C. Boletim Informativo 3 – Prevenção de Incêndios

Curtas
& Boas

Boletim Informativo 3 – Prevenção de Incêndios

Os fluidos orgânicos para transmissões térmicas são fluidos para aquecimento e/ou refrigeração indiretas, que operam a baixa pressão em comparação com sistemas de troca térmica água e vapor. Além da operação à baixa pressão, com as respectivas vantagens de custo, o uso de fluido térmico orgânico proporciona controle mais preciso da temperatura de processo, menor custo de manutenção e menor investimento (custo de capital). Os fluidos térmicos orgânicos podem operar em uma extensa faixa de temperatura. Grande parte dos fluidos térmicos orgânicos classifica-se como líquidos passíveis de combustão em presença de oxigênio e ignição.

Sistemas de Fase Líquida Versus Sistemas de Fase Vapor
Ambos os sistemas, de fase líquida e de fase vapor, são utilizados em processos de transmissão térmica. Os fluidos térmicos de fase líquida podem ser utilizados em sistemas não pressurizados. As principais vantagens dos sistemas de transmissão de calor em fase líquida versus vapor são os custos menores de instalação e de operação. O custo de capital pode ser reduzido com a eliminação de tubulações de grande diâmetro, captadores de vapor e instalações para tratamento de água, e pela redução do tamanho das válvulas de segurança. O reduzido custo de operação deve-se a menores exigências de manutenção e a menores perdas de fluido (por vazamento).

Os sistemas de fase vapor também têm suas vantagens próprias, incluindo maior homogeneidade na transmissão de calor, controle mais preciso de temperatura e menor volume total de fluido em uso em comparação com um sistema equivalente de fase líquida.

Conquanto os fluidos térmicos orgânicos apresentem inúmeras vantagens, algumas considerações se fazem necessárias. Estes materiais são líquidos combustíveis, e sistemas contendo fluido podem alimentar um incêndio. Tais incêndios podem resultar de um vazamento na tubulação dentro do aquecedor, ruptura na tubulação da linha ou outra falha mecânica. Vazamentos de um sistema fase vapor podem formar névoas de fluido vaporizado que podem explodir no ar.

Manter o ambiente interno do sistema de transmissão de calor isento de ar para combustão é essencial para se reduzir o risco de incêndios.

Tipos de Incêndio
Examinando a incidência histórica de incêndios, torna-se evidente que os incêndios em sistemas de fluidos térmicos orgânicos mais reportados são aqueles que tiveram início devido à alta temperatura do ambiente em torno. Estes incêndios incluem aqueles relacionados com vazamentos do fluido para dentro do isolamento térmico das tubulações e incêndios devido a vazamentos nas tubulações internas do aquecedor ou rupturas para dentro de áreas de gás quente ou chama aberta.

Incêndios de Isolamento Térmico
Incidentes relacionados com o isolamento térmico são alguns dos tipos mais comuns envolvendo sistemas de fluidos térmicos orgânicos. Tipicamente, ocorre um vazamento em um flange ou em uma conexão de instrumentos que escoa para dentro do isolamento da tubulação (por exemplo, silicato de cálcio, lã de rocha, fibra de vidro). A ignição tem origem quando o isolamento encharcado é superaquecido pelo fluido em circulação ou pela tubulação quente, que lentamente oxidam o fluido na presença de ar. Este processo produz componentes de baixo ponto de autoignição, que resultam no surgimento de mechas de fogo (punking fires). Esse incêndio pode atuar como fonte de ignição para outros incêndios.

Vazamentos são muitas vezes sorrateiros em sistemas térmicos quentes e completamente isolados. Devido às propriedades dos materiais, da expansão e contração térmicas do sistema de tubulação durante as paradas, vazamentos podem ocorrer. Sem manutenção adequada, a possibilidade de surgimento de vazamentos deve ser considerada. O projeto dos sistemas de tubulação e de isolamento é muito importante. Os critérios básicos para o projeto devem incluir isolamento de um tipo que não fique facilmente encharcado ou encoberto, de forma que vazamentos poderão ser drenados para local adequado, sem ensopar o isolamento.

Incêndios por Furos ou Rupturas na Tubulação
Furos ou rupturas de tubos dentro das áreas de gás quente ou de chama aberta do aquecedor são, comumente, os mais danosos do ponto de vista da propriedade e da interrupção de negócios. Quando estas falhas acorrem, usualmente, uma fonte de ignição ou um ambiente de autoignição está imediatamente presente, e pode haver um grande volume estocado de combustível pressurizado para alimentar o fogo.

Furos ou rupturas de tubos podem ocorrer por várias razões, incluindo superaquecimento, bloqueio ou interrupção do fluxo na tubulação, erosão ou corrosão causada pelo fogo, contaminação do fluido térmico, superpressurização, idade do sistema, inadequações do projeto, imposição da chama, expansões e contrações térmicas.

Termopares podem ser utilizados para monitorar as temperaturas dos gases no cano da chaminé e nos metais da tubulação do fluido térmico, bem como devem ser feitas verificações visuais dos tubos do queimador. Porém, inspeções periódicas durante paradas e testes de fluido térmico no sistema ainda são necessárias para a proteção contra esse tipo de incidente perigoso.

Incêndios de Ponto de Fulgor
Para este tipo de incêndio acontecer, o fluido, o ar atmosférico e uma fonte de ignição devem coexistir acima de uma temperatura mínima conhecida como ponto de fulgor. Esta condição raramente existe em sistemas de transmissão de calor razoavelmente projetados e operados com fluidos de ponto de fulgor modestamente altos. Prevenir vazamentos para fontes potenciais de ignição é absolutamente obrigatório. A seleção apropriada de bombas, sistema de tubulação e manutenção adequada contribuirão para minimizar estes incidentes. Respiros de alívio do sistema de transmissão térmica devem ser dirigidos para áreas seguras.

Incêndios de Materiais de Processo
Uma quarta categoria de incêndio resulta do vazamento do fluido térmico para dentro do processo que está sendo aquecido, onde os materiais em processo são agentes de oxidação ou superfícies catalíticas ativas, que promovem a combustão. Novamente, o projeto mecânico e manutenção para prevenir craqueamento térmico, corrosão, oxidação dos materiais em processo ou do fluido térmico são as melhores opções contra este tipo de incêndio.

Propriedades dos Fluidos Térmicos
Os fluidos térmicos orgânicos foram desenvolvidos para permitir processos em altas temperaturas sem os riscos associados ao vapor e a altas pressões, e também para proporcionar troca térmica uniforme e eficiente, o que é difícil conseguir através do aquecimento dos processos com fogo direto. Tendo em vista que os fluidos térmicos líquidos podem ser utilizados em sistemas com distribuição por redes, ficam reduzidos os riscos de se operar com aquecedores individuais para cada unidade do processo com seus múltiplos pontos de ignição. Os fluidos térmicos se caracterizam pelas seguintes particularidades: faixa de temperatura de operação, dando particular atenção à temperatura mínima de bombeamento (como ponto de fusão ou limite de viscosidade); temperatura de operação para volume máximo (limite de estabilidade); ponto de ebulição e níveis de pressão de vapor (que afetam as taxas de pressão de projeto do sistema).

Do ponto de vista de segurança contra incêndios, duas propriedades críticas dos fluidos térmicos são: ponto de fulgor e temperatura de autoignição, que representam possibilidades de ignição a baixas temperaturas na presença de uma fonte de ignição e uma temperatura mais alta onde a autoignição possa ocorrer.

Casos de Incêndios
Apresentados na Tabela 1 estão os casos de incêndios relacionados ao tipo de fluido, proporção hidrogênio/carbono, temperatura do sistema, área do incêndio, tipos e causas do incêndio. A Tabela 2 dá uma breve descrição dos eventos que provocaram o incêndio. A Tabela 3 descreve se e quais ações corretivas foram adotadas.

Ao examinar as causas dos incêndios analisados, parece haver pouca relação com a proporção H:C ou com a temperatura de operação do sistema. Falhas mecânicas, de operação e erros de projeto estão associadas mais às decisões humanas, construção do sistema e seleção de componentes.

Prevenção de Incêndios
Durante o projeto, alguns métodos para consideração incluem: todos os equipamentos devem satisfazer aos padrões especificados; dispositivos de alívio devem ser instalados em todos os componentes de grande porte; vapor de combate a incêndio disponível ao lado de cada queimador; válvulas operadas à distância e desligamento automático da bomba; linhas de descarga para todos os dispositivos de alívio; aquecedores com chama direta e outros equipamentos devem obedecer aos critérios de espaçamento (layout); instalação de sprinklers automáticos; operação à distância de válvulas e equipamentos importantes, com alternativas de operação manual para controles automáticos; seleção cuidadosa dos materiais de isolamento térmico; gaxetas de flanges em aço inoxidável com grafite flexível; equipamentos elétricos projetados para evitar o ingresso de névoas de fluido térmico. Onde houver presença de fontes de ignição, como em queimadores de combustível, o equipamento que contém a fonte de ignição deve estar em ambiente aberto ou ter ampla ventilação para troca de ar a fim de prevenir o acúmulo de vapores e névoa de fluido térmico.

Treinamento de Pessoal
Para diminuir a possibilidade ou as consequências de um incidente, as ações relevantes incluem: fornecimento de manuais de operação completos com treinamento adequado de todos os operadores; reciclagem do treinamento para todos os operadores; treinamento para equipes de combate a emergências; aplicação de exercícios de emergência; fornecimento de manuais para extintores de incêndio Classe B, com aplicação de treinamento para o combate a pequenos incêndios.

Manutenção e Reparo
“As ações mais importantes para minimizar perdas potenciais incluem: análises periódicas do fluido térmico para verificar contaminações e/ou degradação; verificação da aparência da chama do queimador; verificação periódica do nível de incrustações na tubulação do aquecedor; verificação e/ou substituição dos dispositivos de alívio de segurança; verificação de junções e flanges críticos pelo menos uma vez por ano; testes periódicos dos equipamentos de prevenção contra incêndio; reparos na tubulação em geral; e, programa para inspeção periódica de todos os tanques.

Resumo
Se, por um lado, os fluidos térmicos orgânicos líquidos podem ter vantagens sobre sistemas de vapor e gás quente (chama direta), por outro, para o projeto e operação deve-se reconhecer sua natureza combustível. Particular atenção deve ser dada aos riscos de incêndios de isolamento e de aquecedor (incêndios causados por furos ou rupturas na tubulação) através de um acondicionamento apropriado do fluido térmico no sistema. Fluidos sintéticos altamente alquilados e óleos minerais parecem ser suscetíveis a incêndio de isolamento enquanto fluidos térmicos aromáticos parecem resistentes a tais incêndios. Frequentemente, atribui-se a ausência de incêndios de ponto de fulgor a boas práticas de segurança de manter fontes de ignição longe de tubulações e de unidades de processo.

As técnicas de prevenção de perdas por incêndios devem focar duas áreas: prevenção contra incêndios; e, controle e contenção caso ocorra um incêndio. Projeto apropriado, treinamento de pessoal, boas práticas de operação e manutenção, bem como procedimentos de reparo, tudo contribuirá para prevenir emissões de fluido térmico e riscos de possíveis incêndios. Controle e contenção de incêndios são possíveis através de sistemas de sprinklers e de névoa de combate a incêndio, layouts adequados para os equipamentos com apropriadas barreiras resistentes a fogo, válvulas e instrumentalização para os equipamentos de isolamento e tubulações, bem como equipes de emergência apropriadamente preparadas e equipadas.

Lista 1 - Incêndios em Sistemas de Fluidos Térmicos

CasoTipo de Fluído Proporção H:CTemperatura Sistema (ºC) Caracteristicas do Incêndio
Área Tipo Causa
1DP/DPO 0,83345Vaporizador Autoignição Operação
2Mineral2,00315TubulaçãoIsolamentoManutenção
3DP/DPO 0,83290ReatorCatalíticoProjeto
4Alquil Aromático1,75204Tq ExpansãoIsolamentoProjeto
5DP/DPO 0,83326Vaporizador AutoigniçãoOperação
6DP/DPO 0,83300Vaporizador AutoigniçãoProjeto
7Altamente Aromático1,00287TanquePonto FulgorOperação
8Altamente Aromático1,00300ReatorCatalíticoManutenção
9Alquil Aromático1,75293TubulaçãoIsolamentoManutenção
10Altamente Aromático1,00321Tq ExpansãoOxidaçãoProjeto
11Silicone2,00371BombaAutoigniçãoManutenção
12Alquil Aromático1,75273TubulaçãoIsolamentoManutenção
13Alquil Aromático1,75232Tq ExpansãoIsolamentoManutenção
14Mineral2,00260TubulaçãoIsolamentoManutenção
15Mineral2,00287TubulaçãoIsolamentoManutenção
16Alquil Aromático1,75287BombaAutoigniçãoOperação
17Altamente Aromático1,00287AquecedorAutoigniçãoDesconhecida
18Altamente Aromático1,00315AquecedorAutoigniçãoProjeto
19Mineral2,00295TubulaçãoAutoigniçãoManutenção
20Alquil Aromático1,75310AquecedorAutoigniçãoOperação
21Alquil1,75148TurbinaAuto-igniçãoManutenção
22Alquil Aromático1,75260TubulaçãoIsolamentoManutenção
23Altamente Aromático1,00287Troc. CalorAuto-igniçãoManutenção

Lista 2 – Eventos

Caso Eventos Que Desencadearam os Incêndios
1Baixo Fluxo - Secagem da tubulação e fervura do filme geram incrustações, que causam entupimento ou queima da tubulação.
2Vazamento da junta rotativa para o isolamento.
3Borra de oxidação incrustou-se na tubulação; ruptura da tubulação por superaquecimento, com vazamento de fluido, provocando oxidação catalítica.
4A umidade causou vapores no tanque de expansão, ensopando o isolamento.
5Bloqueio por formação de carvão durante o teste de fervura a partir de tubo seco. O bloqueio causou superaquecimento do tubo e rompimento da fornalha.
6Inversão do processo no fluido térmico através de tubo defeituoso do reator. O material do processo se decompôs no vaporizador causando ruptura.
7A prática de evaporar semanalmente a água causou ruptura do tanque de expansão, e o fluido vazou sobre o aquecedor.
8O fluido térmico vazou para o processo e se inflamou quando exposto ao ar durante o ciclo de resfriamento do material de processo.
9O isolamento ficou ensopado por fluido térmico e incendiou-se com a alta temperatura.
10Depósitos de carvão se inflamaram no tanque de expansão com o respiro aberto.
11Vazamento do selo da bomba causou rápido incêndio quando o fluido foi exposto ao ar.
12Vazamento de fluido para dentro do isolamento térmico.
13Fluido derramado pelo tanque de expansão quente ensopou o isolamento térmico.
14Vazamento dos flanges para o isolamento térmico.
15Vazamento de fluido para dentro do isolamento térmico.
16Grande vazamento sobre parafusos incandescentes.
17Causa desconhecida.
18Combustível corrosivo causou ruptura do tubo do aquecedor.
19Vazamento do flange para superfície quente.
20Operação do aquecedor com pequenas fissuras.
21Vazamento em ruptura da tubulação na exaustão da turbina de gás.
22Vazamento de fluido para dentro do isolamento térmico.
23Vazamento de fluido do trocador de calor de efluentes para exaustão de alta temperatura.

Lista 3 - Ações

Caso Ação Corretiva
1Mudou a fábrica toda para aquecedor de conexão forçada e vaporizador. Unidades de conexão livre somente no serviço de apoio.
2Melhorou o projeto e instalou uma junta rotativa.
3Reprojetou para evitar oxidação do fluido e para melhorar o fluxo de resfriamento.
4Reinstalou o respiro e re-isolou o tanque de expansão.
5Melhorou o procedimento dos testes de manutenção e o treinamento do operador.
6Limpou o vaporizador, consertou a tubulação, eliminou os vazamentos de processo e instalou válvulas de bloqueio no retorno do condensador.
7Instalou um tanque de expansão em uma área segura e reconstituiu o aquecedor, da frente para o fim da fábrica.
8Consertou as rachaduras do reator.
9Consertou os vazamentos e re-isolou.
10Passou a utilizar um sistema de proteção com nitrogênio no tanque de expansão.
11Fechou a fábrica.
12Consertou os vazamentos e re-isolou.
13Mudou o respiro para uma área segura e re-isolou o tanque.
14Nenhuma
15Consertou os vazamentos e re-isolou.
16Reconstruiu o aquecedor destruído.
17(Sem informação)
18Recolocou os tubos e utilizou fonte de combustível menos corrosiva.
19Protegeu a superfície contra vazamentos e consertou as fugas pelos flanges.
20Reposicionou o aquecedor e melhorou o armazenamento de combustível.
21Isolou o tubo e reposicionou a seção danificada do trocador de calor.
22Consertou os vazamentos e re-isolou.
23Instalou alarmes com sensores de temperatura e reposicionou o trocador de calor.

A série Curtas & Boas é um serviço informativo da PolyChem para profissionais da área de transferência de calor por fluidos térmicos.

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