ESCOLA DE ENGENHARIA DE AGRIMENSURA

1. ESCOLA DE ENGENHARIA DE AGRIMENSURA PREVENÇÃO E CONTROLE DE RISCOS EM MÁQUINAS, EQUIPAMENTOS, INSTALAÇÕES, TRANSPORTE, ARMAZENAMENTO, MANUSEIO DE MATERIAIS E INSUMOS MÓDULO 4 – Sistema de Geração de Vapor, Caldeiras a Vapor e NR 13

2. Avaliar Grau de Risco em Maquinas/Equipamentos/Instalacoes • Identificar o tipo de substâncias presentes (características); • Condições ambientais: • Funções, Tipos e características dos equipamentos/instalacoes; • Condições operacionais e de uso: • Identificar as fontes de risco (partes do equipamento que podem liberar material inflamáve/toxico para o meio externo) – Pontos frageis instalações – Mecanismos de falhas; • Delimitar volume de influência que as fontes de risco apresentam (consequência) – espaço tridimensional. Estabelecimento de mecanismos de controle do risco (inspeção/manutenção)

3. Conceitos de projeto e integridade • Tensão Admissível = Valor atestado de resistência para determinado material em determinada temperatura. Tensões máxima adotadas no dimensionamento (fator de segurança). • Critério de resistência básico: Sadm > S Dimensões: kgf/cm2, bar, Mpa.

4. Etapas da vida onde existem riscos - Construção/Montagem - Operação; - Manutenção/paradas - Desmontagem/retirada de operação

5. Caso 1 - Instalação de tanque pressurizado para armazenamento de hipoclorito em solução para tratamento de água. Tanque de HipoClorito

6. Hipoclorito de Sódio • Irritação severa a olhos, pele e vias respiratórias • Reage com produtos orgânicos podendo resultar em fogo • Se misturado com amônia pode gerar cloro • Reage com ácido gerando gás cloro. • Não combustível. • Efeitos ambientais : se não diluído pode afetar severamente as vias aquaticas. Dados de Projeto : PMAT = 3 kgf/cm2 P máx oper. = 2 kgf/cm2 Volume tanque = 4.000 litros Tanque de HipoClorito

7. CALDEIRA – Unidade Geradora de Vapor

8. CALDEIRAS Equipamentos destinados a mudar o estado da água, do líquido para o vapor, a fim de ser usado em aquecimento, acionamento de máquinas e processos industriais.

9. SISTEMAS DE UTILIDADES INDUSTRIAIS • Característica Sistemas de Utilidades: • Permeia geograficamente e funcionalmente todos os demais sistemas do processo de produção e por isso é fundamental que estes sistemas tenham níveis de disponibilidade e confiabilidade adequados. • O engenheiro de segurança encontrará um número diferente de produtos que são considerados como utilidades em diferentes empreendimentos, conforme ilustrado pela tabela abaixo.

10. Residências Oficinas de Automóveis Hospitais Metalúrgica Indústria Petroquímica Eletricidade X X X X X Água Bruta X X Água Potável X X X X X Água Quente X X Água de Caldeira X X X Ar de Serviço X X X Ar de Instrumento X X X Nitrogênio X X

11. ATIVIDADES ROTINEIRAS Numa Central Industrial de Utilidades o cotidiano do profissional de segurança envolve atividades como: - Permissões/Liberações de Trabalho envolvendo:

12. ATIVIDADES ROTINEIRAS • Participação em: • Análise de riscos das tarefas e projetos; • (DDS) Diálogo diário de segurança; • Inspeções de áreas (Safety tour) – Condições de risco • Auditorias (Sistemas de Gestão de Segurança e Meio Ambiente, Contratadas, Comportamento, Liberações de atividades, • Análise dos informes de Incidente/Acidente/Emergências • Elaboração plano de emergência • Procedimentos de segurança • Treinamentos

13. ATIVIDADES ROTINEIRAS • - Análise de Mudanças • - Simulados de evasão e testes dos alarmes • - Gestão dos equipamentos de contenção/combate a incêndios • Gestão dos instrumentos de apoio a serviços: • Explosímetros; Oxímetros; • Sistemas de ar mandado; • Iluminação de segurança • Geradores móveis, etc

14. Em qualquer caso, se participamos da equipe de segurança devemos conhecer: • - cada equipamento no seu conceito físico e funcional; • - e seus modos de falhas e estratégias de controle dos riscos. • Afim de: • estruturar estratégias de segurança para o conjunto. • Contribuir para análise de incidentes • Orientar/Participar de Análises de Risco em todas as etapas do ciclo de vida (APP)

15. O CICLO TÉRMICO • Uma máquina térmica, com seu objetivo de transformar calor em trabalho, requer um fluido de trabalho que percorre um ciclo termodinâmico segundo as fases abaixo: 1.    absorve calor de uma fonte quente; 2.    realiza trabalho durante um processo de expansão; 3.    Rejeita a parte do calor não transformada em trabalho para uma fonte fria; 4.    Consome parte do trabalho produzido na expansão para retornar ao estado inicial, completando o ciclo.

16. O CICLO TÉRMICO • Devido à: -- sua grande disponibilidade, • -- baixo custo, • -- alta estabilidade, • -- elevada capacidade de transporte de calor, e • -- não toxidez, • O Vapor d’Água é largamente utilizado em instalações térmicas. • De modo geral não existe outro material tão adaptável à dupla função de gerar energia elétrica e efetuar aquecimentos em processos.

17. DIAGRAMA DE ESTADO - ÁGUA P r e s s ã o Curva de Vaporização / Condensação Ponto Crítico Curva de Fusão / Solidificação LÍQUIDO Curva de Sublimação Ponto triplo SÓLIDO VAPOR Temperatura

18. DIAGRAMA DE ESTADO - ÁGUA P r e s s ã o Pc= 221 Kgf/cm2 Tc= 374 oC. Pt= 4,6 mmHg Tt= 0,01 oC Ponto Crítico LÍQUIDO Ponto Triplo GÁS SÓLIDO VAPOR Temperatura Obs.: -- Vapor Saturado é o que está em equilíbrio com o líquido (Curva Grossa). -- A água ferve à 97oC numa altitude de 700 m do nível do mar -- Panela de Pressão Pt = 86 KPa => 118,3 oC

19. O CICLO TÉRMICO • Numa unidade termoelétrica cada uma das fases do ciclo termodinâmico descrito acima é constituído por equipamentos básicos, quais sejam: • 1.  Acaldeira, onde a água líquida recebe o calor decorrente da combustão, vaporiza-se e superaquece-se; • 2.    a turbina, onde o vapor gerado na caldeira expande-se fornecendo energia para girar o seu eixo que é acoplado ao gerador elétrico (trabalho);

20. O CICLO TÉRMICO • 3.    o condensador, onde o vapor exausto descarregado pela turbina cede a parcela do calor recebido e que não foi transformada em trabalho na turbina, à aquela que vem da unidade de tratamento de água; • 4. a bomba de alimentação da caldeira, que eleva a pressão do condensado, para que este possa ser reinjetado na caldeira, completando o ciclo. A bomba consome parte do trabalho produzido na turbina.

21. A UNIDADE GERADORA DE VAPOR • O que chamamos de Caldeira na verdade pode ser: • - um equipamento compacto; ou • - uma instalação constituída de vários e enormes equipamento, • Em qualquer caso, se participamos da equipe de segurança devemos conhecer: • - cada equipamento no seu conceito físico e funcional; • - e seus modos de falhas. • Afim de: • - estruturar estratégias de segurança para o conjunto.

22. Uso no Processo e Geração da Energia Elétrica Geração de Vapor Distribuição do Vapor Consumo do Vapor Recuperação do Condensado A UNIDADE GERADORA DE VAPOR

23. A UNIDADE GERADORA DE VAPOR • Sistema de Água e Vapor • Sistema de Combustível • Sistema de Combustão • Sistema de Ar e Gases • Sistema de Controle • Sistema de Proteção

24. SISTEMA DE ÁGUA E VAPOR Vapor Unidade de Tratamento D’Água (abrandamento ou desmineralização) Desaerador Caldeira Produtos Químicos Tanque de Água Troca Calor / Contato Direto Bomba de caldeira Controle de Sólidos em Suspensão Vaso de Flash Controle de Sólidos em Dissolvidos

25. Vapor 50 Kgf/cm2 Caldeira Válvula redutora de pressão Gerador Turbina 12 Kgf/cm2 Consumidores de E. Elétrica Consumidores de Vapor SISTEMA DE ÁGUA E VAPOR

26. SISTEMA DE AR E GASES C h a m i n é Caldeira Trocador de Calor Gases Q. Gases F. Ventilador Ar Quente Ar frio A3

27. CALDEIRA Vapor ÓLEO Viscosidade e Pressão OK Aquecedor Bomba Condensado SISTEMA DE COMBUSTÍVEL / COMBUSTÃO A3

28. SISTEMA DE CONTROLE • de nível • da combustão • válvulas de segurança • nível alto / baixo (alarme e trip) • pressão do combustível • queda dos ventiladores CALDEIRA SISTEMA DE PROTEÇÃO A3

29. CENÁRIOS DE RISCOS EM CALDEIRAS • Cenários de risco com pressão e temperatura sempre presentes, Ex.: furo no lado água com contaminação do lado fogo. Explosão da fornalha por excesso de combustível ou instabilidade de chama; • Presença de cenários com combustíveis e produtos de combustão (incêndios, vazamento de combustível, contaminação para ambiente, incêndio no circuito de exaustão de gases). • Existência de legislação vigente com papéis profissionais definidos. • Envelhecimento do equipamento alterando significativamente os cenários de riscos.

30. Classificação: • Conforme o agente que transfere calor: • A óleo combustível • A óleo diesel • A lenha ou bagaço de cana • Carvão • Eletricidade, com eletrodo submerso • A Gás

31. Caldeiras Flamo Tubulares Onde os gases quentes vindos da fornalha ou câmara de combustão escoam no interior de tubos circundado pela água a se evaporar, a qual se situa no interior de um encamizamento.

32. Caldeiras Aquatubulares O aquecimento se faz externamente a um feixe de tubos contendo água

33. Tratamento de Água • Problemas : • Incrustações e Depósitos • Sólidos Supensos - argila, material orgânico. • Sólidos dissolvidos - cálcio, magnésio, Produtos de corrosão (oxidos de ferro) • Corrosão PH ou ataque do oxigênio dissolvido (depolarização do cátodo) • Arraste • Consequências • Diminuição da transferencia de calor, danos aos tubos, baixa qualidade do vapor, danos a outros equipamentos.

34. Tratamento de Água • Filtração – Eliminação de sólidos suspensos • Abrandamento - Remoção total ou parcial dos sais de cálcio e magnésio os quais produzem incrustações levando a ruptura do tubo. • Desaeração - Redução do teor de oxigênio e gás carbônico (aumenta a taxa de corrosão) – Processo de desaeração com produtos químicos sequestrantes de oxigênio (sulfito, hidraniza) ou por aquecimento (reduz a pressão parcial dos gases dissolvidos para eliminação).

35. Legislação Portaria DNSHT-20 (1970) – Departamento Nacional de Segurança e Higiene do Trabalho. NR-13

36. NR-13 • Caldeiras a Vapor • Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia. • Pressão Máxima de Trabalho Permitida - PMTP ou Pressão Máxima de Trabalho Admissível - PMTA é o maior valor de pressão compatível com o código de projeto, a resistência dos materiais utilizados, as dimensões do equipamento e seus parâmetros operacionais. • Constitui risco grave e iminente a falta de qualquer um dos seguintes itens: • Válvula de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior a PMTA; • Instrumento que indique a pressão do vapor acumulado;   • Sistema de indicação para controle do nível de água ou outro sistema que evite o superaquecimento por alimentação deficiente.

37. Deve ter afixada em seu corpo : • Placa de identificação com informações fabricante; número de ordem dado pelo fabricante da caldeira; ano de fabricação; PMAT; pressão de teste hidrostático; capacidade de produção de vapor; área de superfície de aquecimento; código de projeto e ano de edição. • Número de identificação. • Possuir, no estabelecimento onde estive instalada, a seguinte documentação: • a) "Prontuário da Caldeira", contendo: código de projeto e ano de edição; especificação dos materiais; procedimentos utilizados na fabricação, montagem, inspeção final e determinação da PMTA; conjunto de desenhos ; características funcionais; dados dos dispositivos de segurança; ano de fabricação; categoria da caldeira; • b) "Registro de Segurança", todas as ocorrências importantes capazes de influir nas condições de segurança da caldeira e as ocorrências de inspeções de segurança periódicas e extraordinárias • c) "Projeto de Instalação", "Projetos de Alteração ou Reparo", "Relatórios de Inspeção 

38. As caldeiras são classificadas em 3 (três) categorias • Caldeiras da categoria A são aquelas cuja pressão de operação é igual ou superior a 1960 KPa (19.98 Kgf/cm2); • Caldeiras da categoria C são aquelas cuja pressão de operação é igual ou inferior a 588 KPa (5.99 Kgf/cm2) e o volume interno é igual ou inferior a 100 (cem) litros; • Caldeiras da categoria B são todas as caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.

39. Instalação de caldeiras a vapor. As caldeiras de qualquer estabelecimento devem ser instaladas em "Casa de Caldeiras" ou em local específico para tal fim, denominado "Área de Caldeiras". Requisitos Caldeira instalada em ambiente aberto: a) estar afastada de, no mínimo, 3,00m de outras instalações; de depósitos de combustíveis, excetuando-se reservatórios para partida com até 2000 (dois mil) litros de capacidade; do limite de propriedade de terceiros; do limite com as vias públicas; b) dispor de pelo menos 2 (duas) saídas amplas, permanentemente desobstruídas e dispostas em direções distintas; c) dispor de acesso fácil e seguro, necessário à operação e à manutenção da caldeira, d) ter sistema de captação e lançamento dos gases e material particulado, provenientes da combustão, para fora da área de operação atendendo às normas ambientais vigentes;

40. e) dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes; f) ter sistema de iluminação de emergência caso operar à noite. Quando a caldeira estiver instalada em ambiente confinado, g) Constituir prédio separado, construído de material resistente ao fogo, podendo ter apenas uma parede adjacente h) dispor de ventilação permanente com entradas de ar que não possam ser bloqueadas; i) dispor de sensor para detecção de vazamento de gás quando se tratar de caldeira a combustível gasoso. j) não ser utilizada para qualquer outra finalidade;

41. Segurança na operação de caldeiras. Toda caldeira deve possuir "Manual de Operação" atualizado, em língua portuguesa, em local de fácil acesso aos operadores, contendo no mínimo: a) procedimentos de partidas e paradas; b) procedimentos e parâmetros operacionais de rotina; c) procedimentos para situações de emergência; d) procedimentos gerais de segurança, saúde e de preservação do meio ambiente. Os instrumentos e controles de caldeiras devem ser mantidos calibrados e em boas condições operacionais,. A qualidade da água deve ser controlada e tratamentos devem ser implementados, quando necessários para compatibilizar suas propriedades físico-químicas com os parâmetros de operação da caldeira. Toda caldeira a vapor deve estar obrigatoriamente sob operação e controle de operador de caldeira.

42. Segurança na manutenção de caldeiras. • Todos os reparos ou alterações em caldeiras devem respeitar o respectivo código do projeto de construção e as prescrições do fabricante. • Todas as intervenções que exijam mandrilamento ou soldagem em partes que operem sob pressão devem ser seguidas de teste hidrostático,. • Os sistemas de controle e segurança da caldeira devem ser submetidos à manutenção preventiva ou preditiva.

43. Inspeção de segurança de caldeiras. As caldeiras devem ser submetidas a inspeções de segurança inicial, periódica e extraordinária (prazos pré definidos). A inspeção de segurança inicial deve ser feita em caldeiras novas, antes da entrada em funcionamento, no local de operação, devendo compreender exames interno e externo, teste hidrostático e de acumulação. A inspeção de segurança periódica, constituída por exames interno e externo, deve ser executada nos seguintes prazos máximos: a) 12 (doze) meses para caldeiras das categorias A, B e C; b) 12 (doze) meses para caldeiras de recuperação de álcalis de qualquer categoria; c) 24 (vinte e quatro) meses para caldeiras da categoria A, desde que aos 12 (doze) meses sejam testadas as pressões de abertura das válvulas de segurança; As válvulas de segurança instaladas em caldeiras devem ser inspecionadas periodicamente. Uma cópia do "Relatório de Inspeção" deve ser encaminhada pelo "Profissional Habilitado", num prazo máximo de 30 (trinta) dias, a contar do término da inspeção, à representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento.