Preservação, lavagem e hibernação de caldeira

ASME VIIrecommended guidelines for the care of powerboilersSubsection C8Control of internal chemical conditions

Recomendações do projetista da caldeiraManual de operação

• - Limpeza química da caldeira• - Controle as condições da água da

caldeira• Devem ser estabelecidos e

supervisionados• Por pessoal qualificado, experiente e

treinado nos itens a seguir:

• 1-Limpeza interna de caldeiras• 2-Preservação (Laying up - to take out of active

service)

• 3-Depósitos ( a desenvolver)

• 4-Corrosão interna ( a desenvolver)

• 5-Trincamento dos aços de caldeira ( a

desenvolver)

• 6-Contaminação do vapor ( a desenvolver)

• 7-Amostragem, teste e analise da água ( a desenvolver)

• 8-Condições do lado do fogo ( a desenvolver)

• Procedimento de Lavagem química CBC

• 1-Limpeza interna de caldeiras• Caldeira nova antes de entrar em serviço deve ser

razoavelmente livre de:• -carepa de laminação• -Produto de corrosão• -Matéria orgânica• -Graxa• -Resíduo de tinta protetora aplicada para evitar corrosão• -Fluxo e escória de solda• -E qualquer outro resíduo gerado na fabricação e

montagem da caldeira

• Os produtos de limpeza devem ser compatíveis com os materiais de construção da caldeira

• Limpeza com detergente• Solução de detergente alcalino para remover• -Óleo e graxa• -Da superfície interna da caldeira e economizador• Evitar soluções fortemente alcalinas em super-

aquecedores não drenáveis ou em aço austenítico• A limpeza química que segue a esta limpeza pode não ser

tão efetiva se a limpeza com detergente não remover as substâncias oleosas

• Limpeza química• Realizada com solução solvente ácida ou básica ou uma

seqüência de soluções ácida e básica• Com o principal objetivo de remover carepas e produtos de

corrosão• Trabalho deverá ser realizado e supervisionado por

pessoal qualificado, treinado e experiente para evitar:• -Danos aos materiais da caldeira• -problemas no manuseio de soluções ácidas e básicas• -problemas com produtos explosivos e tóxicos formados

na lavagem

• Efetuar análise química dos produtos a serem removidos• Para definir o programa de limpeza química• E a composição das soluções a serem utilizadas• Pode ser necessário utilizar amostra de tubos para teste

da limpeza química• Normalmente caldeira com pressão abaixo de 900 psig

(6,2 MPa ; 63,3 Kgf/cm2)• não são submetidas a limpeza química• É feita limpeza com uma pré-operação alcalina (alkaline

boilout)

• Em muitos casos, caldeiras montadas no campo não necessitam de limpeza química

• Um pré-operação alcalina (alkalineboilout) é suficiente

• Este procedimento (alkaline boilout) deve ser adotado após conclusão dos trabalhos de manutenção periódica programada

• Procedimento para lavagem química CBC• Caldeira de circulação natural• Lavagem alcalina e lavagem ácida• a)Lavagem ácida inicial• (para entrar em operação pela primeira vez)• Recomendado para caldeiras com pressão acima de 1792

psi (126Kgf/cm2 – 12,4 Mpa)• b)Lavagem ácida após operação• A decisão de lavagem química dependerá da quantidade

de depósito no interior dos tubos• Início de aparecimento de laranjas nas áreas de intensa

troca térmica• É feita como medida preventiva para caldeiras de alta

pressão

• c) Lavagem alcalina• Deverá ser efetuada após teste hidrostático• Após montagem dos queimadores e sistema de controle

e segurança• Antes de iniciar a operação• Após montagem da caldeira e nesta oportunidade fazer a

secagem do refratário• Ou após manutenção programada

• Solução alcalina• Para cada 1000 Kg de água• Hidróxido de sódio: NaOH 2Kg• 0,2% em peso• Carbonato de sódio: Na2CO3 2Kg• 0,2% em peso• Fosfato trisódio:Na2PO4 4Kg• 0,4% em peso• Sulfito de sódio:Na2SO3 0,2Kg• 0,02% em peso• As quantidades podem ser aumentadas dependendo dos

casos específicos

• Operação de lavagem alcalina• 1-Após inspeção e limpeza dos tubulões e fornalhas• Fechar as válvulas e BV’s,• Mantendo aberto:• -Vent e BV do tubulão superior• -Drenos e vents do coletor de saída do superaquecedor• 2-Alimentar a água pela BV do tubulão superior até o nível

aparecer sobre os tubos• 3-adicionar os produtos químicos previamente dissolvidos

em água

• 4-Fechar a BV do tubulão e completar o nível de água até que apareça na parte inferior do indicador de nível

• 5-Após purga da fornalha acender queimador e:

• manter taxa de aquecimento lenta 25 C/h

• Aumento gradativo da pressão atéatingir a pressão normal de lavagem química como segue:

Pressão de operação Kg/cm 2

Pressão na lavagem Kg/cm 2

Abaixo de 7 A mesma pressão

7 a 25 7

25 a 105 20% da pressão

Acima de 105 21

• 6-Durante o aquecimento acender queimadoresalternadamente para obter aquecimento uniforme

• 7-Iniciada a vaporização e tendo a pressão atingido 2 Kg/cm2 :

• -Fechar vent do tubulão e do coletor de saída• -Manter aberto dreno do coletor de saída de modo a

garantir fluxo pelos superaquecedores• 8-Atingida a pressão de lavagem, mantêla por um

período de 6 horas• 9-Iniciar descarga com vazão de 3 ton/h:• -pela válvula de descarga de fundo e• -pela válvula de descarga contínua

• -durante a descarga alimentar a caldeira com água de forma a

• -manter o nível do tubulão e a pressão de lavagem por no mínimo 10 horas

• 10- Retirar amostra de água a cada 2 horas para análise de alcalinidade e concentração de óleo

• -se houver queda da alcalinidade e do fosfato, adicionar produtos químicos para restabelecer a concentração original

• 11-Terminada a operação:• -apagar queimadores e quando a pressão a atingir 2

Kg/cm2

• -abrir vents do coletor do superaquecdor• -quando a temperatura da água estiver abaixo de 90 C,

drenar caldeira e abrir BV do tubulão para inspeção da limpeza

• 12-Iniciar procedimento de partida normal da caldeira

• 2-Preservação (Laying up - to take out of active service)• -Introdução• Quando a caldeira sai de operação ela deve ser resfriada

até que a pressão chegue a 10 psig (0,7 Kgf/cm2)• A inspeção deverá indicar quais os trabalhos de reparo

serão necessários e• Que tipo de limpeza mecânica e química deverá ser feita• Deve-se decidir se a caldeira será mantida fora de

operação na condição seca ou molhada (cheia de água)• A condição molhada é preferível se não houver risco de

congelamento

• Uma vez que superfície de metal limpa é mais susceptível ao ataque do que superfície que apresente óxido sobre ela,

• durante o período em que esta fora de operação,• É preferível deixar a limpeza química para quando estiver

prestes a voltar a operar• -Preservação seca• Manter a caldeira fora de operação na condição seca

pode ser preferível onde pode ser esperado congelamento durante este período

• A caldeira deverá ser mantida seca em toda a sua extensão, uma vez que qualquer umidade na superfície do metal pode provocar corrosão significativa se o período for longo

• Após secar deve-se tomar providências para evitar a entrada de umidade oriunda das linhas de vapor, linhas de alimentação ou ar

• Para isto deve ser utilizado material absorvedor de umidade:

• -Cal: 7 lb (3,2 Kg) para cada 100 ft3 (2,83 m3)• -Sílica gel: 8 lb (3,6 Kg) para cada 100 ft3 (2,83 m3)• -Ou Barrilha (Carbonato de sódio-Na2CO3)• Deve ser colocado em bandejas dentro dos tubulões para

absorver umidade do ar• As BV’s devem ser fechadas e todas a conexões da

caldeira deverão ser fechadas de forma estanque

• A efetividade do material de secagem e sua renovação deverão ser verificadas através de inspeções periódicas da caldeira

• Uma alternativa é circular ar seco dentro da caldeira• A distribuição uniforme de ar deverá ser cuidadosamente

verificada para garantir fluxo de ar em todas as áreas da caldeira

• No caso de caldeiras industriais de grande porte éaceitável a introdução de nitrogênio pelo vent, enquanto a água da caldeira esta sendo drenada

• Manter uma pressão de nitrogênio de 5 psig (0,35Kgf/cm2)

• Cuidado com atmosfera de N2uma caldeira purgada com nitrogênio deve ter avisos nas BV’s pois a entrada de pessoa pode ser fatal

• Circular ar fresco antes da entrada de pessoas

• -Preservação molhada úmida• A preservação da caldeira cheia de água deverá ser

utilizada para uma caldeira que deva ser mantida em condições de partida imediata “standby”

• Não se aplica a caldeira que possa estar sujeita a temperatura de congelamento

• A caldeira vazia deve ser enchida até o topo com água com adição de produtos químicos para minimizar corrosão durante “standby”

• A pressão da água deve ser mantida acima da pressão atmosférica

• Pode-se utilizar o N2 para manter uma pressão de 5 psig

• Para período curto de preservação em caldeiras com pressão abaixo de 1000 psig (70,31 Kgf/cm2 )

• -A caldeira pode ser enchida com condensado ou água de alimentação contendo

• -aproximadamente 200 ppm de sulfito de sódio (Na2SO3)• -fazer ajuste do pH = 10 com uma substância alcalina

adequada• -Se o superaquecedor for drenável ele pode ser enchido

com a mesma água • -O superaquecedor deverá ser drenado e lavado com

condensado antes da partida da caldeira

• Se o superaquecedor não for drenável ele deverá ser enchido com condensado ou água desmineralizadacontendo o mínimo de sólido dissolvido

• -não mais que 1 ppm• -Antes de introduzir a água no superaquecedor , dosar:• -cerca de 200 ppm de hidrazina e• -um alcali volátil, amonia ou morfolina para obter pH=10• -A caldeira pode então ser enchida através da linha de

alimentação com condensado tratado com hidrazina e um alcali volátil

• -Se o tempo de preservação for superior a 3 meses, a concentração de hidrazina deve ser dobrada

• Para caldeiras abaixo de 100 psig (690 KPa)• - o superaquecedor ser enchido com condensado tratado

com hidrazina e um alcali volátil e em seguida• -a caldeira pode ser enchida com água de alimentação ou

condensado tratado com sulfito de sódio ou hidrazinacomo descrito anteriormente

• Para caldeiras acima de 1000 psig (6900KPa) • -hidrazina e alcali volátil deve ser utilizado para prevenir

deposição de qualquer sólido na caldeira depois da preservação

• Como alternativa, a caldeira pode ser preservada com água de caldeira tratada no nível normal de operação no tubulão

• -mantendo uma pressão de N2 de 5 psig (35 KPa) em todos os espaços vapor

• -para prevenir entrada de ar deve-se suprir N2 pelos ventsantes da pressão da caldeira cair a zero quando a caldeira sair de linha

• -se a pressão da caldeira cair a zero, ela deve ser acesa para restabelecer a pressão

• -ventar os superaquecedor para remover o ar antes de admitir o N2

• Todas as partes parcialmente cheias do tubulão e superaquecedor devem ser conectadas em paralelo com o suprimento de N2

• Em vez de manter a caldeira com água até o nível normal e pressurizada com N2

• É preferível drenar completamente a caldeira• -suprindo continuamente N2 durante a drenagem e• -manter a pressão de N2 maior que a pressão atmosférica

durante a drenagem e o período subseguente de preservação

• Preservação recomendada pelo Projetista (CBC)• 1-Preservação inicial• 1.1-Preservação da parte de pressão• Após limpeza interna• Encher (tubulões, coletores e tubos) com água

desmineralizada ou desaerada, com adição de:• -Hidrazina (N2H4) 500 ppm e• -Amônia (NH3) 10 ppm• Encher até estravazar pelos vents• Manter pressurizado com N2 0,4 Kgf/cm2

• Preservação de caldeira que estava operando• Úmido ou seco• Método de preservação úmido• P/ curto período de preservação• -Tempo de 3 ou 4 dias• -Um dia antes de retirar de operação manter pH e hidrazina

em seus valores superiores• -Manter uma pressão de N2 de 0,2 a 0,4 Kgf/cm2

• P/ Médio período de preservação• -Tempo superior a uma semana• -Água deverá ser completada até o topo do tubulão• -concentração de produto na água da caldeira• --10 ppm de amônia (NH3 ) e 200 ppm de hidrazina (N2H4)• -se houver risco de congelamento fazer aquecimento próprio

ou utilizar método de preservação a seco

• P/ período longo de preservação• -após limpeza dos tubulões coletores e

tubos encher com água com amônia e hidrazina como anteriormente

• -Se possível pressurizar com N2

• -Após um dia verificar o teor de hidrazinae amônia na água

• -Posteriormente fazer analise da água a cada 10 dias

• -Se a concentração cair pela metade adicionar mais produto

• -cuidar para que o pH não fique abaixo de 9

• -Acompanhar temperatura da água para

• Preservação a seco• -após drenagem da água e• -inspeção e limpeza de tubulões, coletores e tubos• -secagem através de ligeiro aquecimento da fornalha• -cuidado para não ocorrer superaquecimento dos

tubos da fornalha• -resfriar a cadeira e introduzir absorvente de umidade• -cal virgem na proporção de 14 Kg /50m2 de superfície

de aquecimento• -Cuidado com o uso de cloreto de calcio cujo

condensado pode danificar o tubulão• -Inspeção dos produto absorvente a cada 1 ou 2

semanas• -Manter pressão de N2 em 0,2 a 0,4 Kgf/cm2, admite-

se queda da pressão até 0,14 Kgf/cm2

• 1.2-Preservação dos dutos e fornalha• O principal objetivo é manter seca e limpa as superfícies e

evitar• -a condensação da umidade na superfície metálica e• -o surgimento de áreas ácidas de pH baixo• Combustíveis contendo compostos de enxofre podem

produzir cinzas ácidas que podem corroer as superfícies metálicas

• Os depósitos podem ser higroscópicos e• Com temperaturas abaixo do ponto de orvalho pode levar a

formação de condensados ácidos• De acordo com alguns autores a umidade do ar na fornalha

deve ser mantida abaixo de 50% durante a preservação

• A umidade relativa pode ser mantida baixa com a utilização de:

• -aquecimento com lâmpadas• -desumidificar com a circulação de ar com ventiladores• -circulação de ar quente• Se a unidade tem um pré-aquecedor de ar a vapor, esta

é a maneira mais efetiva e segura de fornecer ar com baixa umidade

• Depósitos ácidos devem ser removidos antes de uma preservação por longo período

• Normalmente é necessário a lavagem com jato de alta pressão (hidrojatos)

• Após limpeza fazer a neutralização com solução de barrilha (Na2CO3)a 1%

• A seguir efetuar lavagem com água e

• Secagem da superfície dos tubos

• -Preservação dos dutos e fornalha (CBC)• Utilizar cal virgem como material para absorção de

umidade• Colocar em bandejas• Proporção 14 Kg para cada 50 m2 de superfície a proteger• Vedar todos os pontos onde possa haver infiltração de

água ou entrada de ar• Fazer inspeção a cada 1 ou 2 semanas• -Aquecimento da fornalha• Manter a temperatura da fornalha em aproximadamente 40

C para evitar a formação de umidade

• Ti – é a temperatura interna da parede da fornalha ou duto

• Te – é a temperatura externa da parede da fornalha ou duto

• Ta – a temperatura ambiente• L - espessura do isolamento• k – condutividade do isolamento

• Procedimento para estimar a energia necessária para aquecer a fornalha e dutos

Isolamento

L ; k

Ti = 40 C

Ta = 10 C

Te = ?

Q1

Q2

h

)(1 ei TTL

kQ −=

( )

−⋅+

+−

+= 25,144

2 5,1100

273

100

27315,4 ae

ae TTTT

Q

• Por tentativa estabelecer o valor de Te

• Fazendo

12 QQ =

Te 15,6

Ta 10

Ti 40

Q2 = 34,62513 kcal/(m2.h)

k = 19,842kcal/(m2hC)/c

m

L = 13,97 cm Q2-Q1 = 0,0

k/L = 1,420329 kcal/m2hC

Q1 = 34,65603 kcal/(m2.h)

O calor total necessário e obtido multiplicando Q1 ou Q2 pela área total das paredes de duto e fornalha

Nossa experiências

• A)Mais eficiente para caldeira que queimam óleo com alto teor de compostos de enxofre e possuem muitas áreas com refratário é a secagem com circulação de vapor pelos tubos da caldeira

• -Para evitar a corrosão dos tubos sob o refratário

• -Secagem a partir da superfície metálica

Nossa experiência• B)Formação significativa de óxidos no superaquecedor

ocorreu numa parada de 3 meses• -A lavagem química alcalina não promove a limpeza do

superaquecedor• -No teste da PSV do superaquecedor ocorreu erosão das

sedes• -foi colocada psv danificada e feita várias abertura até

que não foi observado danos nos corpo de prova de alumínio (sopragem)

• -só então foi colocada a psv nova e realizado o teste de calibração real