Perguntas e respostas sobre o projeto de vasos de pressão (II)

Thread Content

Pergunta 1: Como escolher os materiais de soldagem para a união de metais diferentes? Resposta: Soldagem de aços inoxidáveis austeníticos com aços ferríticos (incluindo aços de baixo carbono, aços de alta resistência com baixa liga, aços resistentes ao calor de tipo perlítico e aços inoxidáveis ferríticos). (1) Na soldagem de aços ferríticos, deve-se utilizar, sempre que possível, materiais de solda com a mesma estrutura e composição. Mas, ao considerar o uso de materiais de soldagem do tipo austenítico, com o objetivo de eliminar o tratamento térmico necessário para reduzir as tensões pós-soldagem ou melhorar o processo de soldagem, devem ser levados em conta os seguintes fatores: 1) Existe uma grande diferença no coeficiente de expansão linear entre o aço austenítico e o aço ferrítico. Em condições de alta temperatura ou quando há mudanças frequentes de temperatura, devem-se levar em conta as tensões térmicas que podem surgir como consequência disso ； 2) Durante o processo de soldagem por fusão, a migração de carbono que ocorre na linha de junção entre o metal da solda austenítica e o material base de aço ferrítico gera uma camada de descarbonização (no lado do material base de aço ferrítico) e uma camada de carbonetação (no lado do metal austenítico fundido). Isso leva a uma redução na resistência e na plasticidade em altas temperaturas. (2) Ao usar materiais de solda do tipo austenítico para soldar aço ferrítico, a temperatura de pré-aquecimento pode ser reduzida em aproximadamente 100°C em comparação com o uso de materiais de solda com composição química semelhante para soldar aço ferrítico. Geralmente, não é necessário realizar tratamento térmico após a soldagem. (3) Para a soldagem em junção ou ângulo entre aços inoxidáveis austeníticos e aços ferríticos, geralmente deve-se utilizar o eletrodo A302. No entanto, quando a temperatura de uso é superior a 450–550°C, e a junta soldada está sujeita a altos níveis de tensão, devem ser utilizados eletrodos austeníticos ricos em níquel, como A502, A507 e A607. Quando a temperatura de uso é superior a 550°C e a junta soldada está sujeita a altos níveis de tensão, devem ser utilizados materiais de solda à base de níquel. Na soldagem por arco com eletrodo, podem ser utilizados os materiais ENiCrFe-3 e ENiCrFe-2, que atendem às especificações da AWS A5.11. Pergunta 2: Quais são os requisitos para o projeto de ambientes sujeitos à corrosão por hidrogênio? Resposta: (1) Ambiente de corrosão – Um ambiente de corrosão por hidrogênio existe quando a temperatura de projeto dos recipientes sob pressão químicos é maior ou igual a 200°C, e esses recipientes entram em contato com uma atmosfera de hidrogênio. Em ambientes de corrosão por hidrogênio, quando coexistem fatores como corrosão por enxofre em altas temperaturas, deformação plástica em altas temperaturas, efeito multiplicador entre deformação plástica e corrosão por hidrogênio, além da fragilidade decorrente do revenimento, também é necessário levar em consideração o impacto desses fatores nas propriedades mecânicas do aço em altas temperaturas. (2) Requisitos e restrições dos materiais 1) O estado de uso do aço em ambientes de corrosão por hidrogênio deve estar de acordo com as especificações padrão, e deve-se realizar um tratamento térmico para eliminar as tensões residuais após a soldagem ； 2) Os limites de temperatura de uso do aço ferrítico em ambientes de corrosão por hidrogênio são determinados de acordo com a curva de Nelson, devendo haver uma margem de segurança de pelo menos 20°C acima dessa temperatura ； 3) O aço inoxidável austenítico não sofre corrosão por hidrogênio quando utilizado nas temperaturas e pressões parciais de hidrogênio indicadas na curva de Nelson; portanto, não é necessário realizar tratamento térmico para remoção de tensões residuais após a soldagem. Pergunta 3: Quando é necessário realizar um tratamento térmico para restaurar as propriedades mecânicas? Resposta: Para restaurar as propriedades mecânicas dos materiais que foram perdidas devido à endurecimento por frio, a norma GB150.4 estipula que os componentes sob pressão que atendem a determinadas condições devem passar por um tratamento térmico para restaurar suas propriedades mecânicas. O tratamento térmico para restaurar as propriedades mecânicas e o tratamento térmico para eliminar tensões após a soldagem ambos pertencem ao tipo de revenimento desestressante (revenimento a baixa temperatura). Portanto, quando necessário, é possível realizar simultaneamente o tratamento térmico para restaurar as propriedades mecânicas das matérias-primas e o tratamento térmico pós-soldagem para eliminar tensões nos produtos de recipientes sob pressão. Os requisitos de tratamento térmico para restaurar as propriedades mecânicas dos materiais são facilmente negligenciados no projeto das seções curtas dos orifícios de acesso nos recipientes. Pergunta 4: O que é o tratamento de remoção de hidrogênio após a soldagem? Resposta: Durante o processo de soldagem, o hidrogênio presente na vara de solda, no fluxo de solda e na umidade do ar é decomposto em átomos em altas temperaturas, sendo assimilado pelo metal líquido. Quando a solda esfria, a solubilidade do hidrogênio no aço diminui drasticamente. Como a solda esfria rapidamente, o hidrogênio não tem tempo de se liberar e permanece no metal da solda. Com o passar do tempo, ele se acumula na própria solda ou na linha de junção. Ao se acumularem em certa quantidade, sob a ação das tensões de soldagem, isso pode causar fissuras frias na zona de solda ou na área afetada pelo calor, ou seja, fissuras de desenvolvimento retardado. Portanto, é necessário pré-aquecer o eletrodo de solda, e após a soldagem, o cordão de solda deve ser submetido a um tratamento térmico a 200°C. O tempo necessário para esse tratamento é normalmente de 16 horas. Dessa forma, é possível reduzir a velocidade de resfriamento do cordão de solda, permitindo que o hidrogênio seja completamente eliminado. Esse processo é chamado de tratamento de remoção de hidrogênio pós-soldagem. Recipientes que necessitam de tratamento de remoção de hidrogênio após a soldagem, podem ser isentos desse tratamento se o tratamento térmico for realizado imediatamente após a soldagem. Pergunta 5: Qual é o problema da densidade do meio em cálculos de recipientes horizontais? Resposta: A densidade do meio deve ser a densidade do meio real, e não a densidade da água. Pergunta 6: Se os recipientes sob pressão feitos de chapa composta de aço inoxidável austenítico atenderem aos requisitos da norma GB150, quais são as condições necessárias para realizar um tratamento térmico de eliminação de tensões? Como resolver esse tipo de problema? Resposta: Se o equipamento for feito de placas compostas de aço inoxidável austenítico, para resistir à corrosão intergranular causada por certos meios químicos, deve-se ter cautela ao decidir se é necessário realizar um tratamento térmico de eliminação de tensões. Isso porque a temperatura utilizada nesse tratamento (620 °C ± 20 °C) coincide exatamente com a faixa de sensibilização do aço inoxidável (400 °C a 850 °C). Essa temperatura pode causar uma redução na quantidade de cromo nos cristais do aço inoxidável, diminuindo assim sua capacidade de resistir à corrosão intergranular. Portanto, não se recomenda a realização desse tratamento. Na fabricação, pode-se considerar o uso de eletrodos pequenos, corrente baixa e várias passagens de solda. Se for apenas por motivos de limpeza, pode-se considerar a realização de um tratamento de eliminação de tensões. Pergunta 7: É possível usar juntas de revestimento metálico nas flanges do tipo A de reservatórios sob pressão? Resposta: Nas flanges de solda plana do tipo A, de acordo com as exigências para flanges de recipientes sob pressão, só podem ser utilizados juntas flexíveis não metálicas; usar juntas em espiral é um erro. Já nas flanges do tipo B e de pescoço alto, é possível utilizar juntas em espiral. As flanges do tipo A, assim como as flanges de tubo do tipo PL, possuem baixa rigidez e um desempenho de vedação deficiente. Se o meio contido for extremamente ou altamente perigoso, ou se não for permitida nenhuma vazamento, então é apropriado utilizar flanges de pescoço alto, acompanhadas de juntas em forma de rolo ou juntas revestidas de metal. Pergunta 8: Quais são os problemas de projeto estrutural dos trocadores de calor com placa de tubos fixa em posição vertical? Resposta: Nos trocadores de calor com placa de tubos fixa em posição vertical, deve-se utilizar, sempre que possível, suportes do tipo “orelha”, localizados na estrutura externa do trocador. O plano de suporte dos suportes em forma de “orelha” dos trocadores de calor com placa de tubos fixa verticalmente deve, geralmente, estar acima do centro de gravidade do equipamento e dos dispositivos de expansão. Nos trocadores de calor com placa de tubos fixa em posição vertical, os tirantes de fixação devem ter sua extremidade fixa localizada na placa de tubos superior, desde que isso atenda aos requisitos de montagem, independentemente de a entrada do meio no lado do casco estar localizada na parte superior ou inferior. Pergunta 9: Qual é o projeto estrutural das placas de suporte no lado do reservatório de um condensador com placa de tubos fixa em posição horizontal, quando o meio de condensação passa por ele? Resposta: Do ponto de vista da transferência de calor, um condensador no lado do casco, através do qual passa o meio de condensação, não necessita de placas de deflexão. No entanto, para aumentar a rigidez dos tubos de troca de calor e evitar que ocorra uma flexão excessiva ou vibrações nos tubos, quando o comprimento sem suportes dos tubos excede os valores estabelecidos nas normas, é necessário instalar um pequeno número de placas de suporte. As placas de suporte devem ser dispostas verticalmente, para os lados, e deve haver uma abertura para o fluido na parte mais baixa.