para que em seguida se possa fazer pesquisa detalhada para identificação da fonte. (ibid)
Estima-se que cerca de 50% das emissões significativas, na planta, podem ser detectadas valendo-se do monitoramento por área. A vantagem desse método é que grande parte dos vazamentos pode ser detectada rapidamente. A desvantagem é a falta de confiabilidade de algumas leituras em virtude da dispersão dos vapores, pelo vento e influência de unidade próximas. Além disso, sempre será necessário outro monitoramento para identificar exatamente a fonte de emissão. (ibid)
No monitoramento, em pontos fixos, são colocados analisadores em pontos específicos da unidade para monitorar continuamente as emissões fugitivas. Nesse monitoramento, os analisadores são colocados junto aos equipamentos críticos que trabalham com VOC ou espalhados pela unidade e formam uma rede de monitoramento. Novamente, se um pico de concentração é observado, o operador deve proceder pesquisa detalhada em cada equipamento para detectar a fonte. (ibid)
A maior vantagem desse tipo de monitoramento é que ele pode ser adaptado às necessidades específicas de cada unidade, especialmente se o monitoramento por área também é usado. Outra vantagem é que o monitoramento em pontos fixos tem menor custo de mão-de-obra, comparado com outros métodos de monitoramento. As desvantagens centram-se nos fatos de exigir investimento inicial alto para adquirir e instalar os equipamentos de monitoração, e a necessidade do uso de analisadores portáteis para localizar as fontes. Estima-se que esse método seja capaz de detectar um terço de todos os vazamentos, dentro da planta. Porém, se houver, dentro da unidade, grandes fontes de emissões, estas podem mascarar os resultados do monitoramento. (ibid)
O monitoramento na fonte é aplicado com mais freqüência e sua eficiência melhor comprovada. Esse método de monitoramento detecta as emissões e mede as fontes individualmente - válvulas, flanges, selos de bombas - entre outras. Nesse monitoramento, também é usado um analisador portátil de VOC. A sonda do instrumento é direcionada para os pontos de cada equipamento onde a emissão pode ser encontrada. A sonda deve estar afastada apenas um centímetro da fonte. Para fontes em que as emissões ocorrem em áreas abertas para a atmosfera, tais como canaletas e válvulas de alívio, a sonda é colocada tanto no centro quanto ao redor da área de emissão. (ibid)
4.1.1 Monitoramento por área
4.1.2 Monitoramento em pontos fixos
4.1.3 Monitoramento na fonte
Para detecção de emissões fugitivas, em selos de bombas, a sonda do analisador portátil é colocada próxima à interface, entre o selo e o eixo da bomba. A sonda é movimentada por toda circunferência do eixo de modo que todos os pontos da interface sejam amostrados. A sonda deve ser mantida o mais próximo possível da interface do selo com o eixo. (ibid)
Para o monitoramento em válvulas, a sonda do analisador é colocada na interface entre a haste da válvula e a gaxeta. O monitoramento deve ser feito circundando a sonda por todos os pontos em torno da haste. Se existirem outros pontos na válvula, onde seja possível ocorrer emissões, estes devem ser monitorados da mesma maneira. (ibid)
O monitoramento na fonte, comparado com os métodos anteriores, exige maior aplicação de mão-de-obra uma vez que as medições devem ser feitas em todo equipamento da planta com potencial para ser uma fonte de emissão fugitiva. As fontes de emissão, no entanto, são identificadas imediatamente no primeiro monitoramento e torna mais ágil a manutenção do equipamento. (ibid)
Alguns métodos de monitoramento não são aplicáveis no monitoramento de plantas industriais, em condições normais de operação; pois é necessário isolar cada equipamento antes do monitoramento. Esses métodos são muito utilizados em testes de estanqueidade de equipamentos ou na determinação de taxas de emissão. Os métodos empregados em testes de estanqueidade são simples e têm como objetivo determinar apenas se o equipamento é suficientemente estanque ou não para atender as condições de operação. Os exemplos mais comuns de testes de estanqueidade são os testes de pressão positiva e os testes de retenção. Já a determinação de taxas de emissão envolve métodos mais complexos porque o objetivo é obter medida precisa da quantidade de poluente emitida.
No teste de pressão positiva, o equipamento, isolado e completamente vedado, é pressurizado com ar ou nitrogênio. A fonte de gás é fechada e a queda de pressão estática ao longo do tempo é registrada. Esse método é útil porque pode ser utilizado para detecção de vazamentos em seções inteiras de linhas e inclui flanges e válvulas. O método de retenção é similar ao teste de estanqueidade, porém a perda de pressão, em virtude do vazamento, é compensada pela injeção de gás. A indicação da estanqueidade do equipamento passa a ser a vazão de gás necessária para manter a pressão estática constante. (ibid)
Os métodos mais difundidos para determinação de taxas de emissão são os chamados métodos de enclausuramento. Esses métodos consistem em enclausurar o componente e capturar as emissões e medi- las volumetricamente. As emissões são capturadas e resfriadas de forma que a água e os hidrocarbonetos pesados condensem e possam prevenir a sujeira. Um rotâmetro mede a vazão de gás e um manômetro mede a pressão para permitir a conversão da concentração volumétrica para os valores padrões. A concentração da amostra é determinada analiticamente e, conhecendo-se a vazão de gás no sistema, calcula-se a vazão mássica de emissão fugitiva. As fontes de emissão, nas quais os métodos de enclausuramento podem ser utilizados, incluem válvulas de processo, flanges, selos de bombas e compressores, válvulas de alívio e drenos. (ibid)
O monitoramento de válvulas não deve ser confundido com os testes de desempenho. O monitoramento é feito na planta após a válvula entrar em operação. Os testes de desempenho são realizados pelo próprio fornecedor com o intuito de garantir a confiabilidade de seus produtos. As plantas, cada vez mais, têm
4.1.4 Outros métodos de monitoramento
4.1.5 Testes de desempenho em válvulas
exigido produtos que necessitem de pouca ou nenhuma manutenção e que, além disso, sejam capazes de lidar com ciclos térmicos e também tenham extensa vida útil (Miles, 1 995). Portanto, o desafio dos fornecedores é aprimorar os testes de desempenho de tal forma que estes sejam capazes de reproduzir as condições a que o equipamento estará submetido durante a operação.
Tradicionalmente, as válvulas são testadas apenas hidrostática ou pneumaticamente. Essa técnica tem sido contestada recentemente. Testes adicionais devem ser feitos para qualificar a válvula dentro de toda a faixa de pressão e temperatura de operação. O objetivo, obviamente, é identificar qual a taxa de emissão e qual a vida útil da válvula, em diferentes condições de operação. Muitos fornecedores já estabeleceram padrões de teste para qualificar seus produtos dentro da nova visão. (ibid)
Um dos grandes problemas que as plantas enfrentam na hora de confrontar os dados oferecidos pelo fabricante com as suas necessidades é o fato de que esses dados raramente são obtidos em testes realizados sob condições realísticas. O fornecedor da válvula, normalmente, respalda-se em testes simples para garantir que seu produto atende aos critérios de emissões fugitivas. Essa garantia é suportada por análises estatísticas de testes feitos com válvulas novas que usam o ar ou nitrogênio como fluido.
Raramente encontra-se algum dado sobre temperatura e pressão do teste, efeitos de ciclos térmicos e taxas de emissão, durante o ciclo de atuação da válvula ou ao longo de sua vida útil. Alguns fornecedores ainda se calcam em testes visuais. (Gardner, 1 991; Gardner e Spock, 1 992)
Parâmetro de teste muito importante é o ciclo térmico. A magnitude e a velocidade da variação de temperatura afetam diretamente a habilidade da válvula para controlar emissões fugitivas. Uma válvula apta para operar com emissão fugitiva, controlada a temperatura ambiente, pode, por exemplo, vazar se a temperatura de operação cair rapidamente. A perspectiva é de que futuramente só sejam aceitas válvulas cujos testes incorporem ciclos térmicos já que esse é o tipo de teste mais rigoroso. (Spock, 1 993; Miles, 1 995)
Outro parâmetro muito importante, que deve ser levado em consideração nos testes de desempenho, é o número de ciclos de atuação da válvula, ao longo de sua vida útil. Esse teste pode ser feito de várias maneiras, mas para obter dados mais precisos é comum utilizar técnicas de enclausuramento. A Tabela 4.1 apresenta resumo do padrão da Fluid Control Institute para teste de desempenho em válvulas. (Miles, 1 995) É fundamental em testes desse tipo investigar quais as variáveis que afetam o desempenho da válvula e quais as taxas de emissão que podem ser esperadas ao longo da sua vida útil se forem utilizadas gaxetas de diferentes materiais. Os dados obtidos com esses testes são muito úteis na hora de decidir que equipamento deve ser usado. A Figura 4.1 mostra as emissões observadas em um teste realizado com seis válvulas diferentes, em condição estática e durante os ciclos de atuação. (ibid)
Tabela 4.1 - Padrão de teste do Fluid Control Institute para desempenho de válvulas. (ibid)
Número de ciclos de
atuação
Número de ciclos térmicos
Máxima emissão permitida
Ajuste Permitido
100 000 3 500 ppm Não
25 000 3 500 ppm Não
100 000 0 500 ppm Não
25 000 0 500 ppm Não
5 000 1 500 ppm Sim
Condições de teste: 43oC a 0.68 atm Fluido de teste: Ar, Metano ou Nitrogênio
Figura 4.1 - Emissões em diferentes válvulas em condição estática e dinâmica. (ibid)
A quantificação de taxas de emissão em equipamentos e componentes, como válvulas, bombas, flanges e compressores é mais difícil de ser realizada do que em chaminés ou outras fontes pontuais. A taxa de emissão, em fontes pontuais, pode ser obtida a partir de medição direta da vazão de gás. No caso de emissões fugitivas, no entanto, essa medição não é tão simples. Os métodos tipo enclausuramento são úteis na determinação da taxa de emissão de alguns equipamentos; mas tornam-se inviáveis para serem aplicados em todos os equipamentos da planta, em virtude da complexidade desses métodos e dos custos envolvidos.
Em razão dessa dificuldade, alguns métodos para estimativa de taxas de emissões fugitivas foram desenvolvidos ao longo dos anos e visam tornar a quantificação dessas emissões menos complexa e menos onerosas. Os métodos disponíveis para estimativa de emissões fugitivas variam desde a aplicação de fatores de emissão até o uso de correlações matemáticas, calcadas em dados de medições em campo.
As taxas de emissão para a mesma fonte, mas em processos diferentes, podem variar significativamente.
Esse fato pôde ser constatado num estudo realizado por Monsanto Research Corp.’s Dayton Laboratory, em quatro plantas petroquímicas que produziam monoclorobenzeno, butadieno, óxido de etileno e dimetiltereftalato. Na planta de monoclorobenzeno, a taxa de emissão em bombas era cinco vezes maior que em válvulas, e os vazamentos em flanges eram 29 vezes maiores que em bombas. Já na planta de butadieno, as válvulas concentravam taxa de emissão dez vezes maior que as bombas, e os flanges não apresentavam emissões fugitivas. (Wallace, 1 979)
Alguns métodos utilizam fatores de emissão para estimar as emissões fugitivas totais da planta. Esses fatores respaldam-se em taxas médias de emissão, padronizadas para cada tipo de equipamento, em diferentes condições. Na aplicação desses métodos, a primeira etapa para estimar as emissões de VOC é proceder a contagem do número de equipamentos existentes na planta e separá-los por tipo e aplicação. Se
Controle de emissões fugitivas em válvulas e bombas
4. MONITORAMENTO E QUANTIFICAÇÃO DE EMISSÕES FUGITIVAS 4.2 Métodos estimativos de taxas de emissão
4.2.1 Fatores de emissão
os diagramas de tubulação e instrumentação não estiverem disponíveis, a USEPA sugere que sejam feitas aproximações para simplificar a contagem.
Determinado o número de equipamentos dentro da planta, as emissões de VOC podem ser estimadas e utilizados os fatores de emissão apropriados, como os listados nas tabelas a seguir. Tais fatores estão calcados em medições de campo e refletem a taxa média de emissão para cada tipo de fonte. A multiplicação do fator pelo número de fontes de determinado tipo (ex. válvulas, bombas, compressores) resulta na taxa de emissão para esse tipo de fonte dentro da unidade. (Siegel, 1 981; Surprenant, 1 990;
Schaich, 1 991)
Fatores de emissão médios da SOCMI (Indústria de Fabricação de Compostos Sintéticos Orgânicos) Os fatores da SOCMI foram desenvolvidos a partir de estudos realizados em refinarias de petróleo, diferentes plantas de processos petroquímicos e áreas de manutenção. O uso dos fatores da SOCMI considera que a freqüência de emissão de uma planta em particular é similar à freqüência de emissão média da indústria. Outra consideração é que todos os equipamentos possuem taxa de emissão próxima à taxa de um equipamento similar, numa refinaria de petróleo. (Surprenant, 1 990; Schaich, 1 991)
O uso dos fatores de emissão da SOCMI normalmente implica em taxas de emissão superestimadas porque os autores foram bastante conservadores no desenvolvimento dos fatores a partir dos dados de campo. A aplicação dos fatores SOCMI, em plantas químicas e petroquímicas, pode resultar em estimativas de até duas ordens de grandeza maiores que os valores reais.
Tabela 4.3 - Fatores de emissão médios da SOCMI (Suprenant, 1 990 e Schaich,1 991)
Fatores de emissão por estanqueidade
Fatores de emissão (kg/h/fonte)
Equipamento Serviço Surprenant
(1 990)
Schaich (1 991)
Válvulas Gás 0.0123 0.0056
Líquido leve 0.0156 0.0071
Líquido pesado 0.00051 0.00023
Bombas Líquido leve 0.1087 0.0494
Líquido pesado 0.0471 0.0214
Compressores Todos 0.228
Válvulas de alívio Todos 0.104
Flanges Todos 0.0018 0.00083
Linhas desconectadas Todos 0.0017
Pontos de amostra Todos 0.0150
A aplicação desses fatores respalda-se na medição de valores representativos de concentração (VRC), de modo a diferenciar os equipamentos estanques e não-estanques. Nesse caso, o termo estanque não significa necessariamente que o equipamento não apresente emissão, mas que o valor de concentração medido está dentro de uma faixa tolerável de aceitação. Equipamentos considerados estanques são aqueles que o VRC medido é menor que 10 000ppm. Por outro lado, os equipamentos que apresentam VRC maiores que 10 000ppm são ditos não-estanques. (Surprenant, 1 990; Schaich, 1 991)
De forma similar aos fatores da SOCMI, a estimativa de emissão é feita multiplicando o número de equipamentos pelo fator correspondente. Existem dois fatores de emissão, um para fontes estanques e outro para fontes não-estanques. A Tabela 4.4 apresenta fatores de emissão por estanqueidade para diversas fontes. Os autores citados nesta tabela não fizeram nenhuma inferência sobre os dados dos quais foram obtidos tais fatores, portanto não é possível estabelecer uma causa para as diferenças entre os valores apresentados. (ibid, ibid)
Fatores de emissão estratificados
Os fatores de emissão estratificados necessitam de medidas mais precisas que os fatores de estanqueidade, pois os fatores estratificados são divididos em três faixas: 0-1 000ppm; 1 000-10 000ppm; e maiores que 10 000ppm. A aplicação desses fatores é idêntica aos fatores de estanqueidade, porém, após a medição dos VRC, os equipamentos são classificados dentro das três categorias citadas. (ibid, ibid)
Algumas considerações devem ser feitas ao serem usados os fatores estratificados ou fatores de estanqueidade. Primeiro, deve-se assumir que menos da metade das fontes apresenta valor de concentração zero. Dados atuais, entretanto, revelam que porcentagem muito maior de fontes apresenta valor de concentração zero. Segundo, as plantas devem desenvolver fatores de resposta para seus instrumentos.
Fator de resposta é a razão entre o valor real de concentração de um composto e a sua concentração, medida na fonte. (Schaich, 1 991)
Tabela 4.4 - Fatores de emissão calcaados na estanqueidade da fonte (Siegel, 1 981; Suprenant, 1 990;
Scaich, 1 991)
Fatores de emissão (kg/h/fonte)
Equipamento Serviço Siegel (1 981) Surprenant (1 990) Schaich (1 991) Não
estanque
Estanque Não estanque
Estanque Não estanque
Estanque
Válvulas Gás 0.059 0.005 0.0992 0.0011 0.0451 0.00048
Líquido leve
0.024 0.006 0.1874 0.0038 0.0852 0.00171
Líquido pesado
0.0005 0.0005 0.00051 0.00051 0.00023 0.00023
Bombas Líquido leve
0.25 0 0.9614 0.0264 0.437 0.0120
Líquido pesado
0.046 0.046 0.8547 0.0297 0.3385 0.0135
Compressores Todos 1.4 0 1 608 0.0891
Válvulas de alívio
Todos 0.19 0 1 691 0.0447
Tabela 4.5 - Fatores de emissão estratificados (Suprenant, 1 990; Schaich, 1 991)
O emprego de correlações matemáticas, para o cálculo de taxas de emissões fugitivas, representa um nível de refinamento mais elevado que os métodos calcados em fatores de emissão, descritos anteriormente.
Essas correlações relacionam o valor de concentração medido em cada equipamento à sua taxa de emissão, por meio de funções matemáticas contínuas, em toda escala de concentração. Essas funções são formuladas a partir de medições em campo, das taxas de emissão versus valores de concentração para cada tipo de fonte. ( Surprenant, 1 990; Schaich, 1 991)
A USEPA dispõe de um conjunto de equações geradas a partir de dados coletados em plantas industriais.
Essas correlações representam as regressões dos dados de taxa de emissão versus concentração de diversos equipamentos, em diferentes processos. As medidas de taxas de emissão são feitas utilizando-se métodos tipo enclausuramento, enquanto os valores de concentração são obtidos por medição direta com analisador portátil. Essas correlações resultam numa estimativa de grande precisão, porém os dados que suportam as equações têm poucos pontos abaixo de 100ppm. A margem de erro, pois, no início da faixa de concentração, é bem maior.
Flanges Todos 0.00056 0.00056 0.0826 0.00013 0.0375 0.00006 Linhas
desconectadas
Todos 0.005 0 0.01195 0.00150
Fatores de emissão (kg/h/fonte) Equipamento Serviço Surprenant (1 990) Schaich (1 991)
0-1 000 ppm
1 000- 10 000 ppm
> 10 000 ppm
0-1 000 ppm
1 000- 10 000 ppm
> 10 000 ppm
Válvulas Gás 0.00031 0.0036 0.0992 0.00014 0.00165 0.0451 Líquido
leve
0.0028 0.0212 0.1874 0.00028 0.00963 0.0852
Líquido pesado
0.00051 0.00051 0.00051 0.00023 0.00023 0.00023
Bombas Líquido leve
0.0044 0.0737 0.9644 0.00198 0.0335 0.437
Líquido pesado
0.0084 0.2637 0.8547 0.00380 0.0926 0.3885
Compressores Todos 0.01132 0.264 1.608
Válvulas de alívio
Todos 0.0114 0.279 1.691
Flanges Todos 0.00004 0.0193 0.0825 0.00002 0.00875 0.0375 Linhas
desconectadas
Todos 0.00013 0.00876 0.01195
4.2.2 Correlações entre VRC e taxa de emissão
Dados recentes mostram que muitos equipamentos apresentam valores de concentração abaixo do limite de detecção do instrumento. Logo, é importante fazer medições em campo, das taxas de emissão, em alguns equipamentos com valores de concentração não detectáveis. Essa condução facilita certificar-se de que as emissões, nesses equipamentos, são realmente pequenas. Por outro lado, equipamentos com valores de concentração acima do limite de leitura do instrumento também devem ter suas taxas de emissão medidas ao invés de estimadas. ( Schaich, 1 991)
Tabela 4.6 - Correlações matemáticas entre valores de concentração e taxas de emissão (Schaich, 1 991)
O uso dessas correlações, publicadas pela USEPA, pressupõe duas considerações. Primeiro, as equações somente relacionam os valores de concentração e taxas de emissão, dentro da faixa de concentração dos dados que geraram as equações, logo extrapolações não são bem aceitas. Segundo, deve-se assumir valor zero-padrão de 8ppm para equipamentos com concentração medida entre 0 e 8ppm. Os valores de taxas de emissão associados ao valor zero-padrão de concentração refletem as emissões das fontes com valores de concentração entre 0 e 8ppm. (ibid)
As correlações apresentadas pela USEPA foram formuladas a partir de dados de diversos processos diferentes, portanto essas equações matemáticas representam o comportamento "médio" de cada fonte. Isso implica que, ao aplicar estas correlações na estimativa de emissões de um processo específico, os resultados deverão ser encarados dentro de uma margem de erro. Normalmente, o desenvolvimento de correlações específicas para cada processo leva a estimativas mais precisas do que aquelas feitas com as correlações da USEPA.
O desenvolvimento de correlações específicas requer trabalho adicional que inclui a medição direta de taxas de emissão, associada à medição de valores de concentração na fonte. É adequado que sejam medidas as taxas de emissão, em pelo menos trinta fontes, para desenvolver novas equações. Com os dados de taxas de emissão e concentração, é possível formular novas correlações, específicas para cada processo.
( Surprenant, 1 990; Schaich, 1 991)
O controle de emissões fugitivas na indústria torna-se cada vez mais relevante perante as exigências ambientais. Além disso, o controle de emissões vai ao encontro das necessidades de aumento da produtividade da indústria, visto que toda emissão caracteriza perda de produto do processo para o meio ambiente. O controle de emissões fugitivas é conseguido por meio da implantação de um programa de redução de emissões fugitivas na planta. Um programa de redução de emissões fugitivas compreende um
Equipamento Serviço Taxa de emissão (kg/h) Válvulas Gás 1.71(10-5.35)(Concentração em ppm)
0.693
Líquido leve 3.73(10-4.342)(Concentração em ppm)
0.47
Bombas Todos 1.33(10-5.34)(Concentração em ppm)
0.898
Flanges Todos 0.92(10-4.733)(Concentração em ppm)
0.818
Controle de emissões fugitivas em válvulas e bombas
5. CONTROLE DE EMISSÕES EM VÁLVULAS E BOMBAS
conjunto de ações corretivas e preventivas, tomadas sistematicamente, com o intuito de minimizar a taxa global de emissão da planta.
Numa planta industrial, a redução de emissões pode ser conseguida de três maneiras diferentes: intensificar o monitoramento e manutenção de equipamentos; instalar novos equipamentos e acessórios que garantam menor taxa de emissão ou capturar as emissões e enviá-las para sistemas de tratamento, tais como incineradores e colunas de adsorção com carvão ativado.
A eficiência do monitoramento e manutenção em válvulas e bombas depende do tipo, quantidade e tamanho dos equipamentos, condições de operação e das características dos fluidos de processo. Estudos indicam que as emissões fugitivas, nesses equipamentos, podem ser reduzidas em pelo menos 50% a 75% por meio de um programa de monitoramento e manutenção de equipamentos. (Suprenant, 1 990)
A instalação de novos equipamentos, projetados para o controle de emissões fugitivas, talvez seja a maneira mais eficiente de conter tais emissões. A aplicação de tecnologia mais avançada em selos de bombas, assim como em sistemas de vedação de válvulas, é altamente eficiente e, muitas vezes, tem custo relativamente baixo. A Tabela 5.1, abaixo, traz uma idéia da melhoria que se obtém a partir da instalação de sistemas de vedação mais avançados em bombas centrífugas. Essa tabela faz comparação entre os índices relativos de emissão de alguns tipos de vedação. Esses índices indicam a proporção entre as taxas de emissão de cada sistema de vedação. A Tabela 5.2 faz comparação similar entre alguns tipos de válvulas. (ibid)
Tabela 5.1 - Índices de emissão em bombas centrífugas (Lipton e Sydney, 1989)
Tabela 5.2 - Índices de emissão em válvulas (Lipton e Sydney, 1 989)
Os sistemas de captura de emissões fugitivas têm sido aplicados com sucesso no controle de emissão, em:
válvulas de alívio. Em sistemas de tratamento de efluentes e grandes equipamentos, como compressores, somente quando instalados em espaços confinados. A captura e destruição de vapores podem ter eficiência de redução de emissões próxima a 100%, porém para válvulas e bombas esse tipo de controle não é
Tipo de vedação Índice de emissão
Gaxeta sem selante 100
Gaxeta com selante 10
Selo simples 1.2
Selo Tandem 0.15
Selo duplo 0.004
Tipo de válvula
Estudo API Bussenius (1 981)
Kremer (1 982)
Bussenius (1 986)
British Occupational Health Society
Gaveta 1 1 1 1 1
Esfera 0.027-0.040 0.33 0.05 0.009 0.003
Plug 0.88-1.19 0.3
Globo 1.51-2.10 1
Borboleta 1.52-1.61 0.3
utilizado porque esses equipamentos encontram-se espalhados por toda a planta, e os custos envolvidos na instalação de um sistema de captação desse porte não compensaria o ganho em termos de redução de emissões. (ibid)
5.1 Programa de redução de emissões 5.2 Reduzindo emissões em bombas 5.3 Reduzindo emissões em válvulas 5.4 Composição de custos
5.5 Conclusão
Conceitualmente, um programa de redução de emissões fugitivas em, válvulas e bombas, pode ser dividido em duas partes: monitoramento e manutenção de equipamentos e projetos de melhoria. A estrutura detalhada do programa depende do nível de emissão considerado aceitável pela planta. Portanto, é imprescindível definir quais as bases que serão utilizadas, isto é: (1) emissão máxima permitida - concentração de poluente em ppm, detectada na fonte; (2) performance mínima desejada para a planta - porcentagem de equipamentos com emissão superior ao nível de emissão máximo; (3) prazos de execução para a manutenção de equipamentos; (4) abrangência do programa, ou seja, quais equipamentos da planta deverão ser incluídos; (5) freqüência de monitoramento que será utilizada.
Se existir algum conhecimento sobre a situação atual dos equipamentos da planta em relação a emissões fugitivas, essa informação pode ser usada para definir as bases do programa. A Figura 5.1 mostra um exemplo de programa de redução de emissões fugitivas no qual foram utilizados os padrões de nível máximo de emissão e performance mínima de emissão da norma da USEPA (Colyer e Meyer, 1 991), para emissões fugitivas em válvulas. O Anexo B apresenta resumo da norma que regulamenta as emissões fugitivas, em válvulas e bombas, nos Estados Unidos.
O programa de redução de emissões inicia com o processo de monitoramento e manutenção de equipamentos. Sempre que for identificado um equipamento com emissão superior ao nível máximo, a manutenção do equipamento se faz necessária. Após cada jornada de monitoramento, deve ser levantado o percentual de equipamentos que apresentou emissões acima do limite, se esse percentual for maior que a performance mínima desejada para a planta, a freqüência de monitoramento deve ser aumentada.
A eficiência do processo de monitoramento e manutenção depende do cumprimento dos prazos estipulados para execução dos reparos. A execução do reparo garante à planta que aquele equipamento estará em conformidade com os padrões de emissão no próximo monitoramento. Dessa forma, consegue-se melhorar continuamente a performance de emissões da planta. Porém, a performance da planta estará sempre limitada aos níveis de emissão para o quais os equipamentos foram projetados. Isso quer dizer que se um determinado equipamento foi projetado para apresentar emissões na faixa de 500ppm e o nível de aceitação da planta for 100ppm, o monitoramento e reparo desse equipamento não será suficiente para garantir a performance desejada. Nesse caso, se faz necessário um projeto de melhoria, ou seja, modificação de projeto capaz de reduzir seu nível de emissão.
O estudo de melhoria começa com a análise das causas básicas do problema. Para tanto, deve-se coletar o maior número possível de informações. Na análise das causas, é necessário que sejam envolvidas pessoas de diferentes disciplinas que possam contribuir para a solução do problema. O objetivo é desvendar a
Controle de emissões fugitivas em válvulas e bombas 5. CONTROLE DE EMISSÕES EM VÁLVULAS E BOMBAS
5.1 Programa de redução de emissões
