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Considerações e sugestões de racionalidade no projeto de tubulações para a indústria petroquímica. Gestão da segurança durante o processo de transferência. Com o contínuo desenvolvimento da indústria petrolífera em nosso país, a escala das instalações petroquímicas também está aumentando, o que faz com que as exigências relativas ao projeto das tubulações dessas instalações se tornem cada vez mais rigorosas. As tubulações de petroquímica, como equipamentos especiais para o transporte de materiais, desempenham o papel de conectar diversos equipamentos e instalações relacionadas, permitindo que as instalações petroquímicas funcionem como um todo integrado. Além disso, elas oferecem uma proteção importante para o transporte seguro de vários tipos de fluidos. Mas, no trabalho real de projeto de tubulações, vários fatores, como os diferentes tipos de tubulações e as condições de uso, afetam significativamente a segurança do projeto das tubulações. Portanto, os projetistas de tubulações precisam criar um sistema que atenda aos requisitos estabelecidos. Para isso, é necessário levar em consideração vários fatores. É especialmente importante prestar atenção às precauções necessárias no projeto das tubulações, adotando medidas eficazes para garantir que o design seja seguro e durável, além de ser razoável do ponto de vista da segurança. Fatores que afetam a segurança das tubulações: Corrosão. A corrosão é a destruição do material das tubulações causada por reações químicas com os agentes presentes no ambiente ao redor delas. Isso afeta significativamente a segurança das tubulações. As formas de degradação dos tubos causadas pela corrosão incluem corrosão por estresse, corrosão uniforme, corrosão localizada e corrosão atmosférica. Devido às diferentes condições ambientais em que os vários materiais de tubulação estão expostos, seu grau de resistência à corrosão também varia. O ambiente em que os tubos se encontram costuma ser bastante complexo e propenso a mudanças. Além disso, os próprios materiais apresentam certas deficiências, o que torna a corrosão ainda mais difícil de prever e controlar. Danos físicos: Os danos físicos nos oleodutos se manifestam principalmente em duas formas: ruptura por fragilidade em baixas temperaturas e destruição em altas temperaturas. Em condições de baixa temperatura, quando a temperatura do material dos tubos fica abaixo de sua temperatura de transição frágil, isso pode causar uma redução na tenacidade ao impacto, levando assim a rupturas frágeis. Em altas temperaturas, as propriedades dos materiais utilizados em tubulações sofrem mudanças negativas. Por exemplo, ocorre deformação por fluxo, além da grafitação do aço carbono e dos aços com fase de carbono, bem como da fragilização decorrente do revenimento. Tudo isso pode levar à enfraquecimento e fragilização dos materiais utilizados nas tubulações. Ao mesmo tempo, os materiais metálicos utilizados em tubulações tendem a sofrer fadiga quando expostos a cargas alternadas ou a variações cíclicas de temperatura, o que pode causar deformações e até mesmo rupturas no metal, afetando gravemente a segurança das tubulações utilizadas na indústria petroquímica. Efeito de vedação Atualmente, para a vedação de tubulações na indústria petroquímica, são utilizadas principalmente as vedações por flanges e as vedações em válvulas, com o objetivo de evitar a corrosão e vazamentos nas tubulações, garantindo assim sua segurança. A vedação do flange é resultado da ação conjunta de três componentes: o próprio flange, os parafusos e as buchas. A rigidez do flange, o tipo da superfície de vedação e as propriedades das buchas influenciam diretamente no desempenho da vedação. Além disso, se o tubo sofrer algum deslocamento, isso também afetará a eficácia da vedação do flange, comprometendo assim a segurança do tubo. As vazamentos em válvulas podem ser divididos em vazamentos internos e externos. De acordo com estatísticas, cerca de 2/3 dos vazamentos ocorrem nas válvulas e nas flanges. Os vazamentos afetam diretamente a segurança das tubulações, podendo até causar consequências ainda mais graves. Portanto, é de grande importância adotar medidas eficazes para evitar vazamentos em válvulas e flanges, visando garantir a segurança das instalações petroquímicas. Considerações no projeto de tubulações: Escolha adequada dos materiais. A escolha dos materiais para tubulações na indústria petroquímica, especialmente os materiais metálicos, afeta aspectos como a segurança das tubulações, suas manutenções e reformas técnicas. A utilização de materiais inadequados pode causar explosões ou outros acidentes de segurança. Portanto, é muito importante escolher os materiais adequados para as tubulações. Para conexões de flanges feitas de materiais diferentes, devem ser utilizados selos adequados a cada material. As flanges de alta qualidade exigem o uso de selos metálicos, para suportar maiores pressões de vedação; já para as flanges de baixa dureza, os parafusos devem ser de alta qualidade. O design da estrutura de suporte deve ser estável. Um design inadequado da estrutura de suporte pode causar danos no funcionamento dos tubos ou nos equipamentos rotativos. O design da estrutura de suporte e o design dos tubos estão intimamente relacionados; portanto, a estrutura de suporte deve ser mantida estável. Ao projetar as estruturas de suporte, deve-se tentar reduzir o uso de suportes com molas. Esses suportes são difíceis de instalar e tendem a falhar com o tempo. Durante a instalação desses suportes, não se deve remover os pinos de fixação de maneira arbitrária. Ao longo dos tubos da torre, geralmente é instalado apenas um suporte de sustentação. Se o primeiro suporte não conseguir suportar o peso suficiente, então é adicionado um segundo suporte em forma de mola. Além disso, são instalados suportes guia a intervalos regulares. Os suportes geralmente possuem um certo ângulo de inclinação. A instalação de muitos suportes em um tubo longo pode afetar a estabilidade do mesmo. O layout dos tubos deve ser bem planejado. No projeto de tubulações em indústrias petroquímicas, é necessário levar em consideração os requisitos relacionados à instalação dos tubos, às manutenções, aos processos e ao arranjo dos equipamentos, de modo a garantir um layout científico e racional. A margem de segurança no projeto dos dutos deve estar entre 20% e 30%. Os dutos sujeitos a esforços térmicos devem ser dispostos nos dois lados. Para evitar que o líquido condensado no tubo principal caia nos tubos secundários, e também para reduzir a pressão de retorno do válvula de segurança, a saída da válvula de segurança deve ser inserida no tubo de alívio de pressão em um ângulo de 45 graus, partindo da parte superior e seguindo a direção do fluxo. Os tubos de revestimento devem ser feitos de tubos sem costuras ou com soldas sem costuras; a distância entre as soldas dos tubos internos deve ser superior a 2 metros. Além disso, eles devem passar por testes para serem considerados adequados antes que o tubo externo possa ser montado. O tubo de entrada da bomba deve ser o mais curto e reto possível. Devem ser utilizados conexões excêntricas para evitar a acumulação de gás, garantindo assim a ausência de bolsas de gás ou líquido. Foco na inspeção dos materiais: após a chegada dos materiais para tubulações ao local, é necessário realizá-los primeiro, a fim de garantir sua quantidade e qualidade. Caso faltem materiais, deve-se procurar imediatamente o fabricante responsável para negociar a reposição deles. Quanto aos materiais que não atendem aos padrões de qualidade, eles devem ser enviados para reavaliação pelas autoridades competentes, a fim de evitar atrasos e trabalhos repetidos devido à falta ou à insuficiência dos materiais. Todos os materiais de tubulações metálicas devem passar por testes de pressão com água e de estanqueidade. As válvulas, por sua vez, são submetidas a testes de pressão com água e a inspeções aleatórias, dependendo do nível de segurança exigido. A racionalidade no projeto de tubulações industriais: O projeto de tubulações desempenha um papel importante nas fábricas químicas. Os princípios básicos do seu design não mudam, mas, além dos problemas mencionados anteriormente, é necessário conhecer bem as normas aplicáveis e os conhecimentos gerais relacionados ao assunto. Além disso, é preciso entender profundamente os diagramas técnicos, a fim de atender às exigências do processo de produção. Divisão dos materiais e classes das tubulações de processo: Nos complexos petroquímicos, devido às diferenças significativas de pressão e temperatura entre os sistemas de alta pressão e os de baixa pressão, é necessário estabelecer pontos de separação de acordo com as classes das tubulações utilizadas nos sistemas de baixa pressão, ao se conectar esses sistemas. Se não houver circunstâncias especiais, as divisões são feitas de acordo com as especificações do P&ID. Caso haja circunstâncias especiais, é necessário fazer as alterações necessárias, de acordo com as condições locais, a fim de definir corretamente os pontos e linhas de demarcação. A decomposição por níveis geralmente se divide nos seguintes 3 casos: primeiro, os níveis de pressão são os mesmos, mas os materiais são diferentes, como mostrado na Figura 1. Em segundo lugar, o material é o mesmo, mas os níveis de pressão são diferentes, como mostrado na Figura 2. Terceiro, os níveis de pressão e os materiais são diferentes, conforme mostrado na Figura 3. Como pode ser visto na Figura 1, em geral, as flanges e os juntas são feitos de materiais de baixa qualidade, enquanto os parafusos e as válvulas são feitos de materiais de alta qualidade ； Como pode ser visto na Figura 2, as flanges, buchas, parafusos e válvulas devem ser feitos de materiais resistentes a altas pressões ； Conforme pode ser visto na Figura 3, as flanges e as buchas são feitas de material de alta pressão do tipo a, enquanto os parafusos e as válvulas são feitos de material de alta pressão do tipo b. No processo de instalação, o projeto das tubulações entre as torres e os recipientes deve levar em consideração os princípios de design, bem como as exigências específicas do processo na indústria petroquímica. Divide-se principalmente no arranjo dos tubulações entre a coluna de destilação e o tanque de refluxo, e no arranjo dos tubulações entre a coluna de destilação e a coluna de stripping. Disposição dos tubos entre a coluna de destilação e o tanque de refluxo: Quando a pressão na parte superior da coluna de destilação é controlada por um bypass térmico, é necessário levar em consideração a necessidade de que o bypass seja curto e sem curvas. Por isso, a válvula de regulação deve ser instalada acima do tanque de refluxo, como mostrado na Figura 4. O arranjo dos tubos entre a coluna de destilação e a coluna de stripping: em geral, deve haver um conjunto de válvulas de regulação na coluna de destilação. Esse conjunto de válvulas deve ser instalado perto da coluna de stripping, para garantir que as válvulas de regulação tenham uma coluna de líquido suficiente, como mostrado na Figura 5. De acordo com as condições específicas, os tubos para o fluxo bifásico de vapor e líquido devem ser dispostos de maneira adequada. Ao projetar esses tubos, as válvulas de regulação devem ser colocadas o mais próximo possível do recipiente que recebe o meio fluido, a fim de reduzir a pressão no tubo e evitar vibrações. Além disso, os tubos não podem ser instalados de forma aleatória; é necessário realizar um projeto adequado com base nas condições reais, como mostrado na Figura 6. Racionalidade do layout de tubulações e válvulas. O layout de tubulações e válvulas deve ser analisado sob dois aspectos: a localização dos pontos de amostragem e a configuração das linhas de purga a vapor. Primeiramente, a localização dos pontos de amostragem. É necessário atender aos requisitos de projeto da tecnologia relacionada, instalá-lo na tubulação principal e, à frente dos ramais, evitando a coleta de amostras em locais de difícil acesso ou na parte inferior das tubulações horizontais. É preciso garantir que as amostras coletadas sejam representativas. Em segundo lugar, a instalação dos tubos de purga a vapor. Esse tipo de tubulação é bastante comum em instalações químicas. Seu principal objetivo é detectar e identificar vazamentos. Em relação aos diferentes tipos de tubulações utilizadas nos processos industriais, deve-se conectar linhas de purga a vapor. A vantagem dessa abordagem é que, caso ocorra um vazamento em uma das tubulações, é possível fechar a válvula de isolamento correspondente, sem que isso afete o funcionamento normal das outras tubulações ou do sistema de vapor como um todo. A racionalidade no projeto das tubulações dos equipamentos de troca de calor. No processo de projeto das tubulações dos equipamentos utilizados em instalações petroquímicas, o arranjo adequado das tubulações dos equipamentos de troca de calor difere significativamente do de qualquer outro tipo de equipamento industrial. Existem muitos fatores técnicos complexos envolvidos nesse processo. Portanto, ao operar esses equipamentos, realizar manutenções neles ou lidar com as tensões térmicas nas tubulações, é necessário realizar uma análise detalhada desses fatores técnicos. (1) Sobre o troca de calor em contracorrente. Nos equipamentos de troca de calor a frio, os tubos que transportam a água fria geralmente vão de baixo para cima, de modo que, em caso de falha, haja uma certa quantidade de água no trocador de calor, evitando que toda a água seja drenada. (2) Sobre a distância livre para instalação. Durante o processo de troca de calor nos equipamentos de resfriamento, para facilitar sua inspeção, costuma-se deixar uma distância livre adequada entre as tubulações e as flanges das válvulas nas entradas e saídas do trocador de calor, bem como entre essas peças e as flanges da tampa do equipamento. Geralmente, essa distância livre é definida em torno de 310 mm, a fim de facilitar a desmontagem do equipamento. (3) Sobre o estresse térmico. No processo de disposição adequada dos equipamentos de troca de calor, geralmente os pontos de fixação do trocador de calor são localizados nas extremidades da caixa de tubos. Além disso, os tubos conectados às extremidades dos tubos do trocador de calor também precisam ser considerados cuidadosamente, levando em conta o deslocamento causado pela expansão térmica do trocador de calor. A racionalidade no projeto das tubulações dos equipamentos de troca de calor está intimamente relacionada ao design dos suportes das tubulações. Se o design dos suportes não for adequado, isso pode causar danos às tubulações durante seu funcionamento, podendo até mesmo danificar os próprios equipamentos. (1) Reduzir o deslocamento relativo entre os tubos e os suportes. Conforme mostrado na Figura 7: nos tubos de vapor, geralmente existem tubos de drenagem ao lado dos tubos principais. Se o ponto A for considerado como um suporte na superfície de apoio, a expansão dos trechos verticais dos tubos pode dificultar o movimento descendente da mola, causando assim danos ao equipamento. Portanto, diante desse tipo de problema, o método correto de projeto deve ser o mostrado na Figura 8: os suportes que se apoiam no chão devem ser instalados ao longo do tubo principal. Além disso, esses suportes devem subir e descer junto com o tubo principal. Dessa forma, reduz-se o deslocamento relativo entre o tubo e os suportes. (2) Se a instalação dos suportes para tubulações for adequada, também é possível reduzir o desperdício. Como a elasticidade dos suportes em forma de mola se perde com o tempo, ao projetar esses suportes, deve-se minimizar o uso de molas. (3) Instalação das tubulações. Nos tubos instalados ao longo da torre, geralmente é utilizado apenas um suporte de sustentação. Além disso, deve haver uma linha de solda entre o suporte e o topo da torre. Se o peso suportado por um dos suportes for excessivo, pode-se utilizar outro suporte. Esse segundo suporte deve ser acionado por molas, e suportes guia devem ser instalados a intervalos regulares. Quando a diferença de temperatura entre a linha de refluxo e a parede da torre é grande, a quantidade de alongamento gerado também é maior. Nesse caso, o primeiro suporte localizado no trecho horizontal deve ser ajustado verticalmente, utilizando suportes com molas. Quando L é grande, e há uma quantidade suficiente de alongamento relativo, também é possível utilizar suportes guia. A racionalidade no projeto das tubulações dos equipamentos de troca de calor. O projeto das tubulações da bomba consiste principalmente no design do tubo excêntrico na entrada da bomba, no design do trecho reto na entrada da bomba e no estudo da flexibilidade das tubulações. (1) Projeto do tubo excêntrico na entrada da bomba. O projeto adequado do tubo excêntrico na entrada da bomba tem como objetivo principal garantir o funcionamento adequado da bomba. Se houver alteração no diâmetro excêntrico da entrada da bomba, o gás não se concentrará no ponto de mudança de diâmetro, o que pode causar cavitação. Portanto, ao instalar o diâmetro excêntrico da entrada da bomba, deve-se utilizar o método de instalação com nível nivelado. Além disso, a válvula de descarga deve ser instalada no ponto mais baixo. Dessa forma, é possível evitar o efeito de cavitação. (2) Projeto do trecho em linha reta na entrada da bomba. O projeto da tubulação de entrada da bomba leva em consideração, geralmente, dois fatores: primeiro, como a entrada da bomba fica em um dos lados, os suportes da tubulação de entrada devem ser ajustáveis; além disso, a tubulação de entrada e as válvulas devem estar localizadas na parte frontal do lado da bomba ； Em segundo lugar, deve-se evitar a presença de obstruções por ar nos tubos que levam o fluido até a bomba; portanto, isso precisa ser levado em consideração durante o projeto. (3) Flexibilidade dos tubos. Como a bomba é um equipamento rotativo, a ação das forças exercidas nos tubos pode causar desvios na posição da boca da bomba. Diante desse problema, ao projetar os tubos, é necessário garantir que as forças exercidas sobre a boca da bomba fiquem dentro dos limites permitidos. É especialmente importante levar em consideração a compensação térmica. Conclusão: O projeto de tubulações para instalações petroquímicas é um projeto de engenharia complexo. Não basta que os profissionais possuam conhecimentos técnicos especializados; eles também precisam ter espírito inovador, de modo a conseguir projetar tubulações adequadas, levando em consideração as condições reais. Isso é essencial para garantir a segurança das tubulações petroquímicas e, assim, assegurar o funcionamento normal dos equipamentos químicos.