Caldeiras De Alta Pressão
Por João Carlos Mucciacito
Edição Nº 57 - Julho/Agosto de 2012 - Ano 11
Popularmente conhecido como caldeiras, os geradores de vapor consistem em um trocador de calor complexo, que produz vapor de água sob pressões superiores à atmosférica.
Popularmente conhecido como caldeiras, os geradores de vapor consistem em um trocador de calor complexo, que produz vapor de água sob pressões superiores à atmosférica. Isso ocorre à partir da energia térmica de um combustível e de um elemento comburente, o oxigênio. É constituído por diversos equipamentos associados e integrados para permitir a obtenção do maior rendimento térmico possível.
Na produção de energia mediante aplicação do calor, os combustíveis que estão sendo queimados nos geradores de vapor se desprendem, desenvolvendo o seguinte processo:
A água recebe calor através da superfície de aquecimento. Com o aumento da temperatura, o ponto de ebulição é atingido, transformando-se em vapor sob uma determinada pressão, superior a atmosférica. A potência calorífica do combustível converte-se assim em energia potencial no vapor, que por sua vez transforma-se em mecânica por meio de máquinas térmicas adequadas para a obtenção de energia.
Para alcançar temperaturas mais altas, aumenta-se a pressão de saturação, o que significa um maior investimento devido à necessidade de aumentar a resistência mecânica e fazer alterações no projeto de fabricação do equipamento. O vapor superaquecido é utilizado e produzido para geração de energia elétrica ou mecânica em ciclos termodinâmicos, e neste caso, a limitação de temperaturas de trabalho fica por conta dos materiais empregados. Na indústria é determinada uma faixa representativa de utilização das caldeiras em relação á pressão de trabalho. Considerando pressão baixa de até 10 Kgf/cm2, pressão média de 11 a 40 Kgf/cm2 e pressão alta de 40 Kgf/cm2.
Qualquer que seja o tipo de caldeira a ser considerada, estará composta por três partes essenciais: a fornalha ou câmara de combustão, câmara de água e câmara de vapor.
A parte que queima o combustível utilizado na produção de vapor é a fornalha ou a câmara de combustão. Se for utilizado carvão ou lenha, a fornalha deverá ser composta por grelhas, sobre as quais são queimados, em um espaço livre para o desenvolvimento das chamas. Em seguida sendo denominados de câmara de combustão e finalmente de um espaço localizado embaixo das grelhas, chamado depósito de cinzas, pelo qual penetra o ar necessário para combustão.
Quando a caldeira queima combustível líquido, gases ou produtos pulverizados anulam-se as grelhas e o depósito de cinzas. Neste caso a fornalha fica constituída por uma câmara, que no interior da qual, mediante os combustores é injetado o combustível gasoso, líquido ou pulverizado, que queima ao entrar em contato com o ar comburente entrando na fornalha através de portas especiais.
As superfícies internas das caldeiras são compostas por câmaras de água e vapor. Elas são constituídas por recipientes metálicos herméticos de resistência adequada, que adotam a forma de invólucros cilíndricos, devidamente comunicados entre si. Contem água a ser vaporizada na sua face interna, estando a superfície externa quase totalmente em contato com as chamas ou gases de combustão.
O lado inferior do recipiente é composto pela câmara de água. O espaço limitado entre a superfície da água e a parte superior denomina-se câmara de vapor.
O custo para se manter uma caldeira é alto, pois há necessidade de um controle rígido para que ela opere de forma segura, pois qualquer falha pode gerar uma consequência muito grave.
Os geradores de vapor são caracterizados por alguns elementos conforme a seguir:
Trata-se do maior valor permitido durante o funcionamento normal de um gerador, para a pressão efetiva do vapor, medida em determinado ponto. Com o intuito de evitar que este valor possa ser ultrapassado são colocados dispositivos automáticos de descarga de vapor em excesso, denominados de válvulas de segurança.
Ensaio hidrostático a qual deve ser submetido o gerador.
É o peso de vapor que é capaz de produzir em uma hora.
A produção normal de vapor define a quantidade de vapor capaz de ser gerado por uma caldeira em condições de pressão de regime, temperaturas e eficiência garantida pelo fabricante.
A produção máxima contínua de vapor define a descarga máxima de produção de vapor capaz de ser gerado por uma caldeira em regime contínuo.
A produção de "picos" corresponde à maior descarga de vapor, em determinados períodos de tempo, capaz de ser obtido no mesmo gerador.
Compreende as partes metálicas que se encontram em contato, com uma das suas faces com água e vapor da caldeira e pela oposta com os produtos da combustão. A medição desta superfície efetua-se pelo lado exposto às chamas. A superfície sempre é definida em m². Quanto maior o volume da caldeira, maior será sua potência.
Este elemento determina a capacidade de produzir em um dado tempo, um peso de vapor, tanto maior quanto mais elevado seja seus valores;
Seu peso, superfície dos superaquecedores de vapor, economizadores de água de alimentação, aquecedores de ar, volumes das câmaras de água e vapor, entre outros.
Para a seleção de um gerador, deverão ser considerados: tipo de combustível, equipamento de combustão, pressão e temperatura do vapor, variação da demanda de vapor, eficiência térmica desejável, curso de instalação, operação e manutenção, espaço disponível e amortização do investimento.
As fontes energéticas são provenientes da queima de carvão, óleo, gás ou reaproveitamento de calor de outro processo elétrico, permitindo obter vantagens das flutuações dos preços e ter maior economia.
A energia necessária a operação, isto é, o fornecimento de calor sensível à água até alcançar sua temperatura de ebulição, mais o calor latente para vaporizar a água e o calor superaquecido para transforma - lá em vapor superaquecido é dada pela queima de um combustível.
A temperatura de saturação aumenta com a pressão.
A transformação de fase ocorre à uma temperatura constante e o calor latente de vaporização diminui com a pressão.
Em um projeto construtivo de uma caldeira, fica definido o tipo especifico de combustível a ser queimado. São analisados parâmetros específicos que não poderão ser ultrapassados, por exemplo, poder calorífico, conteúdo de enxofre, conteúdo de cinzas e umidade. Estes fatores podem limitar a capacidade da caldeira.
Abaixo alguns dos principais componentes de uma caldeira
Local onde ocorre a queima do combustível. É necessário que a temperatura seja suficiente para que o combustível queime totalmente antes dos produtos alcançarem os feixes de troca de calor. Em alguns casos a câmara de combustão e a fornalha se confundem por estarem em um mesmo espaço.
Aproveita o calor residual dos gases de combustão pré-aquecendo o ar utilizado na queima de combustível.
São aparelhos destinados a elevar a temperatura do vapor tornando-o superaquecido. O calor é absorvido da fornalha por radiação ou proveniente da combustão dos gases, evaporando a umidade transportada pelo vapor, e posteriormente o superaquece até um determinado nível.
Tem a mesma função dos superaquecedores. É usado quando se deseja aumentar a temperatura do vapor proveniente de estágios intermediários de uma turbina.
É um aparelho destinado a aquecer a água de alimentação da caldeira. Quando os gases passam sobre a superfície dos tubos do economizador, aquecem a água de alimentação que flui pelo interior dos tubos, antes desta entrar no coletor da caldeira. São normalmente instalados após os superaquecedores.
São equipamentos de mistura de combustível e ar de comburente que alimenta a fornalha.
Principal equipamento para a queima do combustível. Tem como funções a mistura de ar-combustível, atomização, vaporização do combustível e a conservação de uma queima contínua da mistura.
São utilizadas para amparar o material dentro da fornalha, podendo ser fixas, rotativas ou inclinadas.
Responsável pelo aumento da velocidade de descarga dos gases, a chaminé tem como consequência natural promover a entrada de mais oxigênio na fornalha, acelerando o processo de combustão.
A forma e disposição das partes de um gerador de vapor moderno quando usados carvão ou combustíveis, são substancialmente os mesmos que nas décadas passadas, exceção feita de modificações estruturais necessárias para adaptá-los às atuais imposições de elevadas pressões e temperaturas.
Com a enorme variação existente nos tipos fundamentais, dividiremos os geradores de vapor em:
• Geradores de vapor flamotubulares ou fogotubulares;
• Geradores de vapor aquotubulares;
• Geradores de vapor elétricos.
Os geradores deste tipo carregam uma grande quantidade de água no interior de um invólucro ou casco, dentro do qual se encontram também as fornalhas, câmaras de combustão e tubos vaporizadores. Nestes geradores, as fornalhas, as câmaras de combustão e os tubos estão submersos na água contida no interior do casco.
Para aumentar a circulação interna da água e aumentar a vaporização específica, foi modificada a forma cilíndrica clássica, suprimindo ou alterando as câmaras de combustão, instalando no lugar feixos de tubos e água.
Para se obter melhorias no rendimento térmico total destes geradores, são adicionados superaquecedores de vapor e aquecedores de ar, que permitem a recuperação de parte do calor residual dos gases da combustão.
As caldeiras flamotubulares estão classificadas conforme abaixo:
• Caldeiras cilíndricas de retorno de chama;
• Caldeiras cilíndricas de chama direta;
• Caldeiras flamotubulares compactas;
• Caldeiras flamotubulares verticais.
Os gases percorrem em um só sentido as câmaras de combustão, passando pelos tubos e caixas de fumaça até a saída pela chaminé. Esta disposição permite construí-las com menor diâmetro que as do tipo de retorno de chama, já que os tubos estão dispostos na continuação da fornalha, reduzindo-se desta forma a sua altura.
A fornalha B e a câmara C formam um conjunto comum, sendo construídas em chapas planas. A parte superior da fornalha encontra-se em linha com o céu da câmara de combustão e o feixe de tubos vaporizadores D, que se estende horizontalmente até a caixa de fumaça E.
As grelhas ocupam todo o comprimento da fornalha e a caixa de cinzas F. Ela não faz parte da fornalha como nas outras caldeiras flamotubulares. Entre as fornalhas e o invólucro formam-se uns espaços G e H denominados de colunas ou lâminas de água. As placas planas do céu da fornalha e a câmara de combustão são reforçadas mediante tirantes I; as placas laterais unem-se às laterais da caldeira, por tirantes curtos rosqueados J.O céu da câmara de combustão é reforçado mediante cavaletes K na frente e posteriormente por meio de tirantes L.
No caso de caldeiras usando carvão em contato direto com as extremidades dos tubos, a câmara de combustão possui uma parede M de elementos refratários para ser evitado este contato. O tubo interno de tomada de vapor é N.
"American Boiler Manufacturesr’s Association" define a caldeira compacta flamotubular como: uma unidade modificada da caldeira tipo escocesa, testada a fogo antes do embarque, e garantida quanto ao material e desempenho pelo fornecedor que deverá assumir a responsabilidade por todos os componentes que integram o conjunto tais como caldeira, queimadores, controles e auxiliares.
Para se evitar perdas consideráveis de calor para a atmosfera, a disposição dos espelhos (placas de tubos) e tubos de fogo deverá permitir que o calor do gás da combustão seja transferido diretamente à água e não em torno dela.
Os tubos são fixados aos espelhos superiores e inferiores por meio de um mandril de expansão com controle de torque.
Os combustíveis normalmente utilizados são: gás natural, GLP ou óleo combustível, sendo os queimadores do tipo atmosférico que proporcionam uma regulagem e manutenção relativamente simples.
No caso de falha no sistema de queima, o controle de chama corta automaticamente a entrada de gás.
Existem modelos que possuem economizador, que permitem uma redução de 10 a 15% no consumo de combustível em relação aos convencionais.
Para aumentar a transmissão do calor, são usados dispositivos especiais que forçam os gases quentes da combustão a diminuir a sua velocidade liberando consequentemente uma maior quantidade de calor antes de sair pela chaminé.
Este tipo de caldeira é construída em aço soldado eletricamente, radiografado, devendo o corpo ser submetido a tratamento térmico para alívio de tensões.
A caldeira de resistência é um vaso de pressão no qual elementos de aquecimento tipo resistência são submersos na água,este tipo de caldeira é utilizada onde se necessita baixa produção de vapor, geralmente inferiores a 3300 kg de vapor por hora, o que corresponde a uma potência consumida de 2,5 MW.
As caldeiras, a resistência de grande capacidade, tem seus elementos de aquecimento alimentadas por eletricidade em várias combinações para um melhor controle da produção de vapor. As de menor capacidade são operadas com um sistema de controle de carga tipo liga-desliga.
Neste tipo de caldeira, o vapor é produzido pela circulação da corrente através da água. Nota-se então, a importância da condutibilidade elétrica da água.
Uma baixa condutividade não produzirá o vapor previsto e uma alta condutividade fornecerá uma sobre corrente que interromperá o funcionamento da caldeira através do sistema de proteção.
Os valores típicos da condutividade da água estão entre 25 a 300 microhoms-cm, dependendo sobretudo da voltagem aplicada. Para atingir essa faixa de condutividade eventualmente pode- se necessitar de um desmineralizador de água e/ou tratamento químico.
A caldeira a eletrodo pode ainda ser classificada em baixa e alta tensão.
Nesses tipos de caldeiras, o vapor produzido está relacionado com a área do eletrodo submerso na água, controlada pelo deslocamento vertical dos mesmos.
As caldeiras de baixa pressão possuem capacidade de produção de vapor até 4,0 t de vapor por hora ou aproximadamente 3,0 MW de consumo. Já as unidades de Alta tensão são utilizadas para produção de vapor até 75.000 kg de vapor por hora, ou aproximadamente 56 MW de consumo.
Dentre as unidades de alta tensão, há um tipo de caldeira denominada caldeira elétrica a jato de água, sua diferença está no seu princípio de funcionamento, que é o seguinte: a água armazenada na parte interior da caldeira é bombeada até o cilindro superior de onde então é jateada sobre os eletrodos caindo por gravidade e chocando-se contra eletrodos permitindo assim a passagem da corrente.
Considerando alguns elementos, faremos um comparativo entre geradores de vapor flamotubulares e aquotubulares.
Abaixo definiremos os termos de grau de combustão, e grau de vaporização específica para uma melhor compreensão.
Para carvão: Kg de carvão queimado por hora e m² de superfície de grelha (kg/m²k.G).
Para petróleo: kg de petróleo queimado por hora e m² de superfície de aquecimento (kg/m²h.s) ou m³ de câmara de combustão (kg/m³h.V).
Para caldeiras de carvão: kg de vapor produzido por hora e por m² de superfície de grelha (kg/m²k.G).
Para caldeiras de petróleo: kg de vapor produzido por hora e por m² de superfície de aquecimento (kg/m²h.S).
Os geradores aquotubulares desenvolvem um grau de combustão superior aos obtidos nas flamotubulares, isso devido ao fato da fornalha não ser parte integral da caldeira. Desta forma, amplas câmaras de combustão podem ser construídas.
Devido à disposição da superfície de aquecimento, grande parte do calor desprendido pelo combustível sendo transmitida por radiação, poderá ser obtida uma elevada vaporização específica.
Deduz-se que as caldeiras aquotubulares possuem maior vaporização específica em comparação às flamotubulares, significando que poderá ser obtida uma elevada capacidade (peso de vapor/hora) com caldeiras de pouco peso e volume.
Como para capacidade ou potência são consideradas outras condições, ficando dependente da extensão e posição da sua superfície de aquecimento com respeito a fornalha. Nas Aquotubulares, os tubos vaporizados permitem obter uma considerável área de aquecimento em um espaço reduzido, especialmente nas do tipo leve que são constituídas com tubos de pequeno diâmetro limitando a câmara de combustão.
Para igual capacidade, as caldeiras aquotubulares possuem um volume e peso menor que as flamotubulares. A diminuição de peso é consequência direta da eliminação dos invólucros, casco ou corpo cilíndrico de grande diâmetro e espessura, como também na redução na quantidade de água, aproximadamente, a décima parte da contida nas caldeiras cilíndricas.
As maiores caldeiras flamotubulares construídas atingem valores de pressão da ordem de 25 kg/cm². Como a espessura com que deve ser construído o casco aumenta proporcionalmente com a pressão e diâmetro, observar-se que ultrapassado determinados limites, seria necessário construir caldeiras com chapa de espessura tal que tornaria sua execução não somente difícil como custo excessivamente elevado e de peso consequentemente exagerado.
Pelas razões expostas entre outras, a pressão acima pode ser considerada como limite máximo para este tipo de gerador.
As caldeiras aquotubulares usam coletores e tubos de pequeno diâmetro, sendo construídas com placas de menor espessura, portanto mais aptas para vaporizar sob maior pressão. Para um maior valor deste parâmetro, ao diminuir o diâmetro do recipiente, a espessura do metal é capaz de suportá-la e diminui proporcionalmente.
Conforme o grau de superaquecimento do vapor que for necessário obter nos geradores aquotubulares, o superaquecedor é instalado em qualquer lugar no percurso dos gases, desde a fornalha até os canais de fumaça com o que poderão ser atingidas temperaturas maiores, no caso de caldeiras flamotubulares.
Em caldeiras flamotubulares, os superaquecedores são colocados no interior dos tubos, reduzindo a secção de passagem dos gases, o que dificulta a limpeza. Na caixa de fumaça a temperatura não é suficientemente elevada, condições estas que as tornam menos aptas que as aquotubulares para a produção de vapor superaquecido.
Os geradores aquotubulares possuem uma pequena quantidade de água por m² de superfície de aquecimento, além disso, a dilatação das diferentes partes pode efetuar-se independentemente do resto da caldeira. Elas atingirão a pressão de operação em um menor período de tempo que as tubulares. Neste tipo, o período necessário para que a dilatação se realize em forma lenta e gradual pode exceder de 24 horas em caldeiras de grandes dimensões.
Em muitos processos industriais a produção depende da geração de vapor. A parada de um equipamento deste pode gerar grandes perdas para o processo produtivo da empresa, por isso a necessidade de se preparar um plano de manutenção, visando um melhor rendimento, a vida útil do equipamento e principalmente a segurança.
Para que funcione corretamente, é necessário uma manutenção preventiva periódica rígida e ampla, pois as caldeiras trabalham em altas temperaturas, utilizando águas que podem conter impurezas e óleos combustíveis cada dia mais viscosos e impuros. Essas avarias aparecem com muita frequência, o que podem acarretar sérios problemas.
Cada item existente na caldeira exige manutenção preventiva e providências a serem tomadas a determinados intervalos de tempo, visando não só manter o equipamento operando em segurança, mas também aumentar sua vida útil e seu desempenho. As vistorias para manutenções preventivas são realizadas diariamente, semanalmente, mensalmente, trimestralmente e anualmente. São muito rigorosas, sempre atendendo às legislações e normas vigentes.
Existem vários itens que auxiliam na manutenção das caldeiras, como exemplos abaixo:
Deve haver um procedimento que inclua a coleta e execução de análises que leve em consideração a pressão de trabalho na caldeira, produção de vapor e exigências da qualidade do vapor. É recomendado no mínimo uma análise semanal de: pH, alcalinidade, dureza, fosfatos, sulfitos ou hidrazina, cloretos e sólidos totais.
Existem vários agentes de limpeza, entre o mais usado está o ácido clorídrico misturado a um inibidor que evita a corrosão acentuada das partes internas da caldeira.
Com o passar do tempo as superfícies internas acabam acumulando resíduos em suas partes, sendo recomendada uma limpeza a cada 6 anos
Baseia-se fundamentalmente em evitar a entrada de ar na caldeira. O método mais fácil de conseguir impedir esta entrada é pelo enchimento da caldeira com água. Também pode ser feito um selo com nitrogênio, que é um gás inerte. Nesse caso injeta-se N2 no espaço vazio da caldeira até uma pressão de 3 a 5 kgf/cm2.
Para que a caldeira apresente um bom funcionamento, é necessário dar uma atenção especial a água destinada a sua alimentação.
Os métodos de tratamento de água de caldeiras são classificados em, externos e internos.
O método externo é responsável pela classificação, abrandamento, desmineralização (ou troca iônica), desgaseificação e remoção de sílica.
Os métodos internos baseiam-se na eliminação da dureza, precipitação de fosfatos,tratamento com quelatos, controle de pH e da alcalinidade, eliminação do oxigênio dissolvido e controle de teor de cloretos e sólidos totais.
Após um acidente grave ocorrido durante a evolução industrial, foi percebida a necessidade de avanços nas técnicas de proteção, tanto dos operadores dos equipamentos geradores de vapor, quanto da comunidade ao redor do local.
No Brasil já existia a preocupação com a segurança das caldeiras, pois sempre foi do conhecimento de todos, os riscos de operação que elas ofereciam.
Em 22 de dezembro de 1977 foi criada a LEI Nº. 6.514, que na seção XII (das caldeiras, fornos e recipiente de pressão) Artigo 187 e 188 que nos dizem brevemente sobre dispositivos de seguranças e inspeções regulares.
Somente em 1978 foi criada pelo Ministério do Trabalho e Emprego a norma regulamentadora NR-13 sobre caldeiras e vasos de pressão, cujo atendimento às suas exigências tornou-se condição legal para o seu funcionamento em qualquer unidade industrial. O descumprimento desta norma implicará em multas ou em casos mais graves a interdição.
Segundo a NR 13 caldeiras e vasos de pressão (redação dada pela Portaria SSST n.º 23, de 27 de dezembro de 1994), caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosferica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo.
Pressão Máxima de Trabalho Permitida - PMTP ou Pressão Máxima de Trabalho Admissível - PMTA é valor maior de pressão compatível com o código de projeto, resistência dos materiais utilizados, dimensões do equipamento e seus parâmetros operacionais.
A falta de qualquer um dos itens seguintes constitui risco grave e iminente: válvula de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior a PMTA; instrumento que indique a pressão do vapor acumulado; injetor ou outro meio de alimentação de água, independente do sistema principal, em caldeiras combustível sólido; sistema de drenagem rápida de água, em caldeiras de recuperação de álcalis; sistema de indicação para controle do nível de água ou outro sistema que evite o superaquecimento por alimentação deficiente.
Toda caldeira deve ter afixado em seu corpo, em local de fácil acesso e bem visível, placa de identificação com as seguintes informações: fabricante; número de ordem dado pelo fabricante da caldeira; ano de fabricação; pressão máxima de trabalho admissível; pressão de teste hidrostático; capacidade de produção de vapor; área de superfície de aquecimento; código de projeto e ano de edição.
Deverá constar também em local visível, a categoria da caldeira definida como: categoria A, caldeiras cuja pressão de operação é igual ou superior a 1960 kPa (19.98 Kgf/cm²); categoria C, caldeiras 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 litros; categoria B, são todas as caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.
O projeto de instalação deve obedecer aos aspectos de saúde e meio ambiente e devem ser instaladas em locais específicos determinados "Área de Caldeiras".
Para caldeira instalada em ambiente aberto, a "Área de Caldeiras" deverá satisfazer os seguintes requisitos: estar afastada de, no mínimo, 3 (três) metros de outras instalações do estabelecimento, de depósitos de combustíveis, excetuando-se reservatórios para partida com até 2000 litros de capacidade, do limite de propriedade de terceiros e do limite com as vias públicas; dispor de pelo menos duas saídas amplas, permanentemente desobstruídas e dispostas em direções distintas; dispor de acesso fácil e seguro, necessário à operação e à manutenção da caldeira, sendo que, para guarda-corpos vazados, os vãos devem ter dimensões que impeçam a queda de pessoas; 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; dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes; ter sistema de iluminação de emergência caso operar à noite.
Quando a caldeira estiver instalada em ambiente fechado a "Casa de Caldeiras" deverá satisfazer os seguintes requisitos: construir prédio separado, construído de material resistente ao fogo, podendo ter apenas uma parede adjacente a outras instalações do estabelecimento, porém com as outras paredes afastadas de, no mínimo, 3 metros de outras instalações, do limite de propriedade de terceiros, do limite com as vias públicas e de depósitos de combustíveis, excetuando-se reservatórios para partida com até 2.000 litros de capacidade; dispor de pelo menos duas saídas amplas, permanentemente desobstruídas e dispostas em direções distintas; dispor de ventilação permanente com entradas de ar que não possam ser bloqueadas; dispor de sensor para detecção de vazamento de gás quando se tratar de caldeira a combustível gasoso; não ser utilizada para qualquer outra finalidade; dispor de acesso fácil e seguro, necessário à operação e à manutenção da caldeira, sendo que, para guarda-corpos vazados, os vãos devem ter dimensões que impeçam a queda de pessoas; 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; dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes e ter sistema de iluminação de emergência.
Para manter a segurança na operação da caldeira, deverá a mesma possuir "Manual de Operação" atualizado em língua portuguesa em local de fácil acesso contendo: procedimentos de partidas e paradas; procedimentos e parâmetros operacionais de rotina; procedimentos para situações de emergência e 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 deverá ser controlada e tratamentos implementados para compatibilizar as propriedades físico-químicas, uma vez que, a qualidade da água interfere na vida útil da caldeira.
Para garantir a segurança na manutenção de caldeiras, os reparos ou alterações devem respeitar o respectivo código do projeto de construção juntamente com as recomendações do fabricante referente a: materiais, procedimentos de execução, procedimentos de controle de qualidade e qualificação e certificação de pessoal.
Quando o código do projeto não for reconhecido, deverá ser respeitada a concepção original da caldeira.
Projetos de alterações deverão ser concebidos nas seguintes situações: sempre que as condições de projeto forem modificadas e sempre que forem realizados reparos que possam comprometer a segurança.
Intervenções que exijam mandrilamento ou soldagem em partes que operem sob pressão devem ser seguidos de teste hidrostático.
As inspeções de segurança nas caldeiras deverá ser inicial, periódica ou extraordinária.
A inspeção inicial de segurança deverá ser feita em caldeiras novas, antes da entrada em funcionamento, no local de operação, devendo compreender exame interno e externo, teste hidrostático e de acumulação.
A inspeção periódica constituída de exame interno e externo deverá ser executada nos seguintes prazos: 12 meses para caldeiras das categorias "A", "B" e "C"; 12 meses para caldeiras de recuperação de álcalis de qualquer categoria; 24 meses para caldeiras da categoria "A", desde que aos 12 meses sejam testadas as pressões de abertura das válvulas de segurança; 40 meses para caldeiras especiais (utilizam gases e resíduos de processo como combustível principal).
Quando a caldeira completar 25 anos de uso deverá ser submetida à rigorosa avaliação de integridade para determinar a sua vida remanescente e novos prazos para inspeção, caso, estejam em condições de uso.
Válvulas de segurança instaladas em caldeiras devem ser inspecionadas: pelo menos uma vez por mês, mediante acionamento manual da alavanca, em operação, para caldeiras das categorias "B" e "C"; desmontando, inspecionando e testando em bancada as válvulas flangeadas e, no campo, as válvulas soldadas, recalibrando-as numa freqüência compatível com a experiência operacional da mesma, porém respeitando-se como limite máximo o período de inspeção estabelecido nas inspeções periódicas da caldeira.
Inspeção de segurança extraordinária deverá ser feita: sempre que a caldeira for danificada por acidente ou outra ocorrência capaz de comprometer sua segurança; quando a caldeira for submetida à alteração ou reparo importante capaz de alterar suas condições de segurança; antes de a caldeira ser recolocada em funcionamento, quando permanecer inativa por mais de 6 meses; quando houver mudança de local de instalação da caldeira.
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) na NBR-12177 (antiga NB-55) trata dos procedimentos de como fazer as inspeções, e a NB-227, dos códigos para projeto e construção de caldeiras estacionárias.
Existem muitos pontos em comuns entre a NBR-12177 e a NR-13, entretanto no que diz respeito à inspeções, encontra-se de forma mais detalhada na NBR-12177 como: exames do "Prontuário da Caldeira" e dos "Relatórios de Inspeção", Exames externos e internos, atualização da PMTA, ensaio hidrostático e ensaios complementares.
Outras entidades como o INMETRO, IBP e a ABIQUIM, tem procurado contribuir elaborando estudos e pesquisas sobre aspectos de segurança em caldeiras.
Reconhecido internacionalmente como o documento técnico que fornece as informações necessárias para a construção e operação de caldeiras e vasos de pressão, o Código ASME BPVC (Boiler & Pressure Vessel Code) constituem pontos críticos da infra-estrutura do processo de produção nas indústrias em geral, principalmente dos setores petroquímico e siderúrgico. Por este motivo necessitam de atenção especial no que se refere à especificação de material, inspeções e procedimentos de segurança, para que não haja risco de acidentes e perdas para a organização e todos os envolvidos.
Na produção de energia mediante aplicação do calor, os combustíveis que estão sendo queimados nos geradores de vapor se desprendem, desenvolvendo o seguinte processo:
A água recebe calor através da superfície de aquecimento. Com o aumento da temperatura, o ponto de ebulição é atingido, transformando-se em vapor sob uma determinada pressão, superior a atmosférica. A potência calorífica do combustível converte-se assim em energia potencial no vapor, que por sua vez transforma-se em mecânica por meio de máquinas térmicas adequadas para a obtenção de energia.
Para alcançar temperaturas mais altas, aumenta-se a pressão de saturação, o que significa um maior investimento devido à necessidade de aumentar a resistência mecânica e fazer alterações no projeto de fabricação do equipamento. O vapor superaquecido é utilizado e produzido para geração de energia elétrica ou mecânica em ciclos termodinâmicos, e neste caso, a limitação de temperaturas de trabalho fica por conta dos materiais empregados. Na indústria é determinada uma faixa representativa de utilização das caldeiras em relação á pressão de trabalho. Considerando pressão baixa de até 10 Kgf/cm2, pressão média de 11 a 40 Kgf/cm2 e pressão alta de 40 Kgf/cm2.
Qualquer que seja o tipo de caldeira a ser considerada, estará composta por três partes essenciais: a fornalha ou câmara de combustão, câmara de água e câmara de vapor.
A parte que queima o combustível utilizado na produção de vapor é a fornalha ou a câmara de combustão. Se for utilizado carvão ou lenha, a fornalha deverá ser composta por grelhas, sobre as quais são queimados, em um espaço livre para o desenvolvimento das chamas. Em seguida sendo denominados de câmara de combustão e finalmente de um espaço localizado embaixo das grelhas, chamado depósito de cinzas, pelo qual penetra o ar necessário para combustão.
Quando a caldeira queima combustível líquido, gases ou produtos pulverizados anulam-se as grelhas e o depósito de cinzas. Neste caso a fornalha fica constituída por uma câmara, que no interior da qual, mediante os combustores é injetado o combustível gasoso, líquido ou pulverizado, que queima ao entrar em contato com o ar comburente entrando na fornalha através de portas especiais.
As superfícies internas das caldeiras são compostas por câmaras de água e vapor. Elas são constituídas por recipientes metálicos herméticos de resistência adequada, que adotam a forma de invólucros cilíndricos, devidamente comunicados entre si. Contem água a ser vaporizada na sua face interna, estando a superfície externa quase totalmente em contato com as chamas ou gases de combustão.
O lado inferior do recipiente é composto pela câmara de água. O espaço limitado entre a superfície da água e a parte superior denomina-se câmara de vapor.
O custo para se manter uma caldeira é alto, pois há necessidade de um controle rígido para que ela opere de forma segura, pois qualquer falha pode gerar uma consequência muito grave.
Os geradores de vapor são caracterizados por alguns elementos conforme a seguir:
Trata-se do maior valor permitido durante o funcionamento normal de um gerador, para a pressão efetiva do vapor, medida em determinado ponto. Com o intuito de evitar que este valor possa ser ultrapassado são colocados dispositivos automáticos de descarga de vapor em excesso, denominados de válvulas de segurança.
Ensaio hidrostático a qual deve ser submetido o gerador.
É o peso de vapor que é capaz de produzir em uma hora.
A produção normal de vapor define a quantidade de vapor capaz de ser gerado por uma caldeira em condições de pressão de regime, temperaturas e eficiência garantida pelo fabricante.
A produção máxima contínua de vapor define a descarga máxima de produção de vapor capaz de ser gerado por uma caldeira em regime contínuo.
A produção de "picos" corresponde à maior descarga de vapor, em determinados períodos de tempo, capaz de ser obtido no mesmo gerador.
Compreende as partes metálicas que se encontram em contato, com uma das suas faces com água e vapor da caldeira e pela oposta com os produtos da combustão. A medição desta superfície efetua-se pelo lado exposto às chamas. A superfície sempre é definida em m². Quanto maior o volume da caldeira, maior será sua potência.
Este elemento determina a capacidade de produzir em um dado tempo, um peso de vapor, tanto maior quanto mais elevado seja seus valores;
Seu peso, superfície dos superaquecedores de vapor, economizadores de água de alimentação, aquecedores de ar, volumes das câmaras de água e vapor, entre outros.
Para a seleção de um gerador, deverão ser considerados: tipo de combustível, equipamento de combustão, pressão e temperatura do vapor, variação da demanda de vapor, eficiência térmica desejável, curso de instalação, operação e manutenção, espaço disponível e amortização do investimento.
As fontes energéticas são provenientes da queima de carvão, óleo, gás ou reaproveitamento de calor de outro processo elétrico, permitindo obter vantagens das flutuações dos preços e ter maior economia.
A energia necessária a operação, isto é, o fornecimento de calor sensível à água até alcançar sua temperatura de ebulição, mais o calor latente para vaporizar a água e o calor superaquecido para transforma - lá em vapor superaquecido é dada pela queima de um combustível.
A temperatura de saturação aumenta com a pressão.
Em um projeto construtivo de uma caldeira, fica definido o tipo especifico de combustível a ser queimado. São analisados parâmetros específicos que não poderão ser ultrapassados, por exemplo, poder calorífico, conteúdo de enxofre, conteúdo de cinzas e umidade. Estes fatores podem limitar a capacidade da caldeira.
Abaixo alguns dos principais componentes de uma caldeira
Local onde ocorre a queima do combustível. É necessário que a temperatura seja suficiente para que o combustível queime totalmente antes dos produtos alcançarem os feixes de troca de calor. Em alguns casos a câmara de combustão e a fornalha se confundem por estarem em um mesmo espaço.
Aproveita o calor residual dos gases de combustão pré-aquecendo o ar utilizado na queima de combustível.
São aparelhos destinados a elevar a temperatura do vapor tornando-o superaquecido. O calor é absorvido da fornalha por radiação ou proveniente da combustão dos gases, evaporando a umidade transportada pelo vapor, e posteriormente o superaquece até um determinado nível.
Tem a mesma função dos superaquecedores. É usado quando se deseja aumentar a temperatura do vapor proveniente de estágios intermediários de uma turbina.
É um aparelho destinado a aquecer a água de alimentação da caldeira. Quando os gases passam sobre a superfície dos tubos do economizador, aquecem a água de alimentação que flui pelo interior dos tubos, antes desta entrar no coletor da caldeira. São normalmente instalados após os superaquecedores.
São equipamentos de mistura de combustível e ar de comburente que alimenta a fornalha.
Principal equipamento para a queima do combustível. Tem como funções a mistura de ar-combustível, atomização, vaporização do combustível e a conservação de uma queima contínua da mistura.
São utilizadas para amparar o material dentro da fornalha, podendo ser fixas, rotativas ou inclinadas.
Responsável pelo aumento da velocidade de descarga dos gases, a chaminé tem como consequência natural promover a entrada de mais oxigênio na fornalha, acelerando o processo de combustão.
A forma e disposição das partes de um gerador de vapor moderno quando usados carvão ou combustíveis, são substancialmente os mesmos que nas décadas passadas, exceção feita de modificações estruturais necessárias para adaptá-los às atuais imposições de elevadas pressões e temperaturas.
Com a enorme variação existente nos tipos fundamentais, dividiremos os geradores de vapor em:
• Geradores de vapor flamotubulares ou fogotubulares;
• Geradores de vapor aquotubulares;
• Geradores de vapor elétricos.
Os geradores deste tipo carregam uma grande quantidade de água no interior de um invólucro ou casco, dentro do qual se encontram também as fornalhas, câmaras de combustão e tubos vaporizadores. Nestes geradores, as fornalhas, as câmaras de combustão e os tubos estão submersos na água contida no interior do casco.
Para aumentar a circulação interna da água e aumentar a vaporização específica, foi modificada a forma cilíndrica clássica, suprimindo ou alterando as câmaras de combustão, instalando no lugar feixos de tubos e água.
Para se obter melhorias no rendimento térmico total destes geradores, são adicionados superaquecedores de vapor e aquecedores de ar, que permitem a recuperação de parte do calor residual dos gases da combustão.
• Caldeiras cilíndricas de retorno de chama;
• Caldeiras cilíndricas de chama direta;
• Caldeiras flamotubulares compactas;
• Caldeiras flamotubulares verticais.
Os gases percorrem em um só sentido as câmaras de combustão, passando pelos tubos e caixas de fumaça até a saída pela chaminé. Esta disposição permite construí-las com menor diâmetro que as do tipo de retorno de chama, já que os tubos estão dispostos na continuação da fornalha, reduzindo-se desta forma a sua altura.
As grelhas ocupam todo o comprimento da fornalha e a caixa de cinzas F. Ela não faz parte da fornalha como nas outras caldeiras flamotubulares. Entre as fornalhas e o invólucro formam-se uns espaços G e H denominados de colunas ou lâminas de água. As placas planas do céu da fornalha e a câmara de combustão são reforçadas mediante tirantes I; as placas laterais unem-se às laterais da caldeira, por tirantes curtos rosqueados J.O céu da câmara de combustão é reforçado mediante cavaletes K na frente e posteriormente por meio de tirantes L.
No caso de caldeiras usando carvão em contato direto com as extremidades dos tubos, a câmara de combustão possui uma parede M de elementos refratários para ser evitado este contato. O tubo interno de tomada de vapor é N.
"American Boiler Manufacturesr’s Association" define a caldeira compacta flamotubular como: uma unidade modificada da caldeira tipo escocesa, testada a fogo antes do embarque, e garantida quanto ao material e desempenho pelo fornecedor que deverá assumir a responsabilidade por todos os componentes que integram o conjunto tais como caldeira, queimadores, controles e auxiliares.
Para se evitar perdas consideráveis de calor para a atmosfera, a disposição dos espelhos (placas de tubos) e tubos de fogo deverá permitir que o calor do gás da combustão seja transferido diretamente à água e não em torno dela.
Os tubos são fixados aos espelhos superiores e inferiores por meio de um mandril de expansão com controle de torque.
No caso de falha no sistema de queima, o controle de chama corta automaticamente a entrada de gás.
Existem modelos que possuem economizador, que permitem uma redução de 10 a 15% no consumo de combustível em relação aos convencionais.
Para aumentar a transmissão do calor, são usados dispositivos especiais que forçam os gases quentes da combustão a diminuir a sua velocidade liberando consequentemente uma maior quantidade de calor antes de sair pela chaminé.
Este tipo de caldeira é construída em aço soldado eletricamente, radiografado, devendo o corpo ser submetido a tratamento térmico para alívio de tensões.
A caldeira de resistência é um vaso de pressão no qual elementos de aquecimento tipo resistência são submersos na água,este tipo de caldeira é utilizada onde se necessita baixa produção de vapor, geralmente inferiores a 3300 kg de vapor por hora, o que corresponde a uma potência consumida de 2,5 MW.
As caldeiras, a resistência de grande capacidade, tem seus elementos de aquecimento alimentadas por eletricidade em várias combinações para um melhor controle da produção de vapor. As de menor capacidade são operadas com um sistema de controle de carga tipo liga-desliga.
Neste tipo de caldeira, o vapor é produzido pela circulação da corrente através da água. Nota-se então, a importância da condutibilidade elétrica da água.
Uma baixa condutividade não produzirá o vapor previsto e uma alta condutividade fornecerá uma sobre corrente que interromperá o funcionamento da caldeira através do sistema de proteção.
Os valores típicos da condutividade da água estão entre 25 a 300 microhoms-cm, dependendo sobretudo da voltagem aplicada. Para atingir essa faixa de condutividade eventualmente pode- se necessitar de um desmineralizador de água e/ou tratamento químico.
A caldeira a eletrodo pode ainda ser classificada em baixa e alta tensão.
As caldeiras de baixa pressão possuem capacidade de produção de vapor até 4,0 t de vapor por hora ou aproximadamente 3,0 MW de consumo. Já as unidades de Alta tensão são utilizadas para produção de vapor até 75.000 kg de vapor por hora, ou aproximadamente 56 MW de consumo.
Dentre as unidades de alta tensão, há um tipo de caldeira denominada caldeira elétrica a jato de água, sua diferença está no seu princípio de funcionamento, que é o seguinte: a água armazenada na parte interior da caldeira é bombeada até o cilindro superior de onde então é jateada sobre os eletrodos caindo por gravidade e chocando-se contra eletrodos permitindo assim a passagem da corrente.
Considerando alguns elementos, faremos um comparativo entre geradores de vapor flamotubulares e aquotubulares.
Abaixo definiremos os termos de grau de combustão, e grau de vaporização específica para uma melhor compreensão.
Para carvão: Kg de carvão queimado por hora e m² de superfície de grelha (kg/m²k.G).
Para petróleo: kg de petróleo queimado por hora e m² de superfície de aquecimento (kg/m²h.s) ou m³ de câmara de combustão (kg/m³h.V).
Para caldeiras de carvão: kg de vapor produzido por hora e por m² de superfície de grelha (kg/m²k.G).
Para caldeiras de petróleo: kg de vapor produzido por hora e por m² de superfície de aquecimento (kg/m²h.S).
Os geradores aquotubulares desenvolvem um grau de combustão superior aos obtidos nas flamotubulares, isso devido ao fato da fornalha não ser parte integral da caldeira. Desta forma, amplas câmaras de combustão podem ser construídas.
Devido à disposição da superfície de aquecimento, grande parte do calor desprendido pelo combustível sendo transmitida por radiação, poderá ser obtida uma elevada vaporização específica.
Como para capacidade ou potência são consideradas outras condições, ficando dependente da extensão e posição da sua superfície de aquecimento com respeito a fornalha. Nas Aquotubulares, os tubos vaporizados permitem obter uma considerável área de aquecimento em um espaço reduzido, especialmente nas do tipo leve que são constituídas com tubos de pequeno diâmetro limitando a câmara de combustão.
Para igual capacidade, as caldeiras aquotubulares possuem um volume e peso menor que as flamotubulares. A diminuição de peso é consequência direta da eliminação dos invólucros, casco ou corpo cilíndrico de grande diâmetro e espessura, como também na redução na quantidade de água, aproximadamente, a décima parte da contida nas caldeiras cilíndricas.
As maiores caldeiras flamotubulares construídas atingem valores de pressão da ordem de 25 kg/cm². Como a espessura com que deve ser construído o casco aumenta proporcionalmente com a pressão e diâmetro, observar-se que ultrapassado determinados limites, seria necessário construir caldeiras com chapa de espessura tal que tornaria sua execução não somente difícil como custo excessivamente elevado e de peso consequentemente exagerado.
Pelas razões expostas entre outras, a pressão acima pode ser considerada como limite máximo para este tipo de gerador.
As caldeiras aquotubulares usam coletores e tubos de pequeno diâmetro, sendo construídas com placas de menor espessura, portanto mais aptas para vaporizar sob maior pressão. Para um maior valor deste parâmetro, ao diminuir o diâmetro do recipiente, a espessura do metal é capaz de suportá-la e diminui proporcionalmente.
Conforme o grau de superaquecimento do vapor que for necessário obter nos geradores aquotubulares, o superaquecedor é instalado em qualquer lugar no percurso dos gases, desde a fornalha até os canais de fumaça com o que poderão ser atingidas temperaturas maiores, no caso de caldeiras flamotubulares.
Em caldeiras flamotubulares, os superaquecedores são colocados no interior dos tubos, reduzindo a secção de passagem dos gases, o que dificulta a limpeza. Na caixa de fumaça a temperatura não é suficientemente elevada, condições estas que as tornam menos aptas que as aquotubulares para a produção de vapor superaquecido.
Os geradores aquotubulares possuem uma pequena quantidade de água por m² de superfície de aquecimento, além disso, a dilatação das diferentes partes pode efetuar-se independentemente do resto da caldeira. Elas atingirão a pressão de operação em um menor período de tempo que as tubulares. Neste tipo, o período necessário para que a dilatação se realize em forma lenta e gradual pode exceder de 24 horas em caldeiras de grandes dimensões.
Em muitos processos industriais a produção depende da geração de vapor. A parada de um equipamento deste pode gerar grandes perdas para o processo produtivo da empresa, por isso a necessidade de se preparar um plano de manutenção, visando um melhor rendimento, a vida útil do equipamento e principalmente a segurança.
Para que funcione corretamente, é necessário uma manutenção preventiva periódica rígida e ampla, pois as caldeiras trabalham em altas temperaturas, utilizando águas que podem conter impurezas e óleos combustíveis cada dia mais viscosos e impuros. Essas avarias aparecem com muita frequência, o que podem acarretar sérios problemas.
Cada item existente na caldeira exige manutenção preventiva e providências a serem tomadas a determinados intervalos de tempo, visando não só manter o equipamento operando em segurança, mas também aumentar sua vida útil e seu desempenho. As vistorias para manutenções preventivas são realizadas diariamente, semanalmente, mensalmente, trimestralmente e anualmente. São muito rigorosas, sempre atendendo às legislações e normas vigentes.
Existem vários itens que auxiliam na manutenção das caldeiras, como exemplos abaixo:
Deve haver um procedimento que inclua a coleta e execução de análises que leve em consideração a pressão de trabalho na caldeira, produção de vapor e exigências da qualidade do vapor. É recomendado no mínimo uma análise semanal de: pH, alcalinidade, dureza, fosfatos, sulfitos ou hidrazina, cloretos e sólidos totais.
Existem vários agentes de limpeza, entre o mais usado está o ácido clorídrico misturado a um inibidor que evita a corrosão acentuada das partes internas da caldeira.
Com o passar do tempo as superfícies internas acabam acumulando resíduos em suas partes, sendo recomendada uma limpeza a cada 6 anos
Baseia-se fundamentalmente em evitar a entrada de ar na caldeira. O método mais fácil de conseguir impedir esta entrada é pelo enchimento da caldeira com água. Também pode ser feito um selo com nitrogênio, que é um gás inerte. Nesse caso injeta-se N2 no espaço vazio da caldeira até uma pressão de 3 a 5 kgf/cm2.
Para que a caldeira apresente um bom funcionamento, é necessário dar uma atenção especial a água destinada a sua alimentação.
Os métodos de tratamento de água de caldeiras são classificados em, externos e internos.
O método externo é responsável pela classificação, abrandamento, desmineralização (ou troca iônica), desgaseificação e remoção de sílica.
Os métodos internos baseiam-se na eliminação da dureza, precipitação de fosfatos,tratamento com quelatos, controle de pH e da alcalinidade, eliminação do oxigênio dissolvido e controle de teor de cloretos e sólidos totais.
Após um acidente grave ocorrido durante a evolução industrial, foi percebida a necessidade de avanços nas técnicas de proteção, tanto dos operadores dos equipamentos geradores de vapor, quanto da comunidade ao redor do local.
No Brasil já existia a preocupação com a segurança das caldeiras, pois sempre foi do conhecimento de todos, os riscos de operação que elas ofereciam.
Em 22 de dezembro de 1977 foi criada a LEI Nº. 6.514, que na seção XII (das caldeiras, fornos e recipiente de pressão) Artigo 187 e 188 que nos dizem brevemente sobre dispositivos de seguranças e inspeções regulares.
Somente em 1978 foi criada pelo Ministério do Trabalho e Emprego a norma regulamentadora NR-13 sobre caldeiras e vasos de pressão, cujo atendimento às suas exigências tornou-se condição legal para o seu funcionamento em qualquer unidade industrial. O descumprimento desta norma implicará em multas ou em casos mais graves a interdição.
Segundo a NR 13 caldeiras e vasos de pressão (redação dada pela Portaria SSST n.º 23, de 27 de dezembro de 1994), caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosferica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo.
Pressão Máxima de Trabalho Permitida - PMTP ou Pressão Máxima de Trabalho Admissível - PMTA é valor maior de pressão compatível com o código de projeto, resistência dos materiais utilizados, dimensões do equipamento e seus parâmetros operacionais.
A falta de qualquer um dos itens seguintes constitui risco grave e iminente: válvula de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior a PMTA; instrumento que indique a pressão do vapor acumulado; injetor ou outro meio de alimentação de água, independente do sistema principal, em caldeiras combustível sólido; sistema de drenagem rápida de água, em caldeiras de recuperação de álcalis; sistema de indicação para controle do nível de água ou outro sistema que evite o superaquecimento por alimentação deficiente.
Toda caldeira deve ter afixado em seu corpo, em local de fácil acesso e bem visível, placa de identificação com as seguintes informações: fabricante; número de ordem dado pelo fabricante da caldeira; ano de fabricação; pressão máxima de trabalho admissível; pressão de teste hidrostático; capacidade de produção de vapor; área de superfície de aquecimento; código de projeto e ano de edição.
Deverá constar também em local visível, a categoria da caldeira definida como: categoria A, caldeiras cuja pressão de operação é igual ou superior a 1960 kPa (19.98 Kgf/cm²); categoria C, caldeiras 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 litros; categoria B, são todas as caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.
O projeto de instalação deve obedecer aos aspectos de saúde e meio ambiente e devem ser instaladas em locais específicos determinados "Área de Caldeiras".
Para caldeira instalada em ambiente aberto, a "Área de Caldeiras" deverá satisfazer os seguintes requisitos: estar afastada de, no mínimo, 3 (três) metros de outras instalações do estabelecimento, de depósitos de combustíveis, excetuando-se reservatórios para partida com até 2000 litros de capacidade, do limite de propriedade de terceiros e do limite com as vias públicas; dispor de pelo menos duas saídas amplas, permanentemente desobstruídas e dispostas em direções distintas; dispor de acesso fácil e seguro, necessário à operação e à manutenção da caldeira, sendo que, para guarda-corpos vazados, os vãos devem ter dimensões que impeçam a queda de pessoas; 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; dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes; ter sistema de iluminação de emergência caso operar à noite.
Quando a caldeira estiver instalada em ambiente fechado a "Casa de Caldeiras" deverá satisfazer os seguintes requisitos: construir prédio separado, construído de material resistente ao fogo, podendo ter apenas uma parede adjacente a outras instalações do estabelecimento, porém com as outras paredes afastadas de, no mínimo, 3 metros de outras instalações, do limite de propriedade de terceiros, do limite com as vias públicas e de depósitos de combustíveis, excetuando-se reservatórios para partida com até 2.000 litros de capacidade; dispor de pelo menos duas saídas amplas, permanentemente desobstruídas e dispostas em direções distintas; dispor de ventilação permanente com entradas de ar que não possam ser bloqueadas; dispor de sensor para detecção de vazamento de gás quando se tratar de caldeira a combustível gasoso; não ser utilizada para qualquer outra finalidade; dispor de acesso fácil e seguro, necessário à operação e à manutenção da caldeira, sendo que, para guarda-corpos vazados, os vãos devem ter dimensões que impeçam a queda de pessoas; 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; dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes e ter sistema de iluminação de emergência.
Para manter a segurança na operação da caldeira, deverá a mesma possuir "Manual de Operação" atualizado em língua portuguesa em local de fácil acesso contendo: procedimentos de partidas e paradas; procedimentos e parâmetros operacionais de rotina; procedimentos para situações de emergência e 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 deverá ser controlada e tratamentos implementados para compatibilizar as propriedades físico-químicas, uma vez que, a qualidade da água interfere na vida útil da caldeira.
Para garantir a segurança na manutenção de caldeiras, os reparos ou alterações devem respeitar o respectivo código do projeto de construção juntamente com as recomendações do fabricante referente a: materiais, procedimentos de execução, procedimentos de controle de qualidade e qualificação e certificação de pessoal.
Quando o código do projeto não for reconhecido, deverá ser respeitada a concepção original da caldeira.
Projetos de alterações deverão ser concebidos nas seguintes situações: sempre que as condições de projeto forem modificadas e sempre que forem realizados reparos que possam comprometer a segurança.
Intervenções que exijam mandrilamento ou soldagem em partes que operem sob pressão devem ser seguidos de teste hidrostático.
As inspeções de segurança nas caldeiras deverá ser inicial, periódica ou extraordinária.
A inspeção inicial de segurança deverá ser feita em caldeiras novas, antes da entrada em funcionamento, no local de operação, devendo compreender exame interno e externo, teste hidrostático e de acumulação.
A inspeção periódica constituída de exame interno e externo deverá ser executada nos seguintes prazos: 12 meses para caldeiras das categorias "A", "B" e "C"; 12 meses para caldeiras de recuperação de álcalis de qualquer categoria; 24 meses para caldeiras da categoria "A", desde que aos 12 meses sejam testadas as pressões de abertura das válvulas de segurança; 40 meses para caldeiras especiais (utilizam gases e resíduos de processo como combustível principal).
Quando a caldeira completar 25 anos de uso deverá ser submetida à rigorosa avaliação de integridade para determinar a sua vida remanescente e novos prazos para inspeção, caso, estejam em condições de uso.
Válvulas de segurança instaladas em caldeiras devem ser inspecionadas: pelo menos uma vez por mês, mediante acionamento manual da alavanca, em operação, para caldeiras das categorias "B" e "C"; desmontando, inspecionando e testando em bancada as válvulas flangeadas e, no campo, as válvulas soldadas, recalibrando-as numa freqüência compatível com a experiência operacional da mesma, porém respeitando-se como limite máximo o período de inspeção estabelecido nas inspeções periódicas da caldeira.
Inspeção de segurança extraordinária deverá ser feita: sempre que a caldeira for danificada por acidente ou outra ocorrência capaz de comprometer sua segurança; quando a caldeira for submetida à alteração ou reparo importante capaz de alterar suas condições de segurança; antes de a caldeira ser recolocada em funcionamento, quando permanecer inativa por mais de 6 meses; quando houver mudança de local de instalação da caldeira.
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) na NBR-12177 (antiga NB-55) trata dos procedimentos de como fazer as inspeções, e a NB-227, dos códigos para projeto e construção de caldeiras estacionárias.
Existem muitos pontos em comuns entre a NBR-12177 e a NR-13, entretanto no que diz respeito à inspeções, encontra-se de forma mais detalhada na NBR-12177 como: exames do "Prontuário da Caldeira" e dos "Relatórios de Inspeção", Exames externos e internos, atualização da PMTA, ensaio hidrostático e ensaios complementares.
Outras entidades como o INMETRO, IBP e a ABIQUIM, tem procurado contribuir elaborando estudos e pesquisas sobre aspectos de segurança em caldeiras.
Reconhecido internacionalmente como o documento técnico que fornece as informações necessárias para a construção e operação de caldeiras e vasos de pressão, o Código ASME BPVC (Boiler & Pressure Vessel Code) constituem pontos críticos da infra-estrutura do processo de produção nas indústrias em geral, principalmente dos setores petroquímico e siderúrgico. Por este motivo necessitam de atenção especial no que se refere à especificação de material, inspeções e procedimentos de segurança, para que não haja risco de acidentes e perdas para a organização e todos os envolvidos.
