Determinação da pressão de teste para o lado do casco do trocador de calor de tipo tubo-casco

Isso se refere a trocadores de calor com placa de tubos fixa, sendo aplicado principalmente à seleção da pressão de teste hidrostático para as extremidades dos tubos

Porque, se a pressão de projeto do lado do casco for baixa, a pressão de teste do lado do casco será naturalmente menor do que a pressão de teste do lado dos tubos. Se, durante o teste de pressão no lado do casco, não houver umidade nas conexões dos tubos, isso não garante que não haverá umidade nessas conexões durante o teste de pressão. A razão é bem simples: durante os testes de pressão dos recipientes sob pressão, isso costuma acontecer. Quando a pressão atinge 10 atm/cm², as juntas soldadas não vazam. Mas, quando a pressão sobe para 11 atm/cm², as juntas soldadas começam a vazar de repente. Portanto, diante dessa situação, ao projetar a camada externa, é necessário levar em consideração que a pressão de teste da camada externa deve ser maior ou igual à pressão de teste da camada interna.

Ao realizar o teste de resistência à pressão no lado dos tubos, não é possível verificar as conexões entre os tubos. Se a pressão no lado dos tubos for maior do que a do lado do revestimento, mesmo que as conexões estejam em bom estado durante o teste no lado do revestimento, não se pode garantir que estejam também em bom estado durante o teste no lado dos tubos.

Nos últimos anos, uma empresa de engenharia estrangeira, ao elaborar as especificações para os trocadores de calor de um projeto em nosso país, propôs que, nos trocadores de calor cujas pressões de projeto dos lados do tubo e da carcaça são muito diferentes, a pressão de projeto do lado com menor pressão deveria ser aumentada até que a pressão utilizada nos testes hidrostáticos seja igual à pressão de projeto do lado com maior pressão (o chamado princípio 2/3). Desde então, algumas empresas de engenharia do país também passaram a incluí-la em seus regulamentos de engenharia. O princípio 2/3 tem origem na seção D2.1 do Anexo D da norma API 660-2003 “Padrões para trocadores de calor de tipo shell and tube” (Referências – Práticas recomendadas). O texto do item D2.1 é o seguinte: “Os tubos de troca de calor na unidade de alta pressão falham.” Se o trocador de calor estiver sujeito a uma grande diferença de pressão operacional entre o lado do casco e o lado dos tubos, deve-se levar em consideração o impacto da falha nos tubos de troca de calor. Nota: Para detalhes, consulte as referências (4) e (5). ” A referência (4) é a API RP 521-1997, “Guia para sistemas de alívio e redução de pressão”. A referência (5) é “Sociedade Petrolífera – Projeto e operação segura de trocadores de calor de tipo tubo-shell diante de falhas nos tubos de troca de calor”. Atualmente, já encontramos a referência (4), mas ainda não encontramos a referência (5). Na referência (4), o item 3.18 trata de falhas nos equipamentos de troca de calor. O subitem 3.18.2 diz o seguinte: “É muito raro que todos os tubos se rompam, fazendo com que uma grande quantidade de material sob alta pressão chegue ao lado do trocador de calor com pressão mais baixa. No entanto, acidentes são possíveis.” Vazamentos menores podem causar pouco excesso de pressão durante a operação do trocador de calor, pois a pressão padrão do teste de pressão hidráulica é de 150% da pressão de projeto do equipamento. Falha no equipamento: em outras palavras, quando o lado de baixa pressão (incluindo os sistemas a montante e a jusante) é projetado para operar com uma pressão mínima de 2/3 da pressão de projeto do lado de alta pressão, não é possível que haja perda de margem de segurança do lado de baixa pressão para a pressão atmosférica, devido à ruptura dos tubos. Quando existe uma diferença real entre a pressão de projeto e a pressão de operação no lado de alta pressão do trocador de calor, pode-se considerar o uso da maior pressão possível do sistema, em vez da pressão de projeto para o lado de alta pressão, baseada em cada condição operacional individual. Quando a pressão de teste real no lado de baixa pressão for inferior a 150% da pressão projetada (referindo-se aos dados segundo o princípio de 2/3), essa pressão mais baixa deve ser utilizada para determinar se é necessária proteção contra pressões excessivas. Quando o lado de baixa pressão do trocador de calor (incluindo os sistemas a montante e a jusante) é projetado de acordo com o princípio de 2/3 mencionado acima, não é necessário haver uma válvula de alívio em caso de ruptura dos tubos. Para instalações novas, aumentar a pressão de projeto no lado de baixa pressão pode reduzir os riscos. Quando se considera que se está próximo desse limite, os sistemas de tubulações e equipamentos a montante e a jusante devem ser estimados. ” Um ponto a esclarecer: a pressão padrão para os testes de pressão hidráulica é de 150% da pressão de projeto do equipamento, conforme estabelecido nas normas ASME antes de 1999. O chamado princípio 2/3 significa que a pressão de projeto do lado de baixa pressão deve ser igual ou maior que 150% da pressão de projeto do lado de alta pressão. Em outras palavras, a pressão de projeto do lado de baixa pressão deve ser igual ou maior que 100/150 (2/3) da pressão de projeto do lado de alta pressão. As normas atuais da ASME alteraram o valor de 150% para 130%. Portanto, o princípio de 2/3 também deve ser ajustado, passando a ser o princípio de 100/130 (10/13). De acordo com a **norma nacional GB150**, a pressão de teste hidrostático deve ser 125% da pressão de projeto do equipamento. De acordo com o chamado princípio de 2/3, a pressão de projeto do lado de baixa pressão deve ser igual ou maior que 100/125 (4/5) da pressão de projeto do lado de alta pressão. Portanto, esse princípio de 2/3 também deve ser alterado para 100/125 (4/5). Portanto, se o trocador de calor precisar ser projetado de acordo com as normas ASME, a pressão de projeto do lado de baixa pressão deve ser maior ou igual a 100/130 (10/13) da pressão de projeto do lado de alta pressão ； Se o trocador de calor precisar ser projetado de acordo com as normas chinesas GB150, a pressão de projeto do lado de baixa pressão deve ser maior ou igual a 100/125 (4/5) da pressão de projeto do lado de alta pressão. (Para facilitar, as explicações a seguir continuarão a utilizar o princípio de 2/3.) De acordo com as disposições do parágrafo 3.18.2 da API RP 521-1997, podem-se extrair as seguintes conclusões: ⑴ Quando a pressão de projeto do lado de baixa pressão do trocador de calor (incluindo os sistemas a montante e a jusante) é definida como pelo menos 2/3 da pressão de projeto do lado de alta pressão, não é necessário adotar medidas de proteção contra excesso de pressão em caso de ruptura dos tubos no lado de baixa pressão. ⑵ Quando a pressão de projeto do lado de baixa pressão do trocador de calor (incluindo os sistemas a montante e a jusante) é menor que 2/3 da pressão de projeto do lado de alta pressão, é necessário considerar medidas de proteção contra sobrepressão, em caso de ruptura dos tubos, no lado de baixa pressão do trocador de calor (incluindo os sistemas a montante e a jusante). ⑶ Quando o lado de baixa pressão do trocador de calor (incluindo os sistemas a montante e a jusante) já dispõe de medidas de alívio de pressão para proteção contra sobrepressão, não é necessário que a pressão de projeto desse lado seja pelo menos 2/3 da pressão de projeto do lado de alta pressão. Com base nos pontos mencionados acima, torna-se crucial saber se, nos equipamentos químicos que projetamos atualmente, foi implementada alguma medida de proteção contra pressões excessivas no lado de baixa pressão do trocador de calor (incluindo os sistemas a montante e a jusante). Se não houver medidas de alívio de pressão para proteção contra superpressão no lado de baixa pressão do trocador de calor (incluindo os sistemas a montante e a jusante), então é necessário que a pressão de projeto desse lado seja pelo menos 2/3 da pressão de projeto do lado de alta pressão ； Se o lado de baixa pressão do trocador de calor (incluindo os sistemas a montante e a jusante) já dispõe de medidas de alívio de pressão para proteção contra sobrepressão, então não é necessário que a pressão de projeto desse lado (incluindo os sistemas a montante e a jusante) seja pelo menos 2/3 da pressão de projeto do lado de alta pressão ； Se os equipamentos e tubulações dos sistemas localizados a montante e a jusante do lado de baixa pressão do trocador de calor já possuem medidas de proteção contra sobrepressão, mas o projeto do trocador de calor não leva em consideração pelo menos 2/3 da pressão de projeto do lado de alta pressão, então usar apenas 2/3 da pressão de projeto do lado de alta pressão para o lado de baixa pressão do trocador de calor não traz nenhum benefício, além de aumentar o custo do mesmo. Com base na análise acima, os vários sistemas de fluxo de materiais em instalações químicas utilizam uma pressão de projeto determinada de acordo com as condições operacionais específicas de cada sistema. Além disso, foram implementadas medidas de proteção contra sobrepressão em cada um desses sistemas. Portanto, não há necessidade de aumentar a pressão de projeto no lado de baixa pressão dos trocadores de calor. Em 2008, as normas técnicas para trocadores de calor de tipo shell-and-tube da Sinopec, elaboradas pelo departamento de engenharia da empresa, já haviam removido as disposições relacionadas ao “princípio 2/3”. Em julho de 2009, recebi uma carta de um dos designers da empresa estrangeira mencionada anteriormente. Nessa carta, ele explicava que a abordagem adotada pela empresa em relação ao “princípio 2/3” era a de não levá-lo em consideração, a menos que o cliente insistisse fortemente e apresentasse motivos suficientes para que tal princípio fosse aplicado.

Se a diferença for pequena, não há problema em levá-lo adiante. Mas, se a diferença for grande, seria possível realizar um teste de detecção de vazamentos de amônia?