Apresentação Vaso de Pressão - Tópicos ASME Rev1

8/10/2019 Apresentao Vaso de Presso - Tpicos ASME Rev1

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Projeto de Vasos de PressoApresentao de Tpicos Bsicos

ASME Seo VIII Diviso 1

FalcoConsultoria e Projetos

Carlo s Falco 2011

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Vasos de Presso So equipamentos usados para armazenamento,acumulao, reao e processos qumicos e fsicossob presso, para gases e lquidos; So utilizados principalmente nas refinarias eplataformas de petrleo, indstrias qumicas,

petroqumicas, farmacuticas, alimentcias,siderrgicas, de minerao e centraistermoeltricas e nucleares; No so equipamentos de prateleira. Cada vaso

tem sua funo, geometria, dimenses, materiaise condies de projeto e operao especficas,sendo projetado e fabricado sob encomenda( taylor equipment ).

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Vasos de Presso Os principais equipamentos so:

Esferas e cilindros para armazenamento degases;Torres de destilao, absoro e separao;Vasos (separadores, acumuladores, de

lavagem, desalgadores, etc.);Reatores;Filtros;Trocadores de calor (aquecedores,

resfriadores, refervedores, condensadores,evaporadores, etc.).

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5Reator

Vaso de presso


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Vaso de alumnio Reator de liga nquel-cobre


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7Feixes tubulares de trocadores casco e tubos

Trocador de calor casco e tubos tipo AES


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8Torres de processo


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Esfera de GLP Vaso de usina nuclear


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Vasos de PressoPrincipais Falhas

Deformao elstica excessiva, incluindoinstabilidade;Deformao plstica excessiva;

Fratura frgil;Tenses de ruptura e deformaes de fluncia aalta temperatura;Instabilidade plstica - colapso incremental;

Altas deformaes - fadiga de baixo ciclo ;Corroso sob tenso;Corroso - Fadiga.

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11Falha durante teste hidrosttico


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12Falha durante teste hidrosttico - Detalhe do slide anterior


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13Falha durante teste hidrosttico. Causa: material do flange de chapa


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14Falha durante teste hidrosttico. Detalhe do slide anterior


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15Falha durante teste hidrosttico. Causa provvel: material


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16Fratura frgil durante teste hidrosttico


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17Colapso da estrutura de sustentao durante teste hidrosttico


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Vasos de PressoDefinio das Condies de Projeto

Dimenses e forma geomtrica;Presses mximas e mnimas;Temperaturas mximas e mnimas;

Cargas externas (vento, tubulaes, isolamentotrmico, revestimento, plataformas, acessrios,etc.);Cargas cclicas;

Corroso;Material;Servio especial (H2, H2S, custico, letal, etc.).

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Formas de Vasos de PressoCascos:

Cilndricos;

Esfricos;Redues cnicas e toricnicas.Tampos:

Hemisfricos;Elpticos;Torisfricos:

6%: r = 0,06D; L = D;10%: r = 0,1D; L = D;Perfil Flogges (falsa -elipse): r = 0,17D; L = 0,9D (podeser calculado como elptico);

Cnicos;Toricnicos: mandatrio para a > 30;Abaulado e flangeado (tampos de cabeotesflutuantes de trocadres de calor);Planos: Soldados ou Flangeados.

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Calandragem de casco cilndrico

Prensagem de setor esfrico Forjamento de casco cilndrico


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Prensagem a quente de tamposemi-elptico

Rebordeamento de tampo torisfrico


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Cilindro calandrado a quente Tampo conformado a quente

Soldas longitudinal e circunferencial de casco cilndrico


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Vasos de Presso

Cdigos de Projeto

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Cdigos de Vasos de PressoEstabelecem procedimentos e critriospara:Projeto;Detalhes construtivos relevantes (por

exemplo: soldas, bocais, tampos);Materiais;Fabricao;Exames;Inspeo;Testes.

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PRINCIPAIS CDIGOS DE VASOS DE PRESSO

ASMEBoiler & Pressure Vessel Code (americana);

EN-13445 Unfired pressure vessel - (europia, emitidaem 2002);

PD-5500 /BS-5500 Specifications for unfired fusion

welded pressure vessels - (inglesa);AD-Merkbltter - (alem);

CODAP Code de construction des Appareils a Pressionnon soumis a laction de la flame (francesa).

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Equipamentos ExistentesAvaliao e Adequao

API-579 Fitness for Service

Estabelece procedimentos de avaliao eadequao para:Fratura frgil;Perda de espessura generalizada;

Perda de espessura localizada;Corroso por pontos (pitting);Empolamento (blister) e dupla laminao;Desvios de forma (desalinhamento de soldas edistores nos cascos);

Trincas;Operao a alta temperatura e em regime defluncia (creep);Danos causados por fogo.

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Vasos de Presso Equipamentos comCdigos e Normas Complementares

Trocadores de Calor casco e tubosTEMA- Standards of The Tubular ExchnangerManufactures Association);API-660 Shell-and-tube Heat Exchangers.

Resfriadores a ArAPI-661 Air-Cooled Heat Exchangers for GeneralRefinery Service.

Trocadores de PlacasAPI-662 Plate Heat Exchanges for General RefineryServices

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Vasos de PressoNormas PETROBRAS Complementares

N-253 Projeto de Vasos de Presso;N-268 Fabricao de vasos de Presso;

N-269 Montagem de Vaso de Presso;N-466 Projeto de Trocadores de CalorCasco e Tubos;N-1858 Projeto e Fabricao deResfriadores a Ar.

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Vasos de Presso

Tenses Atuantes

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Vasos de Presso - Tenses atuantes

As tenses atuam nas direescircunferencial (tangencial/latitudinal) - ( s 1),longitudinal (meridional) - ( s 2) e radial ( s 3);Nos vasos de presso: s

1> s

2> s

3 ;

Para cascas finas (R/t 10), considera -se oestado bi-axial, com tenses circunferencial elongitudinal, pois a tenso radial

desprezvel;Para um cilindro de casca fina: s 1= s ; s 2= s /2e s 3 =-P ).

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37Tenses em tampo elptico


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38Distribuio de tenses em tampo torisfrico


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Teoria das Falhas (estado plano de tenses)

Teoria da mxima tenso normal (Critrio deRankine)Estabelece que a falha ocorre quando a mxima tensonormal atuante atinge a tenso de escoamento domaterial:

s 1 = s y ;

o critrio adotado pelo ASME Seo VIIIDiviso 1.

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Teoria da mxima tenso de cisalhamento(Critrio de Tresca)Estabelece que a falha ocorre quando a mxima tensode cisalhamento atuante atinge a metade da tenso deescoamento do material, quando submetido traosimples:

t max = s y /2; t max = ( s 1-s 2 ) /2; ( s 1 - s 2 ) = s y .

o critrio adotado pelo BS-5500, pelo ASME SeoVIII Diviso 2 (edies anteriores a 2007) e umadas alternativas da EN-13445.

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Teoria da energia de distoro (Critrio de VonMises)Estabelece que a falha ocorre quando a energia dedistoro igual energia de distoro do materialquando atinge o escoamento em um ensaio de trao

simples:

s 1 2 - s 1s 2 + s 22 = s y 2

o critrio adotado pelo ASME Seo VIII Diviso 2(a partir de 2007) e uma das alternativas da EN-13445.

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Comparao entre as trs teorias de falhas


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Teoria das Falhas Os critrios de Von Mises e de Tresca so mais

adequados para os materiais dteis (caso dosaos), enquanto que o critrio de Rankine maisadequado para materiais frgeis;

O critrio de Von Mises o menos conservativo;

Quando o ASME editou a Seo VIII Diviso 2,em 1968, escolheu o critrio de Tresca porque ligeiramente mais conservativo, mais fcil de seraplicado e apresenta vantagens em algumasaplicaes de anlise de fadiga

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Tipos e Categorias das Tenses Atuantes

Tipos de tenso:Membrana : componente da tenso normal que uniformementedistribuda, com um valor mdio, atravs da espessura de parede;Flexo : componente da tenso normal que proporcional distncia do centro da espessura de parede;Cisalhamento : so tenses atuantes no plano da parede.

So classificadas em categorias:Primrias : so tenses produzidas por carregamentos mecnicosestveis e no so auto-limitantes (no so aliviadas peladeformao estrutural). Podem ser:

Gerais ;Locais.

Secundrias : so tenses auto-limitantes pelas deformaes.Pico: so tenses que no causam distores previsveis eprovocam apenas fadiga e fratura frgil, atuando junto com astenses primrias e secundrias.

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Vasos de PressoExemplos de Categorias de Tenses

Primria geral de membrana (P m): devidas presso,peso prprio, vento;Primria geral de flexo (P b): devidas presso emtampos planos;Primria local de membrana (P L): atuam nas

proximidades de bocais e suportes, devidas cargas(foras e momentos) e presso;Secundria de membrana ou flexo (Q): de flexoatuando em descontinuidades (mudana de espessura ougeometria), de flexo atuando nas proximidades de bocaise suportes devidas cargas (foras e momentos) e deflexo e membrana devidas expanso trmica;Pico (F): localizadas em regies com concentrao detenses e descontinuidades estruturais.

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Vasos de PressoCombinao de Tenses

Para cdigos com dimensionamento por anlise(DBA): ASME Seo VIII, Divises 2 e 3, PD 5500 (BS5500) e EN 13445

Pm < 1,0SPL < 1,5S

Pm + PL < 1,5SPm + PL + Pb < 1,5SPm + PL + Pb + Q < maior [3S ou 2S y]Pm + PL + Pb + Q + F < S a

S a tenso admissvel, S y o limite de escoamento e S a atenso alternada obtida da curva de fadiga para um determinadonmero de ciclos.O ASME Seo VIII Diviso 1 no adota este critrio

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Vasos de Presso

ASME SEO VIII DIVISO 1Tpicos Principais de Projeto

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48 Acidente devido exploso de caldeira Massachusetts, 1905


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ASME Boiler & Pressure Vessel Code

1 Edio: 1925 Rules for Construction of PressureVessels, Section VIII, 1925 Edition;Atualmente editado a cada trs anos, com adendasintermedirias (anuais);Edio atual: 2010, emisso original de 01 de julhode 2010, obrigatria a partir de 01 de janeiro de

2008 at dezembro de 2010;Adenda 2011: emitida em 01 de julho de 2011, vlidaa partir de 01 de janeiro de 2012 at dezembro de2012 ;Prxima edio: 2013, a ser emitida em 01 de julho

de 2013, ser obrigatria a partir de 01 de janeiro de2014.

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ASME Boiler & Pressure Vessel CodeAnualmente, junto com a emisso da nova edioou adenda, o cdigo publica as seguintescomplementaes:Interpretaes:

Respostas a questionamentos relativos a itensespecficos. As respostas geralmente so: simou no;

Casos (Code Cases):Respostas com consideraes aceitas paraacrscimos ou revises, que possibilitamesclarecimentos e alternativas ou aindaincorporaes de tpicos no abordados pelasregras do cdigo.

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ASME Boiler & Pressure Vessel CodeExemplo de Interpretao

Interpretation VIII-1-86-174Concorda com a alternativa para calculartampo torisfrico 2:1, com r= 0,17D e L =0,9D (Perfil Flogges - falsa -elipse),adotando a frmula de tampo elptico 2:1

Atualmente incorporado no texto de UG-32(d) Clculo de tampos elpticos parapresso interna.

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ASME Boiler & Pressure Vessel CodeExemplos de Casos

Case 2290 Alternativa para adotar coeficientede segurana 3,5 para tenses admissveis: atualtabela 1A da Seo II Parte D;

Case 2398 Mtodo alternativo para reforosde bocais de grande dimetro em cilindros: atualpargrafo 1-10;

Case 2235-9 Uso de exame ultra-som em vezde radiografia.

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ASME Boiler & Pressure Vessel CodePrincipais sees relacionadas a vasos de presso

Seo I CaldeirasSeo II Materiais

Parte A Ferrosos;Parte B No Ferrosos;Parte C Eletrodos;Parte D Propriedades.

Seo III Componentes NuclearesSeo V Exames No DestrutivosSeo VIII Vasos de Presso

Diviso 1 Regras Bsicas;Diviso 2 Regras Alternativas;Diviso 3 Regras Alternativas para Vasos de AltaPresso;Seo IX Qualificao de Procedimentos de Soldagem

Seo X Vasos de Plstico Reforado com Fibra de Vidro

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ASME S VIII Di i 1


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ASME Seo VIII Diviso 1Escopo de Aplicao

Vasos no sujeitos chama;

Vasos com dimetros acima de 152 mm (6);Vasos com presso at 20 MPa ou presso negativa;Para presses entre zero e 0,1 MPa o cdigo no aplicvel. Alternativamente adota-se o API-620-

Design and Construction of Large, Welded, Low -Pressure Storage Tank;Excluses para :

Vasos com gua pressurizada at 2 MPa e temperaturaat 99C;

Vasos para gua quente com capacidade at 0,450 m3

,temperatura at 99C e carga trmica de 58,6 kW;Tubulaes e componentes de tubulaes;Vasos para ocupao humana.

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Critrio de projeto:Projeto por regras (DBR);Emprega a teoria de resistncia da mxima tensoprincipal (Critrio de Rankine).

Limitaes:No adota projeto por anlise (DBA) e classificao detenses;No emprega teorias de resistncia mais precisas(Tresca e Von Mises);No adota procedimentos para projeto de suportes etenses localizadas (recomenda a utilizao dos BoletinsWRC 107, WRC 198 e WRC 297 e o cdigo ingls BS-5500);No tem procedimentos para anlise de tenses emvasos horizontais;No analisa fadiga.

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ASME Seo VIII Diviso 1Rules for Construction of Pressure Vessels

Subseo A Requisitos GeraisParte UG Requisitos para todos os mtodos de fabricao: materiais,projeto, bocais e reforos, fabricao, inspeo e testes, dispositivosde alvio.

Subseo B - Requisitos para mtodos de fabricao especficosParte UW Vasos soldados;Parte UF Vasos forjados;Parte UB Vasos fabricados por brasagem.

Subseo C Requisitos para classes de materiais especficasParte UCS Ao Carbono;Parte UNF Materiais no ferrosos;Parte UHA Aos de alta liga;Parte UCI Ferros fundidos;Parte UCL Clad;Parte UCD Ferro fundido dtil;Parte UHT Aos ferrticos com propriedades melhoradas portratamento trmico;Parte ULW Vasos multicamadasParte ULT Materiais com altas tenses admissveis para baixatemperatura;

Parte UHX (a partir de 2003) Trocadores de Calor Casco e Tubos.

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ASME Seo VIII Diviso 1Apndices mandatrios (total:34) - principais

apndices:Apndice 1-Frmulas complementares;Apndice 2-Conexes flanges com parafusos;Apndice 3 - Definies

Apndice 5-Juntas de expanso tipo flangeadae flued ;Apndices 4, 6, 7, 8, 12-Exames nodestrutivos (radiografia, partculas magnticas,lquido penetrante, ultra-som);Apndice 9-Vasos com camisas;Apndice 13 -Vasos de seo no circular;

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ASME Seo VIII Diviso 1Apndices mandatrios (total:34)- principais

apndices (continuao):Apndice 13 -Vasos de seo no circular;Apndice 17- Placas de trocadores de calor;Apndice 22- Vasos forjados;

Apndice 16 Questes tcnicas submetidasao BPVP;Apndice 17- Placas de trocadores de calor;Apndice 24- Conexes fixadas com grampos

clamp ;Apndice 26 Juntas de expanso de vasos depresso e trocadores de calor.

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ASME Seo VIII Diviso 1Apndices no mandatrios (total:22)

apndices mais usuais:Apndice A- Critrios para determinao decargas admissveis em ligao tubo-espelho;

Apndice G- Recomendaes sugeridas parareaes de tubulaes e suportes;Apndice L- Exemplos de aplicao dasfrmulas e procedimentos do cdigo;Apndice P- Bases para estabelecimento dastenses admissveis;

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ASME Seo VIII Diviso 1Apndices no mandatrios (total:22)

apndices mais usuais (continuao):Apndice S- Consideraes no projeto de conexes

com flanges parafusados;Apndice Y- Flanges de face plana com

contato metal - metal externo ao crculo deparafusos;

Apndice EE- Vasos com camisas tipo meia-cana.

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61Esta figura no est atualizada com a Edio de 2010 do Cdigo


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Cargas de ProjetoASME Seo VIII Diviso 1 (UG-22)

Presso interna (inclui presso hidrosttica) epresso externa;Cargas de peso prprio e do lquido contido;Cargas de acessrios e equipamentos(isolamento trmico, revestimentos, internos,plataformas, agitadores, etc.);Cargas dos suportes;Cargas externas;Cargas de vento;Cargas de tubulaes;Cargas de impacto;Cargas de gradientes trmicos;Cargas cclicas.

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Vasos de Presso


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Vasos de PressoCombinao de Tenses

Critrio do ASME Seo VIII Diviso 1 (UG-23)dimensionamento por regras (DBR):Pm < S, quando a carga apenas depresso;

Pm < 1,2S, presso com cargas devidas vento, cargas de terremoto e cargas de peso

prprio e de acessrios;Pm + Pb < 1,5S, quando existem tensesprimrias de flexo;Para demais combinaes de tenses, em que ocdigo omisso, adota-se usualmente oseguinte critrio:

Pm + PL + Pb + Q < 2S < SyS a tenso admissvel tabelada e Sy o limite deescoamento .

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Vasos de PressoTenses Admissveis de Trao

ASME Seo VIII Diviso 1 (UG-23)Seo II Parte D Sub-parte 1Para temperaturas abaixo da faixa de fluncia a tenso

admissvel de trao (S) o menor dos valores:1/3,5 da mnima resistncia trao na temperatura ambiente;1/3,5 da mnima resistncia trao na temperatura de projeto;2/3 da mnima resistncia ao escoamento na temperatura

ambiente;2/3 da mnima resistncia ao escoamento na temperatura deprojeto.Para temperaturas na faixa de fluncia a tenso admissvelde trao (S) o menor dos valores:100% da tenso mdia para uma razo de fluncia de 0,01% /1000 horas;67% da tenso mdia de ruptura ao fim de 1000000 horas;80% da tenso mnima de ruptura a 1000000 horas.As tenses so obtidas de tabelas da Seo II Parte D, em funodo material e temperatura.

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Vasos de PressoTenses Admissveis de Compresso

ASME Seo VIII Diviso 1 (UG-23)Seo II Parte D Sub-parte 3

As tenses (Fator B) so obtidas de curvas (ver

slide 70), em funo da geometria e do FatorA=0,125/(R o /t), do material, do mdulo deelasticidade e da temperatura.

Caso o Fator A se situe esquerda da curva atenso admissvel Fator B=AE/2.

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Vasos de PressoCategorias e Tipos de Soldas (UW-3)

As soldas de um vaso so definidas em 4 categorias, dependendosua posio no vaso: soldas longitudinais (A), soldascircunferenciais (B), soldas de flanges (C) e soldas de bocais comcascos (D);

As soldas tambm so divididas em 8 tipos: por exemplo solda detopo executada pelos dois lados (Tipo 1), solda de topo simplescom mata-junta (tipo 2);

As soldas categoria A devem ser tipo 1; As soldas categoria B devem ser tipo 1 ou tipo 2.

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V d P


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Vasos de PressoExame Radiogrfico (UW-11)

As soldas podem ter exames radiogrficos (total ou parcial)ou no, dependendo do tipo e do servio do vaso;

As soldas de topo com espessuras maiores que 38 mmdevem ser totalmente radiografadas. Para alguns materiaisesta exigncia vlida para espessuras menores (aocarbono 32 mm);

Vasos que contenham substncias letais devem ter assoldas do casco e tampos totalmente radiografadas, paraqualquer espessura;

Vasos que tenham servio com hidrognio ou com H 2S,devem ter radiografia total, exigida pelas normas paraestes tipos de servio (PETROBRAS, NACE, API, etc.);

O ASME permite que o exame radiogrfico seja substitudopor ultra-som desde que atendido o Case 2235.

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Vasos de PressoEficincia de Junta (UW-12)

A eficincia de junta um fator de reduo da tensoadmissvel do material que soldado (metal base) emfuno do tipo de solda e do nvel de exame realizado;

O dimensionamento da espessura requerida dos vasos de

presso depende da eficincia de solda (E); Quando submetidas a esforos de compresso, como pesoprprio para um vaso vertical, as soldas tem eficinciaE=1,0, independentemente do nvel de exame;

Tampos com dimetros at 1800 mm, normalmente so

feitos em uma nica pea, sem solda, sendo neste caso, aeficincia igual a 1,0.

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76Fabricao de vaso horizontal


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77Fabricao da bota do vaso horizontal do slide anterior


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78Fabricao de torre de processo


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79Instalao de bocal em tampo torisfrico 2:1


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80Fabricao de torre de processo


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81Fabricao de suporte (saia) de torre de processo


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82Fabricao do anel de base de torre de processo


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83Fabricao de vaso horizontal


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84Fabricao reatores



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ASME Seo VIII Diviso 1Dimensionamento de Componentes

As espessuras determinadas pelas frmulasso corrodas;Espessuras mnimas (UG-16);Clculo de espessuras de cascos:

Presso interna (UG-27, 1-1, 1-2 e 1-3);Presso externa (UG-28);Anis enrijecedores para presso externa emcilindros (UG-29 e UG-30).

Clculo de espessuras de tampos e seescnicas:Presso interna (UG-32, 1-4 e 1-5);

Presso externa (UG-33 e 1-5).85



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ASME Seo VIII Diviso 1Dimensionamento de Componentes

Clculo de espessuras de tampos planos:Presso interna e externa (UG-34 e Apndice14).

Tampos abaulados e flangeados comparafusos (cabeotes flutuantes de trocadores

de calor):Presso interna e externa (1-6);Sugere uso de procedimentos alternativos.

Reforo de juno cone-cilindro:

Presso interna (1-5);Presso externa (1-8).

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Procedimento para presso externa


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p p Para uma dada espessura e geometria do componente,determina-se a presso externa admissvel (P a) e compara-se com a de projeto. Cada tipo de componente tem umprocedimento especfico. Por exemplo: Para cascos cilndricos, em funo do mximocomprimento no suportado (L), do dimetro externo (D o),da espessura (t) e do mdulo de elasticidade (E):

Determina-se D o /t e L/D o, obtendo-se o fator A (curva slide91) e o valor do fator B de curvas (slide 92). A pressoadmissvel : P a=4B/3(D o /t) ou P=2AE/3(D o /t);

Para cascos esfricos, em funo do raio externo (R o), daespessura (t) e do mdulo de elasticidade (E):

Determina-se o fator A = 0,125/(R o /t) e o valor do fator Bdas curvas. A presso admissvel : P a=4B/3(Do/t) ouPa=0,625E/ (R o /t) 2;

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ASME Seo VIII Diviso 1Dimensionamento de Aberturas e Reforos

Dimenses e formas (UG-36);Reforo para aberturas em cascos e tamposconformados reposio da rea retirada para aabertura (UG-37);

Aberturas tipo flued em tampos conformados(UG-38);Reforo para aberturas em tampos planos (UG-39);Limites do reforo (UG-40);Resistncia do reforo e das soldas(UG-41);Reforo para aberturas mltiplas (UG-42);

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ASME Seo VIII Diviso 1Dimensionamento de Aberturas e Reforos

Espessura mnima para pescoo (UG-45);Aberturas de grandes dimetros em cascoscilndricos (1-7 e 1-10) e cnicos (1-7);

Tubos padronizados ASME B36.10 (tubos deao carbono) e ASME B36.19 (aos inoxidveis).

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ASME Seo VIII Diviso 1Dimensionamento de flanges parafusados

com juntas de vedao tipo anelApndices 2 e S

Definem frmulas e critrios de tensesadmissveis para clculo de vrios tipos de flanges,coeficientes para vrios tipos de junta e faces deassentamento; So calculados para duas condies:

Assentamento da junta, com temperatura ambiente esem presso;

Operao, com temperatura e presso de projeto. A rigidez dos flanges avaliada no apndice S.

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Flanges padronizados (UG-44)

No precisam ser calculados. Pode-se adotar o rating de presso em funo da classe depresso do flange, do material e da temperatura,

conforme uma das seguintes normas:Dimetros at 24 ASME B16.5;Dimetros de 26 at 60 ASME B16.47.

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ASME Seo VIII Diviso 1Di i d T Ab l d


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Dimensionamento de Tampos Abaulados eFlangeados (1-6)

So tampos feitos com dois componentes: umacalota esfrica e um flange; Uma aplicao freqente para tampos decabeotes flutuantes de trocadores de calor;

So calculados com frmulas distintas: para oflange e para a calota; O ASME admite que o seu procedimento aproximado e sugere que outros procedimentospodem ser adotados; Procedimento de Soerenhs considera o conjuntoflange-calota como uma estrutura integral.

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ASME Seo VIII Diviso 1 d b lh d l ( )


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Presso Mxima de Trabalho Admissvel (PMTA)Maximum Allowable Working Pressure (MAWP)- UG-98

a presso (interna ou externa) que causa, na parte mais fracado vaso, uma tenso igual a tenso admissvel para umadeterminada temperatura, na condio do equipamento corrodoe na posio de operao.

calculada para cada componente, considerando-se acorrespondente coluna de lquido de operao:

Cascos, tampos, flanges e espelhos de trocadores de calor, emfuno das espessuras adotadas;Bocais, em funo da espessura adotada e da rea de reforo;Flanges padronizados, em funo do rating de presso.

A PMTA (MAWP ) final a menor das presses calculadas para

todos os componentes.A PMTA (MAWP ) pode ser considerada como sendo a presso deprojeto, quando no for calculada.

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ASME Seo VIII Diviso 1Teste Hidrosttico UG-99


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Teste Hidrosttico UG 99

Verifica a estanqueidade das soldas e bocais.Submete o equipamento a um nvel de tenses superior ao queocorrer em condies normais de operao, promovendo alviode tenses nas regies de descontinuidades geomtricas .

O componente mais fraco do vaso deve ficar com um nvel detenses dentro de um limite de segurana que no cause danos(a tenso atuante em qualquer parte do vaso durante o testehidrosttico no pode ultrapassar um valor prximo aoescoamento ~ 0,8 a 0,9 Sy).

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Teste Hidrosttico UG-99

UG-99 (b): vaso corrodo e quente : teste no qual o vaso est submetido auma presso aplicada no topo, que a PMTA ( MAWP ) estabelecida para o

vaso, multiplicada por 1,3 e corrigida em funo da razo entre atemperatura do teste e a temperatura da PMTA:

Pteste = 1,3*PMTA * (Steste/S)

UG-99 (c): teste com presso calculada (normalmente calculada para o vasocom espessura nominal no corroda e frio - MAP ): teste que considera a

menor presso entre as presses mximas de todos os componentes,aplicada no topo, multiplicada por 1,3 e descontada a respectiva coluna

hidrosttica:Pteste = 1,3*MAP coluna hidrosttica

Temperatura mnima recomendada para o teste -UG-99(h):MDMT +17C 48C.


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115Teste hidrosttico de vaso de presso


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116Despressurizao de vaso de presso aps o teste hidrosttico



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Teste Pneumtico UG-100

Vaso corrodo e quente : teste no qual o vasoest submetido a uma presso que a PMTA(MAWP ), estabelecida para o vaso, multiplicadapor 1,1 e corrigida em funo da razo entre atemperatura do teste e a temperatura da PMTA(MAWP ):

Pteste = 1,1*PMTA (MAWP )* (S teste /S)

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ASME Seo VIII Diviso 1Tratamento Trmico de Alvio de Tenses


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Tratamento Trmico de Alvio de TensesPostweld Heat Treatment (PWHT)

Vasos de Ao Carbono e Baixa Liga (UCS-56) Os vasos devem ser submetidos a tratamento trmico,com temperaturas e tempo de patamar determinados paracada tipo de material (P-number classifica os materiais coma mesma a soldabilidade), dependendo da espessura. Nocaso de aos P-No 1 Gr 1 (Por ex.: SA-516/515- 60):

para soldas acima de 38 mm;para soldas acima de 32 mm at 38 mm, a menos que um

preaquecimento de 95 C seja aplicado durante a soldagem . Vasos que contenham substncias letais devem ter

tratamento trmico independentemente da espessura; Vasos que tenham servio com hidrognio ou servio com

H2S, devem ter tratamento trmico exigido pelas normaspara estes tipos de servio (PETROBRAS, NACE, API, etc.).

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ASME Seo VIII Diviso 1Tratamento Trmico de Cascos e Tampos Conformados


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Tratamento Trmico de Cascos e Tampos Conformados Frio de Aos Carbono e Baixa Liga (UCS-79)

O tratamento trmico obrigatrio quando oalongamento das fibras extremas for superior a 5%, seexistir uma das seguintes condies:

O vaso contm substncia letal; O material requer teste de impacto;

A espessura nominal antes da conformao for superiora 16 mm; A reduo de espessura for superior a 10% em qualquerregio com alongamento superior a 5%; A temperatura de conformao entre 120C e 480C;

Para materiais P No 1 Grupos 1 e 2 o alongamento admitido at 40%, atendendo s mesmas exignciasacima.

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ASME Seo VIII Diviso 1Operao com Baixa temperatura (UCS-65)


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Operao com Baixa temperatura (UCS 65)Temperatura Mnima de Projeto (UCS-66 )

Minimum Design Metal Temperature (MDMT)Define a temperatura mnima de operao do equipamentosem que haja fratura frgil. determinada para cadacomponente do vaso e a MDMT final a mais quente dasMDMTs de cada componente;A temperatura mnima que dispensa o teste de impacto obtida de curvas, para cada tipo de material e com aespessura de referncia dos componentes envolvidos(chapas, bocais com reforo, flanges e espelhos);Em funo do nvel de solicitao do componente, podeser aplicada reduo (decrscimo) na temperatura obtida;Caso haja teste de impacto, a temperatura mnima atemperatura do teste, podendo tambm ser aplicada amesma reduo.

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Vasos de Presso

Tenses Localizadas

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Tenses em Vasos Horizontais


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So adotados vrios procedimentos de clculo, paradeterminao das tenses atuantes no casco e tampos,que so:

Tenses longitudinais de flexo (no meio do vo e noplano das selas);Tenses circunferenciais no plano das selas (no pontoinferior do casco, no topo das selas e prximo aoequador);Tenses tangenciais de cisalhamento (na vizinhana dasselas).Tenses adicionais nos tampos, quando atuam comoenrijecedores do casco.

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133Vaso de presso horizontal


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134Vasos horizontais

Tenses em Vasos HorizontaisPrincipais procedimentos de clculo


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Principais procedimentos de clculo Stress in Large Cylindrical Pressure Vessels on Two Sadle

Supports - L.P.Zick (1951). o mtodo pioneiro e o maistradicional. recomendado pelo ASME Seo VIII Diviso 1(Apndice G).Todos os programas de clculo de vasos depresso o adotam; ASME Seo VIII Diviso 2, Parte 4 item 4.15.3: SaddleSupports for Horizontal Vessels. Includo na edio 2007; PD-5500, Apndice G item G3.3: Supports and mountings forhorizontal vessels; EN-13445, item 16.8: Horizontal vessels on sadlle supports.Este mtodo interessante pois tambm considera vasosapoiados em duas selas no simtricamente posicionadas eapoiados em mais de duas selas equidistantes; TEMA, item RGP-G-7.11: Horizontal vessels supports.

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ASME Seo VIII Diviso 1Tenses Localizadas Devidas Cargas


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Tenses Localizadas Devidas CargasExternas em Bocais, Suportes e Clips

Procedimentos recomendados pelo Apndice Gdo ASME:WRC Bulletin 107 Tenses em cascos esfricos e

cilndricos (1965) bocais, suportes e clips;Todos os programas adotam este procedimento.WRC Bulletin 297 (suplemento ao Bulletin 107) Tenses em cascos cilndricos (1987) s cargas embocais;PD-5500 Apndice G - Tenses em cascos esfricos ecilndricos bocais, suportes e clips.

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Tenses Localizadas Devidas CargasExternas


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Os carregamentos so: Fora radial (P), Fora longitudidal

(VL), Fora circunferencial (VC), Momento de toro (M T),Momento longitudinal (ML) e Momento circunferencial (MC); Os carregamentos P, M Le MC induzem, localizadamente,foras unitrias de membrana (N) e Momentos unitrios deflexo (M), que atuam nas direes longitudinal e

circunferencial; Os carregamentos unitrios resultam em tenses:de membrana: s =N/t; de flexo: s = 6M/t 2Os carregamentos V C, VLe MT resultam em tenses de

cisalhamento:

t =MT /2 p 2rt e t =(V C+VL)/2 prt

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Tenses Localizadas Devidas CargasExternas


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Externas

As tenses localizadas so calculadas nossentidos longitudinal (x) e circunferencial (), em4 pontos (A, B, C e D) considerando as facesexterna ( U) e interna ( L);

Devem ser combinadas com as tenseslongitudinal e circunferencial devidas presso; As tenses de membrana devidas presso ecargas so primrias locais de membrana (P L) e as

de flexo e de cisalhamento so secundrias (Q).

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Tenses Localizadas Devidas a CargasExternas


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Externas

A intensidade total de tenses atuantes calculada conforme abaixo:

quando t 0, ser o maior valor absoluto entre:ST = 0,5 s X + s (s X - s )2 + 4 t 2 1/2 , ouST = (s X - s )2 + 4 t 2 1/2

quando t = 0, ser o maior valor absoluto:ST = mximo [ s X , s , ( s X - s ) ].

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140Cargas e geometria de bocais e suportes conforme WRC-107


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Elementos FinitosTenses localizadas em bocais de casco esfrico


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Tenses localizadas em bocais de casco esfrico(MPa)

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Elementos FinitosTenses localizadas em sapatas de casco cilndrico


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Tenses localizadas em sapatas de casco cilndrico(MPa)

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Elementos FinitosTenses localizadas em apoio de vaso horizontal


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Tenses localizadas em apoio de vaso horizontal(MPa)

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Vasos de Presso

Materiais

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Especificaes de MateriaisConforme ASME Seo II Parte A (ferrosos) e


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Parte B (no ferrosos)

As especificaes ASME (SA ou SB) so baseadasnas especificaes ASTM (American Society forTesting and Materials), podendo ser:

Idnticas- exemplos: SA-105, SA-240, SA-387, SA-515, SA-516 e SB-127;Com requisitos adicionais - exemplos : SA-106, SA-182, SA-193, SA-194, SA-234, SA-312, SA-333, SA-335, SA-350, SA-403, SA-790, SB-165, SB-209, SB-247, SB-265, SB-363, SB-366, SB-381, SB-443, SB-564 e SB-775.

146


147/166

147Especificaes de Materiais ASME x ASTM

Especificaes de MateriaisConforme ASME Seo II Parte A


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Conforme ASME Seo II Parte AAo carbono no acalmado (uso restrito):

SA-285 Gr C;Aos carbono acalmados (temperatura moderada: de 0Ca 450C):

SA-515 Gr 60/70, SA-106 B, SA-105, SA-234WPB;Aos carbono acalmados (baixa temperatura: de -45Cat 450C):SA-516 Gr 60/70, SA-106 Gr B (normalmente limitados

a -29C) ou SA-333 Gr 6, SA-105 ou SA-333 Gr LF2,SA-420-WLP 6.

Observao: dependendo da temperatura de aplicao osmateriais de aos acalmados devem ser normalizados e comteste de impacto.

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Aos liga 1 Cr Mo (alta temperatura at 530C)SA-387 Gr 11, SA -335 Gr P11, SA-182 Gr F11, SA-234-WP11;

Aos liga 2 Cr 1 Mo ( alta temperatura at 600C)SA-387 Gr 22, SA -335 Gr P22, SA-182 Gr F22, SA-234-

WP22;

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150/166

Aos inoxidveis austenticos mais comunsTemperaturas de -250C (criognica) at 800C, comfaixas especficas dependendo do tipo e grau do materialSA-240, SA-312, SA- 182 e SA-403

Carbono normal: 304 e 316 e 317 (com adio demolibidnio);

Baixo carbono (low -carbon): 304L, 316L e 317L (comadio de molibidnio);Carbono controlado: 304H e 316H;Estabilizados: com Titnio:321, 316Ti ; com Nibio: 347.

Para T > 540C adotar tipo H;Para 500C < T < 700C formao de fase sigma;Para 450C < T < 850C sensitizao, adotar tipos baixocarbono ou estabilizados (maior resistncia).

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Especificaes de MateriaisConforme ASME Seo II Partes A e B


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Aos inoxidveis especiais:Super austenticosLiga UNS S31254 AVESTA 254SMO: gua domar e cloretos - temperatura at 400C;SA-240, SA-312, SA- 182 e SA-403.Liga UNS N08904 SANDVIK 2RK65: cidossulfrico, fosfrico e actico temperatura at370C;SA-240-904L, SB-625, SA-312, SB-677, SB-366.

Liga UNS N08028 SANDVIK Sanicro 28: cidose H2S temperatura at 400C;SB-709 e SB-668.

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Especificaes de MateriaisConforme ASME Seo II Partes A e B


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Conforme ASME Seo II Partes A e B

Aos inoxidveis especiais:

Super Duplex (ferrtico-austentico) (liga maisusada: UNS S32750 SANDVIK SAF 2507)

cidos, cloretos e H 2S - temperatura at 250C;SA-240, SA-790, SA- 182 e SA-815

Para aos inoxidveis podem ser usadas chapas clad (SA -264: ao carbono + ao inox).

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Materiais Resistentes Corroso (CRA)ASME Seo II Parte B (no ferrosos)


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( )Materiais mais comuns:

Alumnio e ligas de alumnio (SB-209, SB-210 eSB-247);Titnio e ligas de tit nio (SB-265, SB-381 e SB-363);Nquel e ligas de nquel (Monel, Inconel, Incolloy,Hastelloy, etc.)

Para nquel e ligas de nquel podem ser usadaschapas clad (SA -265: ao carbono + nquel eligas de nquel).

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Soldagem de casco com chapa cladeada Chapa cladeada

Tampo com chapa cladeada

Materiais para Servios Especiaise Corroso sob Tenso


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e Corroso sob Tenso

Ataque por hidrognio (Servio com H 2)API-941 e Norma Petrobras N-1704

Ocorre em temperaturas acima de 220C;Materiais: Ao liga Cr-Mo e Ao carbono com exigncias

especiais.Corroso por H 2S (Servio com H 2S)NACE MR 0175 e Norma Petrobras N-1706

Corroso sob tenso por sulfetos (SSCC);Trincas induzidas pelo hidrognio (HIC);Materiais: Ao carbono com exigncias especiais.

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156/166

Fragilizao custica (Servio com soda

custica)NACE Corrosion data survey e Norma Petrobras N-1705)

Emprego de Ao carbono sem tratamento trmico, Aocarbono com tratamento trmico ou Monel, dependendoda concentrao de NaOH e da temperatura.

Corroso Naftnicacido naftntico o nome dado a cidos orgnicospresentes nos leos crs

Emprego de Ao inox austentico 316L e 317L (commolibidnio).

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157/166

157

Servio com Cl -Ao inox super austentico (liga UNS S 31254);Servio com Cl - e CO2

Ao Super Duplex (liga UNS 32750/32760).

Servio com CO 2Ao inox austentico estabilizado (liga UNS 32100);


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Vasos de Presso

Acessrios

Bocais

Suportes

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Vasos de Presso Acessrios

Internos (Normas PETROBRAS N- 1862 e N-2049)


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Internos (Normas PETROBRAS N- 1862 e N-2049)Quebra-vrtice;Anel suporte de bandejas;Chapa de reteno para recheios;Chicana defletora para bocais;Chapa de desgaste;Flanges para tubulao interna;

Internos de processoBandejas;Recheios;Catalisadores;Distribuidores e redistribuidores;

Suportes e retentores de recheio e cartalisadores;Eliminadores de nvoa;Elementos filtrantes.

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Vasos de Presso Detalhes de Bocais(Norma PETROBRAS N-2012)


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Projeo externa;Bocal tangencial;Bocal de fundo;Turco para boca de visita;Dobradias para bocal de inspeo.

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Vasos de Presso Suportes


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Vasos HorizontaisSelas (Norma PETROBRAS N-2013)

Vasos VerticaisSaias (Norma PETROBRAS N-2014);Pernas (Norma PETROBRAS N-2014);Sapatas (para trocadores de calor comdimetro at 1200 mm padronizado pelaNorma PETROBRAS N-2159);Anis.

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Vasos de Presso SuportesProcedimentos de Clculos


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So considerados componentes estruturais,dimensionados de acordo com normas de estruturasmetlicas, normalmente adotando-se o AISC( American Iron and Steel Construction );Existem procedimentos especficos para algunselementos dos suportes, como anel base de saias eplaca base de colunas e sapatas, que soapresentados na bibliografia usual de projeto devasos de presso;

Para anis e sapatas de apoio as tenses atuantesso obtidas de literatura especifica e consagrada,como o livro do Roark.

163

Vasos de Presso - Bibliografia BsicaProcess Equipment Design


164/166

Brownell and Young

Pressure Vessel Design Handbook Henny H. BednarProcess Vessel Design Manual Dennis R. MossStructural Analisys & Design of Process Equipment

Maan H. Jaward and James R. FarrPressure Vessels The ASME Code Simplified Robert ChuseFormulas for Stress and StrainRoark and YoungVasos de PressoPedro C. Silva Telles

164

Fontes das figuras ASME Seo VIII Diviso 1 edio 2007 adenda 2009 : slides


165/166

20, 26, 27, 72, 89, 90, 94, 95, 97, 99, 100, 101, 102, 108, 110,

117, 118, 122, 123, 124, 125, 126 e 127; ASME Seo II Parte D edio 2007 adenda 2009 : slides 65,66, 67, 68, 70 e 91; ASME Seo II Parte A edio 2007 adenda 2009 : slide 145; ASTM American Society for Testing and Materials: slide 145; TEMA - Standards of Tubular Exchanger Manufacturers

Association 8 a edio : slide 130; Theory and Design of Modern Pressure Vessels -John Harvey -Van Norstrand Reinhold Company: slides 16 e 37; AD Merkbltter : slide 38; Process Vessel Design Manual - Dennis R. Moss - Gulf PublishingCompany: slides 61, 75, 87, 103, 119 e 139; ASME B16.5 - Pipe Flanges and Flanged Fittings: slides 105 e106.

165

Fontes das fotografias As fotografias dos slides 1, 5, 6, 7, 8, 9, 21, 22, 23, 83,

84, 131, 132 e 152 foram obtidas de catlogos dos


166/166

seguintes fabricantes:GODREJ -Godrej & Boyce Manufacturing;

ANTONIU S Vesselheads;TAYLOR FORGE Engineering Systems, Inc;FELGUERA Calderara Pesada;BADONI ATB ;

CONFAB Industrial;CBC Indstrias Pesadas;CBI -Chicago Bridge & Iron Company;KOBELCO KOBE STEEL;

JSW Japan Steel Works;

JFE Steel Corporation;MITSUBISHI Metal Corporation;

Apresentação Vaso de Pressão - Tópicos ASME Rev1

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