Este artigo apresenta informações sobre equipamentos básicos de processo, armazenamento, layout da planta e considerações de operações em indústrias de processo químico, incluindo os principais itens e conceitos que são amplamente aplicáveis ​​em toda a indústria química. No entanto, grande parte do equipamento necessário no processamento químico é altamente especializado e não pode ser amplamente generalizado. Informações mais detalhadas sobre toxicidade e materiais perigosos e segurança do processo são revisadas em outras partes deste Enciclopédia.

Existem duas categorias básicas de layout nas indústrias de processamento químico: layout da planta, que abrange todas as unidades de processo, utilidades, áreas de armazenamento, áreas de carga/descarga, edifícios, lojas e armazéns, e layout de unidade ou processo, que cobre apenas a colocação de equipamentos para um processo específico, também chamado de bloco de processo.

Layout da planta

Localização

A localização ou localização de uma planta geral é baseada em vários fatores gerais, conforme mostrado na tabela 1 (CCPS 1993). Esses fatores variam consideravelmente com locais, governos e políticas econômicas. Desses vários fatores, as considerações de segurança são uma preocupação extremamente importante e, em alguns locais, podem ser o principal fator que rege a localização da planta.

Tabela 1. Alguns fatores gerais de seleção do local

• Densidade populacional ao redor do local
• Ocorrência de desastre natural (terremoto, inundação, etc.)
• Ventos predominantes e dados meteorológicos
• Disponibilidade de energia, vapor e água
• Considerações de segurança
• Regulamentos de ar, água e resíduos e sua complexidade
• Acessibilidade a matérias-primas e mercados
• Transporte
• Licenças de localização e complexidade para obtê-las
• Requisitos de interação em desenvolvimentos industriais
• Disponibilidade e custos de mão de obra
• Incentivos de investimento

Um aspecto importante da segurança da planta na localização é definir uma zona intermediária entre uma planta com processos perigosos e plantas próximas, residências, escolas, hospitais, rodovias, hidrovias e corredores de aeronaves. Algumas considerações gerais de segurança são apresentadas na tabela 2. A zona tampão é importante porque a distância tende a reduzir ou mitigar as exposições potenciais de vários acidentes. A distância necessária para reduzir as concentrações tóxicas a níveis aceitáveis ​​por meio da interação atmosférica e a dispersão de materiais tóxicos a partir de uma liberação acidental pode ser definida. Além disso, o intervalo de tempo entre uma liberação tóxica e a exposição pública criada por uma zona tampão pode ser usado para alertar a população por meio de programas de resposta a emergências pré-planejados. Como as plantas possuem vários tipos de instalações contendo materiais tóxicos, análises de dispersão devem ser conduzidas nos sistemas potencialmente perigosos para garantir que a zona tampão seja adequada em cada área ao redor do perímetro da planta.

Tabela 2. Considerações de segurança da localização da planta

• Zona tampão
• Localização de outras instalações perigosas nas proximidades
• Inventário de materiais tóxicos e perigosos
• Adequação do abastecimento de água de combate a incêndio
• Acesso a equipamentos de emergência
• Disponibilidade de suporte de resposta a emergências de indústrias adjacentes e da comunidade
• Extremos climáticos e ventos predominantes
• Localização de rodovias, hidrovias, ferrovias e corredores aéreos
• Restrições ambientais e de eliminação de resíduos durante emergências
• Drenagem e inclinação
• Manutenção e inspeção

O fogo é um perigo potencial em plantas e instalações de processo. Grandes incêndios podem ser uma fonte de radiação térmica que também pode ser mitigada pela distância. Flares elevados também podem ser uma fonte de radiação térmica durante uma operação de emergência ou inicialização/desligamento. Um sinalizador é um dispositivo que queima automaticamente gases de exaustão ou libera vapores de emergência em posições elevadas ou locais especiais no solo. Estes devem estar localizados longe do perímetro da usina (para proteção da comunidade) e uma área na base do queimador deve ser proibida aos trabalhadores. Se não for operado adequadamente, o transporte de líquido para o queimador pode resultar na queima de gotículas de líquido. Além do fogo, pode haver explosões dentro do equipamento ou uma nuvem de vapor que produza ondas de choque. Embora a distância reduza um pouco a intensidade da explosão na zona intermediária, a explosão ainda terá um efeito na comunidade próxima.

O potencial de vazamentos acidentais ou incêndios de instalações existentes que possam estar próximas ao local proposto também deve ser considerado. Incidentes potenciais devem ser modelados e avaliados para determinar o possível efeito no layout da planta proposta. As respostas de emergência a um evento externo devem ser avaliadas e as respostas coordenadas com outras plantas e comunidades afetadas.

Outras considerações

A Dow Chemical Company desenvolveu outra abordagem para o layout da planta com base em um nível aceitável de Danos Materiais Prováveis ​​Máximos (MPPD) e Risco de Interrupção de Negócios (B1) (Dow Chemical Company 1994a). Essas considerações são importantes para plantas novas e existentes. O Índice Dow de Incêndio e Explosão é útil em novos layouts de fábricas ou na adição de equipamentos a fábricas existentes. Se os riscos calculados a partir do Índice forem considerados inaceitáveis, as distâncias de separação devem ser aumentadas. Alternativamente, mudanças de layout também podem reduzir o risco potencial.

Layout geral

Em um layout geral da planta, os ventos predominantes são uma consideração importante. As fontes de ignição devem estar localizadas a favor do vento em relação a possíveis fontes de vazamento. Aquecedores, caldeiras, incineradores e queimadores estão nesta categoria (CCPS 1993). A localização dos tanques de armazenamento a jusante das unidades de processo e utilidades é outra recomendação (CCPS 1993). As regulamentações ambientais levaram a um vazamento significativamente reduzido da tancagem (Lipton e Lynch 1994).

As distâncias mínimas de separação foram descritas em várias publicações para unidades de processo, equipamentos e diferentes funções da planta (CCPS 1993; Dow Chemical Company 1994a; IRI 1991). As instalações gerais que normalmente têm separações de distância recomendadas em layouts gerais da planta são mostradas na tabela 3. Recomendações de distância real devem ser cuidadosamente definidas. Embora aquecedores acionados e fornos de processo não sejam mostrados na tabela 3, eles são um item importante e as distâncias de separação recomendadas devem ser incluídas em um layout de processo de unidade.

Tabela 3. Instalações geralmente separadas em layouts gerais da planta

• Unidades de processo
• fazendas de tanques
• Instalações de carga e descarga
• Flares
• Energia, caldeiras e incineradores
• Torres de refrigeração
• Subestações, grandes pátios de comutação elétrica
• casas de controle central
• Armazéns
• Laboratórios analíticos
• Medição de utilidade de entrada e sistemas de bloqueio
• Mangueiras de incêndio, monitores fixos, reservatórios e bombas de incêndio de emergência
• Áreas de tratamento de resíduos
• Edifícios e áreas de manutenção
• Prédios administrativos

Além disso, as estradas são necessárias para o acesso de veículos ou equipamentos de emergência e manutenção e requerem um posicionamento cuidadoso entre as unidades de processo e ao longo das várias seções da planta. Devem ser estabelecidas folgas aceitáveis ​​para racks de tubos suspensos e outros equipamentos suspensos, juntamente com folgas laterais em cruzamentos e entradas para todas as instalações.

Os requisitos de layout podem ser baseados em distâncias mínimas de separação recomendadas (CCPS 1993; NFPA 1990; IRI 1991; Mecklenburgh 1985) ou determinadas por meio de uma análise de risco (Dow Chemical Company 1994a).

Layout da Unidade de Processo

A Tabela 3 apresenta um resumo geral do layout das separações da planta. As unidades de processo estão contidas no bloco específico mostrado no layout geral. O processo químico geralmente é mostrado em detalhes em diagramas de processo e implementação (P&IDs). Um layout de processo requer considerações além das distâncias específicas de separação de equipamentos, algumas das quais são mostradas na tabela 4.

Tabela 4. Considerações gerais em um layout de unidade de processo

• Definição de área para expansão futura e acessibilidade da unidade
• Repare a acessibilidade do equipamento para manutenção frequente
• Requisitos de espaço para reparo de equipamentos individuais (por exemplo, área necessária para puxar o feixe do trocador de calor ou acessibilidade para válvula de controle)
• Barreiras para equipamentos de alta pressão ou reatores com potencial de explosão
• Requisitos mecânicos e de espaço para carregamento/descarregamento de reatores ou torres com enchimento de sólidos
• Espaço para ventilação de explosões de poeira
• Separação de equipamentos frequentemente abertos ou mantidos de tubulações de alta temperatura, vasos, etc.
• Edifícios ou estruturas especiais e folga necessária (por exemplo, uma casa de compressor com ponte rolante interna ou guindaste externo)

A montagem de equipamentos em qualquer unidade de processo particular irá variar consideravelmente, dependendo do processo. A toxicidade e as características perigosas dos fluxos e materiais dentro das unidades também variam amplamente. Apesar dessas diferenças, padrões de distância mínima foram desenvolvidos para muitos itens de equipamento (CCPS 1993; NFPA 1990; IRI 1991; Mecklenburgh 1985). Estão disponíveis procedimentos para calcular vazamentos potenciais e exposições tóxicas de equipamentos de processo que também podem afetar a distância de separação (Dow Chemical Company 1994b). Além disso, a análise de dispersão pode ser aplicada quando as estimativas de vazamento forem calculadas.

Equipamento e distância de separação

Uma técnica de matriz pode ser usada para calcular o espaço necessário para separar equipamentos (CCPS 1993; IRI 1991). Cálculos baseados em condições de processamento específicas e uma avaliação de risco do equipamento podem resultar em distâncias de separação que diferem de um guia de matriz padrão.

Listas extensas para uma matriz podem ser desenvolvidas pelo refinamento de categorias individuais e pela adição de equipamentos. Por exemplo, os compressores podem ser divididos em vários tipos, como os que lidam com gás inerte, ar e gases perigosos. As distâncias de separação para compressores movidos a motor podem diferir de máquinas movidas a motor ou a vapor. As distâncias de separação em instalações de armazenamento que abrigam gases liquefeitos devem ser analisadas com base no fato de o gás ser inerte.

Os limites da bateria de processo devem ser cuidadosamente definidos. Eles são as linhas de fronteira ou limites de plotagem para uma unidade de processo (o nome deriva do uso inicial de uma bateria de fornos no processamento). Outras unidades, estradas, serviços públicos, dutos, valas de escoamento e assim por diante são plotados com base nos limites da bateria. Embora a localização do equipamento da unidade não se estenda aos limites da bateria, as distâncias de separação do equipamento dos limites da bateria devem ser definidas.

Salas de controle ou casas de controle

No passado, cada unidade de processo era projetada com uma sala de controle que fornecia o controle operacional do processo. Com o advento da instrumentação eletrônica e do processamento controlado por computador, as salas de controle individuais foram substituídas por uma sala de controle central que controla várias unidades de processo em muitas operações. A sala de controle centralizada é economicamente vantajosa devido à otimização do processo e aumento da eficiência do pessoal. Unidades de processo individuais ainda existem e, em algumas unidades especializadas, casas de controle mais antigas que foram suplantadas por salas de controle centralizadas ainda podem ser usadas para monitoramento de processo local e para controle de emergência. Embora as funções e localizações da sala de controle sejam geralmente determinadas pela economia do processo, o projeto da sala de controle ou casa de controle é muito importante para manter o controle de emergência e para a proteção do trabalhador. Algumas considerações para as casas de controle central e local incluem:

• pressurizar a casa de controle para evitar a entrada de vapores tóxicos e perigosos
• projetando a casa de controle para explosão e resistência à explosão
• estabelecer um local com risco mínimo (com base na distância de separação e probabilidade de liberação de gás)
• purificar todo o ar de entrada e instalar um local de chaminé de entrada que minimize a entrada de vapores tóxicos ou perigosos
• vedando todas as saídas de esgoto da casa de controle
• instalação de sistema de combate a incêndio.

redução de estoque

Uma consideração importante no layout do processo e da planta é a quantidade de material tóxico e perigoso no inventário geral, incluindo o equipamento. As consequências de um vazamento são mais graves à medida que o volume de material aumenta. Consequentemente, o estoque deve ser minimizado sempre que possível. O processamento aprimorado que reduz o número e o tamanho dos equipamentos reduz o estoque, diminui o risco e também resulta em menor investimento e maior eficiência operacional.

Algumas considerações de redução potencial de estoque são mostradas na tabela 6. Onde uma nova instalação de processo será instalada, o processamento deve ser otimizado levando em consideração alguns dos objetivos mostrados na tabela 5.

Tabela 5. Etapas para limitar o estoque

• Redução do estoque do tanque de armazenamento por meio de melhor controle de processo, operação e controle de estoque just-in-time
• Eliminando ou minimizando o estoque de tanques no local por meio da integração de processos
• Usando análise e desenvolvimento de variáveis ​​de reação para redução de volume do reator
• Substituição de reatores de batelada por reatores contínuos, o que também reduz a retenção a jusante
• Reduzindo o atraso da coluna de destilação por meio de reduções no volume de fundo e atraso na bandeja com bandejas ou recheios mais avançados
• Substituição de refervedores de chaleira por refervedores de termossifão
• Minimizando os volumes do tambor suspenso e do fundo do tambor
• Melhorando o layout e dimensionamento do tubo para minimizar o atraso
• Onde materiais tóxicos são produzidos, minimizando a retenção da seção tóxica

Instalações de armazenamento

As instalações de armazenamento em uma planta de processamento químico podem abrigar alimentação líquida e sólida, produtos químicos intermediários, subprodutos e produtos de processo. Os produtos armazenados em muitas instalações servem como intermediários ou precursores para outros processos. O armazenamento também pode ser necessário para diluentes, solventes ou outros materiais de processo. Todos esses materiais são geralmente armazenados em tanques de armazenamento acima do solo (AST). A tancagem subterrânea ainda é utilizada em alguns locais, mas o uso é geralmente limitado devido a problemas de acesso e capacidade limitada. Além disso, o vazamento potencial de tais tanques de armazenamento subterrâneo (USTs) apresenta problemas ambientais quando os vazamentos contaminam as águas subterrâneas. A contaminação geral da terra pode levar a possíveis exposições atmosféricas com vazamentos de materiais de alta pressão de vapor. Os materiais vazados podem ser um problema potencial de exposição durante os esforços de remediação do solo. O vazamento de UST resultou em regulamentos ambientais rigorosos em muitos países, como os requisitos para tanques de parede dupla e monitoramento subterrâneo.

Os tanques de armazenamento acima do solo típicos são mostrados na figura 1. Os ASTs verticais são tanques de teto cônico ou abobadado, tanques de teto flutuante cobertos ou não cobertos ou tanques externos de teto flutuante (EFRTs). Tanques de teto convertidos ou fechados são EFRTs com tampas instaladas nos tanques que são frequentemente cúpulas do tipo geodésico. Como os EFRTs ao longo do tempo não mantêm uma forma perfeitamente circular, a vedação do teto flutuante é difícil e uma cobertura é instalada no tanque. Um projeto de cúpula geodésica elimina as treliças de telhado necessárias para tanques de teto cônico (FRTs). A cúpula geodésica é mais econômica que um telhado cônico e, além disso, a cúpula reduz as perdas de materiais para o meio ambiente.

Figura 1. Tanques de armazenamento acima do solo típicos

Normalmente, os tanques são limitados ao armazenamento de líquidos onde a pressão de vapor do líquido não ultrapassa 77 kPa. Onde a pressão excede esse valor, esferóides ou esferas são usados, pois ambos são projetados para operação sob pressão. Os esferóides podem ser bastante grandes, mas não são instalados onde a pressão possa exceder certos limites definidos pelo projeto mecânico. Para a maioria das aplicações de armazenamento de alta pressão de vapor, as esferas são normalmente o recipiente de armazenamento e são equipadas com válvulas de alívio de pressão para evitar o excesso de pressão. Uma preocupação de segurança que se desenvolveu com as esferas é o capotamento, que gera vapor excessivo e resulta em descargas de válvulas de alívio ou em situações mais extremas, como ruptura da parede da esfera (CCPS 1993). Em geral, o conteúdo líquido se estratifica e se o material quente (menos denso) for carregado no fundo da esfera, o material quente sobe para a superfície com o material de superfície mais frio e de maior densidade rolado para o fundo. O material quente da superfície vaporiza, aumentando a pressão, o que pode resultar na descarga da válvula de alívio ou na sobrepressão da esfera.

Disposição do tanque

O layout do tanque requer um planejamento cuidadoso. Existem recomendações para distâncias de separação de tanques e outras considerações (CCPS 1988; 1993). Em muitos locais, as distâncias de separação não são especificadas por código, mas distâncias mínimas (OSHA 1994) podem ser o resultado de várias decisões aplicáveis ​​a distâncias e locais de separação. Algumas dessas considerações são apresentadas na tabela 6. Além disso, o serviço do tanque é um fator na separação do tanque para tanques pressurizados, refrigerados e atmosféricos (CCPS 1993).

Tabela 6. Separação do tanque e considerações de localização

• A separação com base nas distâncias casco a casco pode ser baseada em referências e sujeita ao cálculo da distância de radiação térmica em caso de incêndio em um tanque adjacente.
• Os tanques devem ser separados das unidades de processo.
• A localização do tanque, de preferência a favor do vento de outras áreas, minimiza os problemas de ignição no caso de um tanque liberar uma quantidade significativa de vapor.
• Os tanques de armazenamento devem ter diques, que também são exigidos por lei na maioria das regiões.
• Os tanques podem ser agrupados para utilização de diques comuns e equipamentos de combate a incêndio.
• Os diques devem ter capacidade de isolamento em caso de emergência.

Os diques são necessários e são nominalmente dimensionados volumetricamente para reter o conteúdo de um tanque. Onde vários tanques estão dentro de um dique, a capacidade volumétrica mínima do dique é equivalente à capacidade do maior tanque (OSHA 1994). As paredes do dique podem ser construídas em terra, aço, concreto ou alvenaria maciça. No entanto, os diques de terra devem ser impenetráveis ​​e ter topo plano com largura mínima de 0.61 m. Além disso, o solo dentro da área com diques também deve ter uma camada impenetrável para evitar qualquer vazamento de produtos químicos ou óleo no solo.

Vazamento de tanque

Um problema que vem se desenvolvendo ao longo dos anos é o vazamento do tanque como resultado da corrosão no fundo do tanque. Frequentemente, os tanques possuem camadas de água no fundo do tanque que podem contribuir para a corrosão, podendo ocorrer corrosão eletrolítica devido ao contato com a terra. Como resultado, foram instituídos requisitos regulatórios em várias regiões para controlar vazamentos no fundo do tanque e contaminação subterrânea do solo e da água por contaminantes na água. Uma variedade de procedimentos de projeto foi desenvolvida para controlar e monitorar vazamentos (Hagen e Rials 1994). Além disso, fundos duplos também foram instalados. Em algumas instalações, a proteção catódica foi instalada para controlar ainda mais a deterioração do metal (Barletta, Bayle e Kennelley 1995).

Tiragem de água

A descarga manual de água periodicamente do fundo do tanque pode resultar em exposição. A observação visual para determinar a interface através da drenagem manual aberta pode resultar em exposição do trabalhador. Uma descarga fechada pode ser instalada com um sensor de interface e uma válvula de controle minimizando a exposição potencial do trabalhador (Lipton e Lynch 1994). Uma variedade de sensores está disponível comercialmente para este serviço.

Encher demais os tanques

Frequentemente, os tanques ficam cheios demais, criando riscos potenciais de segurança e exposição do trabalhador. Isso pode ser evitado com instrumentos redundantes ou de nível duplo controlando válvulas de bloqueio de entrada ou bombas de alimentação (Bahner 1996). Por muitos anos, as linhas de transbordamento foram instaladas em tanques de produtos químicos, mas terminavam a uma curta distância acima de uma abertura de drenagem para permitir a observação visual da descarga do transbordamento. Além disso, o dreno teve que ser dimensionado para uma taxa de enchimento maior do que a máxima para garantir a drenagem adequada. No entanto, tal sistema é uma fonte de exposição potencial. Isso pode ser eliminado conectando a linha de transbordamento diretamente ao dreno com um indicador de fluxo na linha para mostrar o transbordamento. Embora funcione satisfatoriamente, isso resulta na sobrecarga do sistema de drenagem com um volume muito grande de contaminantes e problemas potenciais de saúde e segurança.

Inspeção e limpeza de tanques

Periodicamente, os tanques são retirados de serviço para inspeção e/ou limpeza. Esses procedimentos devem ser cuidadosamente controlados para evitar a exposição do trabalhador e minimizar os riscos potenciais à segurança. Após a drenagem, os tanques são frequentemente lavados com água para remover vestígios de líquido do processo. Historicamente, os tanques foram limpos manualmente ou mecanicamente quando necessário. Quando os tanques são drenados, eles são preenchidos com vapor que pode ser tóxico e pode estar dentro de uma faixa de combustível. A descarga com água pode não afetar significativamente a toxicidade do vapor, mas pode reduzir os possíveis problemas de combustão. Com tetos flutuantes, o material abaixo do teto flutuante pode ser lavado e drenado, mas alguns tanques ainda podem ter material no reservatório. Este material do fundo deve ser removido manualmente e pode apresentar possíveis problemas de exposição. O pessoal pode ser obrigado a usar equipamento de proteção individual (EPI).

Normalmente, tanques fechados e qualquer volume abaixo dos tetos flutuantes são purgados com ar até que um nível de concentração de oxigênio especificado seja alcançado antes que a entrada seja permitida. No entanto, as medições de concentração devem ser obtidas continuamente para garantir que os níveis de concentração tóxica sejam satisfatórios e não mudem.

Ventilação de vapor e controle de emissão

Para teto fixo ou tanques de teto flutuante convertidos (CFRTs), a ventilação para a atmosfera pode não ser aceitável em muitos locais. A ventilação de pressão-vácuo (PV) (mostrada na figura 2, esses tanques são removidos e os vapores fluem através de um duto fechado para um dispositivo de controle onde os contaminantes são destruídos ou recuperados. Para ambos os tanques, uma purga inerte (por exemplo, nitrogênio) pode ser injetado para eliminar o efeito de vácuo diurno e manter uma pressão positiva para o dispositivo de recuperação. No tanque CFRT, o nitrogênio elimina o efeito diurno e reduz os vapores para a atmosfera através de uma ventilação fotovoltaica. No entanto, as emissões de vapor não são eliminadas. A um grande número de dispositivos e técnicas de controle estão disponíveis, incluindo combustão, absorvedores, condensadores e absorção (Moretti e Mukhopadhyay 1993; Carroll e Ruddy 1993; Basta 1994; Pennington 1996; Siegall 1996). A seleção de um sistema de controle é uma função das metas finais de emissão e custos operacionais e de investimento.

Em tanques de teto flutuante, tanto externos quanto internos, as vedações e os controles de acessórios auxiliares minimizam efetivamente as perdas de vapor.

Risco de segurança

A inflamabilidade é uma grande preocupação na tancagem e os sistemas de combate a incêndio são necessários para auxiliar no controle e prevenção de zonas de incêndio expandidas. Sistemas de combate a incêndio e recomendações de instalação estão disponíveis (CCPS 1993; Dow Chemical Company 1994a; NFPA 1990). A água pode ser pulverizada diretamente sobre um incêndio sob certas condições e é essencial para resfriar tanques ou equipamentos adjacentes para evitar superaquecimento. Além disso, a espuma é um agente eficaz de combate a incêndios e equipamentos de espuma permanente podem ser instalados nos tanques. A instalação de equipamentos de espuma em equipamentos móveis de combate a incêndios deve ser revisada com o fabricante. Espumas ambientalmente aceitáveis ​​e de baixa toxicidade estão agora disponíveis e são eficazes e comparáveis ​​a outras espumas na extinção rápida de incêndios.

Equipamento de processamento

Uma grande variedade de equipamentos de processo é necessária no processamento de produtos químicos como resultado dos numerosos processos, requisitos de processo especializados e variações nos produtos. Conseqüentemente, todo o equipamento químico em uso hoje não pode ser revisado; esta seção se concentrará nos equipamentos mais amplamente aplicados encontrados nas sequências de processamento.

reatores

Há um grande número de tipos de reatores na indústria química. A base para a seleção do reator é uma função de uma série de variáveis, começando com a classificação se a reação é em batelada ou contínua. Freqüentemente, as reações em batelada são convertidas em operações contínuas à medida que a experiência com a reação aumenta e algumas modificações, como catalisadores aprimorados, tornam-se disponíveis. O processamento contínuo da reação é geralmente mais eficiente e produz um produto mais consistente, o que é desejável para atender às metas de qualidade do produto. No entanto, ainda há um grande número de operações em lote.

Reação

Em todas as reações, as classificações de uma reação como exotérmica ou endotérmica (produzendo calor ou requerendo calor) são necessárias para definir os requisitos de aquecimento ou resfriamento necessários para controlar a reação. Além disso, devem ser estabelecidos critérios de reação descontrolada para instalar sensores e controles de instrumentos que possam evitar que uma reação fique fora de controle. Antes da operação em grande escala de um reator, os procedimentos de emergência devem ser investigados e desenvolvidos para garantir que a reação descontrolada seja contida com segurança. Algumas das várias soluções possíveis são equipamentos de controle de emergência que são ativados automaticamente, injeção de um produto químico que interrompe a reação e instalações de ventilação que podem acomodar e conter o conteúdo do reator. A válvula de segurança e a operação de ventilação são extremamente importantes, exigindo equipamentos sempre em bom estado de conservação e funcionando. Consequentemente, várias válvulas de segurança intertravadas são frequentemente instaladas para garantir que a manutenção em uma válvula não reduza a capacidade de alívio necessária.

Se uma válvula de segurança ou ventilação descarregar devido a mau funcionamento, o efluente de descarga deve ser contido em praticamente todas as circunstâncias para minimizar os riscos potenciais à segurança e à saúde. Assim, o método de contenção da descarga de emergência através da tubulação junto com a disposição final da descarga do reator deve ser cuidadosamente analisado. Em geral, o líquido e o vapor devem ser separados com o vapor enviado para um queimador ou recuperação e o líquido reciclado sempre que possível. A remoção de sólidos pode exigir algum estudo.

Fornada

Em reatores que envolvem reações exotérmicas, uma consideração importante é a incrustação nas paredes ou na tubulação interna pelo meio de resfriamento usado para manter a temperatura. A remoção do material incrustado varia consideravelmente e o método de remoção é uma função das características do material incrustado. O material incrustado pode ser removido com um solvente, um jato de alta pressão ou, em alguns casos, manualmente. Em todos esses procedimentos, a segurança e a exposição devem ser cuidadosamente controladas. A movimentação de material para dentro e para fora do reator não deve permitir a entrada de ar, o que pode resultar em uma mistura de vapores inflamáveis. Os vácuos devem ser interrompidos com um gás inerte (por exemplo, nitrogênio). A entrada de embarcação para inspeção ou trabalho pode ser classificada como entrada em espaço confinado e devem ser observadas as regras para este procedimento. Vapor e toxicidade dérmica devem ser compreendidos e os técnicos devem estar bem informados sobre os perigos para a saúde.

Contínuo

Os reatores de escoamento podem ser preenchidos com líquido ou vapor e líquido. Algumas reações produzem pastas nos reatores. Além disso, existem reatores que contêm catalisadores sólidos. O fluido de reação pode ser líquido, vapor ou uma combinação de vapor e líquido. Os catalisadores sólidos, que promovem uma reação sem participar dela, estão normalmente contidos em grades e são chamados de leitos fixos. Os reatores de leito fixo podem ter leitos únicos ou múltiplos e podem ter reações exotérmicas ou endotérmicas, com a maioria das reações exigindo uma temperatura constante (isotérmica) em cada leito. Isso freqüentemente requer a injeção de correntes de alimentação ou um diluente em vários locais entre os leitos para controlar a temperatura. Com esses sistemas de reação, a indicação de temperatura e a localização do sensor através dos leitos são extremamente importantes para evitar um descontrole da reação e o rendimento do produto ou alterações na qualidade.

Os leitos fixos geralmente perdem sua atividade e devem ser regenerados ou substituídos. Para regeneração, os depósitos no leito podem ser queimados, dissolvidos em um solvente ou, em alguns casos, regenerados por meio da injeção de um produto químico em um fluido inerte no leito, restaurando assim a atividade do catalisador. Dependendo do catalisador, uma dessas técnicas pode ser aplicada. Onde os leitos são queimados, o reator é esvaziado e purgado de todos os fluidos do processo e então preenchido com um gás inerte (geralmente nitrogênio), que é aquecido e recirculado, elevando o leito a um nível de temperatura especificado. Neste ponto, um volume muito pequeno de oxigênio é adicionado ao fluxo inerte para iniciar uma frente de chama que se move gradualmente pelo leito e controla o aumento da temperatura. Quantidades excessivas de oxigênio têm um efeito deletério no catalisador.

Remoção de catalisador de leito fixo

A remoção de catalisadores de leito fixo deve ser cuidadosamente controlada. Os reatores são drenados do fluido do processo e, em seguida, o fluido restante é deslocado com um fluido de lavagem ou purgado com um vapor até que todo o fluido do processo tenha sido removido. A purga final pode exigir outras técnicas antes que o recipiente possa ser purgado com um gás inerte ou ar antes de abrir o recipiente ou descarregar o catalisador do recipiente sob uma manta inerte. Caso seja utilizada água neste processo, a água é escoada através de tubulação fechada para um esgoto de processo. Alguns catalisadores são sensíveis ao ar ou ao oxigênio, tornando-se pirofóricos ou tóxicos. Estes requerem procedimentos especiais para eliminar o ar durante o enchimento ou esvaziamento dos recipientes. A proteção pessoal juntamente com os procedimentos de manuseio devem ser cuidadosamente definidos para minimizar possíveis exposições e proteger o pessoal.

O descarte de catalisador gasto pode exigir tratamento adicional antes de ser enviado a um fabricante de catalisador para reciclagem ou para um procedimento de descarte ambientalmente aceitável.

Outros sistemas catalisadores

O gás que flui através de um leito de catalisador sólido solto expande o leito e forma uma suspensão semelhante a um líquido e denominado leito fluido. Este tipo de reação é utilizado em diversos processos. Os catalisadores gastos são removidos como uma corrente lateral gás-sólidos para regeneração e, em seguida, retornam ao processo por meio de um sistema fechado. Em outras reações, a atividade do catalisador pode ser muito alta e, embora o catalisador seja descarregado no produto, a concentração é extremamente baixa e não representa um problema. Quando uma alta concentração de sólidos catalisadores no vapor do produto é indesejável, os resíduos sólidos devem ser removidos antes da purificação. No entanto, vestígios de sólidos permanecerão. Estes são removidos para descarte em um dos fluxos de subprodutos, que por sua vez devem ser clarificados.

Em situações em que o catalisador gasto é regenerado por meio da queima, são necessárias extensas instalações de recuperação de sólidos em sistemas de leito fluidizado para atender às restrições ambientais. A recuperação pode consistir em várias combinações de ciclones, precipitadores elétricos, filtros de mangas) e/ou lavadores. Quando a queima ocorre em leitos fixos, a preocupação básica é o controle da temperatura.

Como os catalisadores de leito fluidizado estão freqüentemente dentro da faixa respiratória, deve-se ter cuidado durante o manuseio de sólidos para garantir a proteção do trabalhador com catalisadores novos ou recuperados.

Em alguns casos, um vácuo pode ser usado para remover vários componentes de um leito fixo. Nessas situações, um jato de vácuo movido a vapor é freqüentemente o produtor de vácuo. Isso produz uma descarga de vapor que frequentemente contém materiais tóxicos, embora em concentração muito baixa na corrente de jato. No entanto, a descarga de um jato de vapor deve ser cuidadosamente revisada para determinar as quantidades de contaminantes, toxicidade e dispersão potencial se for descarregado diretamente na atmosfera. Se isso não for satisfatório, a descarga do jato pode exigir a condensação em uma fossa onde todos os vapores são controlados e a água é enviada para o sistema de esgoto fechado. Uma bomba de vácuo rotativa executará este serviço. A descarga de uma bomba de vácuo alternativa pode não ter permissão para descarregar diretamente na atmosfera, mas pode, em alguns casos, descarregar em uma linha de queima, incinerador ou aquecedor de processo.

Segurança

Em todos os reatores, os aumentos de pressão são uma grande preocupação, uma vez que a taxa de pressão do vaso não deve ser excedida. Esses aumentos de pressão podem ser resultado de controle de processo ruim, mau funcionamento ou reação descontrolada. Consequentemente, os sistemas de alívio de pressão são necessários para manter a integridade do vaso, evitando a sobrepressão do reator. As descargas da válvula de alívio devem ser cuidadosamente projetadas para manter o alívio adequado sob todas as condições, incluindo a manutenção da válvula de alívio. Várias válvulas podem ser necessárias. Se uma válvula de alívio for projetada para descarregar na atmosfera, o ponto de descarga deve ser elevado acima de todas as estruturas próximas e uma análise de dispersão deve ser realizada para garantir proteção adequada para trabalhadores e comunidades próximas.

Se um disco de ruptura for instalado com uma válvula de segurança, a descarga também deve ser fechada e o local de descarga final designado conforme descrito acima. Uma vez que a ruptura de um disco não se encaixará novamente, um disco sem uma válvula de segurança provavelmente liberará a maior parte do conteúdo do reator e o ar poderá entrar no reator no final da liberação. Isso requer uma análise cuidadosa para garantir que não seja criada uma situação inflamável e que não ocorram reações altamente indesejáveis. Além disso, a descarga de um disco pode liberar líquido e o sistema de ventilação deve ser projetado para conter todos os líquidos com vapor descarregado, conforme descrito acima. As liberações de emergência atmosférica devem ser aprovadas pelas autoridades reguladoras antes da instalação.

Os agitadores do misturador instalados nos reatores são selados. Os vazamentos podem ser perigosos e, se ocorrerem, a vedação deve ser reparada, o que requer o desligamento do reator. O conteúdo do reator pode exigir manuseio ou precauções especiais e um procedimento de desligamento de emergência deve incluir o término da reação e disposição do conteúdo do reator. A inflamabilidade e o controle de exposição devem ser cuidadosamente revisados ​​para cada etapa, incluindo a disposição final da mistura do reator. Como um desligamento pode ser caro e envolver perda de produção, misturadores acionados por ímãs e sistemas de vedação mais recentes foram introduzidos para reduzir a manutenção e os desligamentos do reator.

A entrada em todos os reatores exige o cumprimento dos procedimentos seguros de entrada em espaços confinados.

Fracionamento ou torres de destilação

A destilação é um processo pelo qual as substâncias químicas são separadas através de métodos que aproveitam as diferenças nos pontos de ebulição. As torres familiares em fábricas de produtos químicos e refinarias são torres de destilação.

A destilação em diversas formas é uma etapa de processamento encontrada na grande maioria dos processos químicos. O fracionamento ou destilação pode ser encontrado nas etapas de purificação, separação, decapagem, processo azeotrópico e extrativo. Essas aplicações agora incluem destilação reativa, onde uma reação ocorre em uma seção separada da torre de destilação.

A destilação é conduzida com uma série de bandejas em uma torre, ou pode ser conduzida em uma torre cheia de recheio. Os recheios têm configurações especiais que permitem facilmente a passagem de vapor e líquido, mas fornecem área de superfície suficiente para contato vapor-líquido e fracionamento eficiente.

Divisão de

O calor é normalmente fornecido a uma torre com um refervedor, embora o conteúdo de calor de correntes específicas possa ser suficiente para eliminar o refervedor. Com o calor do refervedor, a separação vapor-líquido em múltiplas etapas ocorre nas bandejas e os materiais mais leves sobem pela torre. Os vapores da bandeja superior são total ou parcialmente condensados ​​no condensador suspenso. O líquido condensado é recolhido no tambor de recuperação do destilado, onde parte do líquido é reciclada para a torre e a outra parte é retirada e enviada para um local específico. Os vapores não condensados ​​podem ser recuperados em outro local ou enviados para um dispositivo de controle que pode ser um combustor ou sistema de recuperação.

Pressão

As torres normalmente operam a pressões superiores à pressão atmosférica. No entanto, as torres são frequentemente operadas sob vácuo para minimizar as temperaturas do líquido que podem afetar a qualidade do produto ou em situações em que os materiais das torres se tornam uma preocupação mecânica e econômica devido ao nível de temperatura que pode ser difícil de alcançar. Além disso, altas temperaturas podem afetar o fluido. Em frações pesadas de petróleo, temperaturas muito altas no fundo da torre freqüentemente resultam em problemas de coqueificação.

Os vácuos são normalmente obtidos com ejetores ou bombas de vácuo. Em unidades de processo, as cargas de vácuo consistem em alguns materiais de vapor leve, inertes que podem ter estado na corrente de alimentação da torre e ar de vazamento. Normalmente, o sistema de vácuo é instalado após um condensador para reduzir a carga orgânica no sistema de vácuo. O sistema de vácuo é dimensionado com base na carga de vapor estimada, com ejetores lidando com cargas de vapor maiores. Em certos sistemas, uma máquina de vácuo pode ser conectada diretamente a uma saída do condensador. Uma operação típica do sistema ejetor é uma combinação de ejetores e condensadores barométricos diretos onde os vapores do ejetor têm contato direto com a água de resfriamento. Os condensadores barométricos são grandes consumidores de água e a mistura vapor-água resulta em altas temperaturas de saída da água que tendem a vaporizar quaisquer vestígios de compostos orgânicos no reservatório barométrico atmosférico, aumentando potencialmente as exposições no local de trabalho. Além disso, uma grande carga de efluentes é adicionada ao sistema de águas residuais.

Uma grande redução de água é alcançada juntamente com uma redução substancial no consumo de vapor em sistemas de vácuo modificados. Como a bomba de vácuo não suporta uma grande carga de vapor, um ejetor de vapor é usado no primeiro estágio em combinação com um condensador de superfície para reduzir a carga da bomba de vácuo. Além disso, um tambor de depósito é instalado para operação acima do solo. O sistema mais simples reduz o carregamento de águas residuais e mantém um sistema fechado que elimina possíveis exposições a vapor.

Segurança

Todas as torres e tambores devem ser protegidos contra sobrepressão que pode resultar de mau funcionamento, incêndio (Mowrer 1995) ou falha da rede elétrica. Uma análise de risco é necessária e é exigida por lei em alguns países. Uma abordagem geral de gerenciamento de segurança de processo aplicável ao processo e à operação da planta melhora a segurança, minimiza as perdas e protege a saúde do trabalhador (Auger 1995; Murphy 1994; Sutton 1995). A proteção é fornecida por válvulas de alívio de pressão (PRVs) que descarregam para a atmosfera ou para um sistema fechado. A PRV é geralmente montada no topo da torre para aliviar a grande carga de vapor, embora algumas instalações coloquem a PRV em outros locais da torre. A PRV também pode ser localizada no tambor de recuperação superior do destilado, desde que as válvulas não sejam colocadas entre a PRV e o topo da torre. Se forem instaladas válvulas de bloqueio nas linhas de processo para o condensador, a PRV deve ser instalada na torre.

Quando a sobrepressão da torre de destilação é aliviada, em certos cenários de emergência, a descarga do PRV pode ser excessivamente grande. Uma carga muito alta em uma linha de ventilação de descarga de sistema fechado pode ser a maior carga no sistema. Como uma descarga de PRV pode ser repentina e o tempo geral de alívio pode ser bem curto (menos de 15 minutos), essa carga de vapor extremamente grande deve ser analisada cuidadosamente (Bewanger e Krecter 1995; Boicourt 1995). Uma vez que esta carga de pico grande e curta é difícil de processar em dispositivos de controle, como absorvedores, adsorvedores, fornos e assim por diante, o dispositivo de controle preferível na maioria das situações é um queimador para destruição de vapor. Normalmente, vários PRVs são conectados a um cabeçalho de linha de flare que, por sua vez, é conectado a um único flare. No entanto, o flare e o sistema geral devem ser cuidadosamente projetados para cobrir um grande grupo de contingências potenciais (Boicourt 1995).

Riscos para a saúde

Para alívio direto para a atmosfera, uma análise de dispersão detalhada dos vapores de descarga da válvula de alívio deve ser realizada para garantir que os trabalhadores não sejam expostos e que as concentrações da comunidade estejam bem dentro das diretrizes de concentração permitidas. No controle da dispersão, as linhas de descarga da válvula de alívio atmosférico podem ter que ser levantadas para evitar concentrações excessivas em estruturas próximas. Uma pilha muito alta pode ser necessária para controlar a dispersão.

Outra área de preocupação é entrar em uma torre para manutenção ou mudanças mecânicas durante um desligamento. Isso implica entrar em um espaço confinado e expor os trabalhadores aos riscos associados. O método de lavagem e purga antes da abertura deve ser conduzido com cuidado para garantir exposições mínimas, reduzindo quaisquer concentrações tóxicas abaixo dos níveis recomendados. Antes de iniciar as operações de lavagem e purga, a pressão da torre deve ser reduzida e todas as conexões da tubulação à torre devem ser fechadas (ou seja, discos de metal plano devem ser colocados entre os flanges da torre e os flanges do tubo de conexão). Esta etapa deve ser cuidadosamente gerenciada para garantir exposições mínimas. Em diferentes processos, os métodos de limpeza da torre de fluidos tóxicos variam. Frequentemente, o fluido da torre é deslocado por um fluido com características de toxicidade muito baixas. Este fluido de deslocamento é então drenado e bombeado para um local selecionado. O filme líquido restante e as gotículas podem ser vaporizados para a atmosfera por meio de um flange superior que possui uma persiana especial com uma abertura entre a persiana e o flange da torre. Após a vaporização, o ar entra na torre através da abertura cega especial à medida que a torre esfria. Um bueiro na parte inferior da torre e um no topo da torre são abertos permitindo o sopro de ar através da torre. Quando a concentração interna da torre atinge um nível predeterminado, a torre pode ser acessada.

Permutadores de calor

Há uma grande variedade de trocadores de calor na indústria de processos químicos. Trocadores de calor são dispositivos mecânicos para a transferência de calor para ou de um fluxo de processo. Eles são selecionados de acordo com as condições do processo e projetos do trocador. Alguns dos tipos comuns de trocadores são mostrados na figura 2. A seleção do trocador ideal para um serviço de processo é um tanto complicada e requer uma investigação detalhada (Woods 1995). Em muitas situações, certos tipos não são adequados devido à pressão, temperatura, concentração de sólidos, viscosidade, quantidade de fluxo e outros fatores. Além disso, um projeto de trocador de calor individual pode variar consideravelmente; vários tipos de tubos de cabeça flutuantes e trocadores de folhas estão disponíveis (Green, Maloney e Perry 1984). A cabeça flutuante é normalmente selecionada onde as temperaturas podem causar expansão excessiva do tubo que, de outra forma, não poderia manter a integridade em um trocador de tubos fixos. No trocador de cabeça flutuante simplificado na figura 2, a cabeça flutuante está completamente contida no trocador e não possui nenhuma conexão com a tampa do invólucro. Em outros projetos de cabeça flutuante, pode haver empacotamento ao redor do espelho flutuante (Green, Maloney e Perry 1984).

Figura 2. Trocadores de calor típicos

Vazamento

A embalagem em tubos flutuantes está em contato com a atmosfera e pode ser uma fonte de vazamento e exposição potencial. Outros trocadores também podem ter fontes potenciais de vazamento e devem ser examinados cuidadosamente. Como resultado de suas características de transferência de calor, os trocadores de placas e quadros são frequentemente instalados na indústria química. As placas têm várias ondulações e configurações. As placas são separadas por juntas que impedem a mistura dos fluxos e fornecem uma vedação externa. No entanto, as vedações limitam as aplicações de temperatura a cerca de 180 ºC, embora melhorias nas vedações possam superar essa limitação. Como existem várias placas, as placas devem ser comprimidas adequadamente para garantir a vedação adequada entre elas. Consequentemente, uma instalação mecânica cuidadosa é necessária para evitar vazamentos e riscos potenciais. Como há um grande número de lacres, é importante monitorá-los cuidadosamente para minimizar possíveis exposições.

Os trocadores refrigerados a ar são economicamente atraentes e foram instalados em um grande número de aplicações de processo e em vários locais dentro das unidades de processo. Para economizar espaço, esses trocadores geralmente são instalados sobre trechos de tubulação e frequentemente empilhados. Como a seleção do material do tubo é importante, uma variedade de materiais é usada na indústria química. Esses tubos são conectados à folha de tubo. Isso requer o uso de materiais compatíveis. O vazamento através de uma rachadura no tubo ou na folha do tubo é uma preocupação, pois o ventilador circulará os vapores do vazamento e a dispersão pode resultar em possíveis exposições. A diluição no ar pode reduzir significativamente o risco potencial de exposição. No entanto, os ventiladores são freqüentemente desligados em algumas condições climáticas e, nessas circunstâncias, as concentrações de vazamento podem aumentar, aumentando assim as exposições potenciais. Além disso, se os tubos com vazamento não forem reparados, a rachadura pode piorar. Com líquidos tóxicos que não vaporizam prontamente, pode ocorrer gotejamento e resultar em potencial exposição dérmica.

Os trocadores de calor casco e tubo podem apresentar vazamentos através de qualquer um dos vários flanges (Green, Maloney e Perry 1984). Uma vez que os trocadores de calor casco e tubo variam em tamanho, de áreas de superfície pequenas a muito grandes, o diâmetro dos flanges externos geralmente é muito maior do que os flanges de tubo típicos. Com esses flanges grandes, as juntas devem não apenas suportar as condições do processo, mas também fornecer uma vedação sob as variações de carga do parafuso. Vários projetos de juntas são usados. É difícil manter as tensões constantes de carga do parafuso em todos os parafusos do flange, resultando em vazamento em muitos trocadores. O vazamento do flange pode ser controlado com anéis de vedação do flange (Lipton e Lynch 1994).

O vazamento do tubo pode ocorrer em qualquer um dos tipos de trocadores disponíveis, com exceção dos trocadores de placas e alguns outros trocadores especializados. No entanto, estes últimos permutadores têm outros problemas potenciais. Onde os tubos vazam em um sistema de água de resfriamento, a água de resfriamento descarrega o contaminante em uma torre de resfriamento que pode ser uma fonte de exposição para os trabalhadores e uma comunidade próxima. Consequentemente, a água de resfriamento deve ser monitorada.

A dispersão dos vapores da torre de resfriamento pode ser generalizada como resultado dos ventiladores em torres de resfriamento de tiragem forçada e induzida. Além disso, as torres de convecção natural descarregam vapores para a atmosfera que depois se dispersam. No entanto, a dispersão varia consideravelmente com base nas condições climáticas e na elevação da descarga. Materiais tóxicos menos voláteis permanecem na água de resfriamento e na corrente de descarga da torre de resfriamento, que deve ter capacidade de tratamento suficiente para destruir os contaminantes. A torre de resfriamento e a bacia da torre devem ser limpas periodicamente e os contaminantes aumentam os perigos potenciais na bacia e no preenchimento da torre. A proteção pessoal é necessária para grande parte deste trabalho.

Limpeza do trocador

Um problema com os tubos no serviço de água de resfriamento é o acúmulo de material nos tubos resultante da corrosão, organismos biológicos e deposição de sólidos. Conforme descrito acima, os tubos também podem vazar através de rachaduras ou vazamentos podem ocorrer onde os tubos são enrolados em estrias na folha do tubo. Quando qualquer uma dessas condições ocorrer, o reparo do trocador é necessário e os fluidos do processo devem ser removidos do trocador. Isso requer uma operação completamente contida, necessária para atender aos objetivos de exposição ambiental, de segurança e de saúde.

Geralmente, o fluido do processo é drenado para um receptor e o material restante é lavado do trocador com um solvente ou material inerte. Este último material também é enviado a um receptor para o material contaminado por drenagem ou pressão com nitrogênio. Onde houver material tóxico no trocador, o trocador deve ser monitorado quanto a quaisquer vestígios de material tóxico. Se os resultados do teste forem insatisfatórios, o trocador pode ser vaporizado para vaporizar e remover todos os vestígios de material. No entanto, a saída de vapor deve ser conectada a um sistema fechado para evitar que o vapor escape para a atmosfera. Embora a ventilação fechada possa não ser absolutamente necessária, às vezes pode haver mais material contaminante no trocador, exigindo ventilação de vapor fechada o tempo todo para controlar os riscos potenciais. Após a vaporização, uma ventilação para a atmosfera admite ar. Este procedimento geral é aplicável ao lado ou lados do trocador que contém material tóxico.

Os produtos químicos usados ​​para limpar os tubos ou o lado do casco devem circular em um sistema fechado. Normalmente, a solução de limpeza é recirculada de um sistema de caminhão-tanque e a solução contaminada no sistema é drenada para um caminhão para descarte.

Pumps

Uma das funções mais importantes do processo é a movimentação de líquidos e, na indústria química, todos os tipos de materiais líquidos são movidos com uma grande variedade de bombas. As bombas enlatadas e magnéticas são bombas centrífugas sem vedação. Acionadores de bomba magnética estão disponíveis para instalação em outros tipos de bomba para evitar vazamentos. Os tipos de bombas usadas na indústria de processos químicos estão listados na tabela 7.

Tabela 7. Bombas na indústria de processos químicos

• Centrífugo
• Alternativo (êmbolo)
• Enlatados
• magnético
• Turbina
• Acessorios
• Diafragma
• fluxo axial
• Parafuso
• Cavidade móvel
• lóbulo
• cata-vento

De vedação

Do ponto de vista de saúde e segurança, a vedação e o reparo de bombas centrífugas são as principais preocupações. As vedações mecânicas, que constituem o sistema de vedação de eixo predominante, podem vazar e, às vezes, estourar. No entanto, houve grandes avanços na tecnologia de vedação desde a década de 1970, que resultaram em reduções significativas de vazamento e maior vida útil da bomba. Algumas dessas melhorias são vedações de fole, vedações de cartucho, designs de face aprimorados, melhores materiais de face e melhorias no monitoramento variável da bomba. Além disso, a pesquisa contínua em tecnologia de vedação deve resultar em mais melhorias tecnológicas.

Onde os fluidos do processo são altamente tóxicos, bombas enlatadas ou magnéticas sem vazamentos ou vedantes são freqüentemente instaladas. Os períodos de serviço operacional ou o tempo médio entre manutenções (MTBM) melhoraram acentuadamente e geralmente variam entre três e cinco anos. Nessas bombas, o fluido de processo é o fluido lubrificante para os mancais do rotor. A vaporização do fluido interno afeta negativamente os rolamentos e muitas vezes torna necessária a substituição do rolamento. As condições de líquido nas bombas podem ser mantidas assegurando que a pressão interna no sistema de mancal seja sempre maior que a pressão de vapor líquido na temperatura de operação. Ao reparar uma bomba sem vedação, é importante drenar completamente um material de volatilidade relativamente baixa e deve ser analisado cuidadosamente com o fornecedor.

Em bombas de processo centrífugas típicas, a gaxeta foi essencialmente substituída por selos mecânicos. Esses selos são geralmente classificados como selos mecânicos simples ou duplos, com o último termo abrangendo selos mecânicos tandem ou duplos. Existem outras combinações de vedação dupla, mas elas não são tão amplamente utilizadas. Em geral, selos mecânicos em tandem ou duplos com fluidos de tampão líquido entre os selos são instalados para reduzir o vazamento do selo. Os padrões de selos mecânicos de bombas para bombas centrífugas e rotativas abrangendo especificações e instalações de selos mecânicos simples e duplos foram emitidos pelo American Petroleum Institute (API 1994). Um guia de aplicação de selos mecânicos está agora disponível para auxiliar na avaliação dos tipos de selos (STLE 1994).

Para evitar vazamento excessivo ou explosão de uma vedação com falha, uma placa de gaxeta é instalada após a vedação. Pode ter um fluido de descarga da gaxeta para mover o vazamento para um sistema de drenagem fechado (API 1994). Uma vez que o sistema de gaxeta não é uma vedação completa, sistemas de vedação auxiliares, como buchas de aceleração, estão disponíveis. Eles são instalados na gaxeta que controla o vazamento excessivo para a atmosfera ou explosão da vedação (Lipton e Lynch 1994). Esses selos não são projetados para operação contínua; após a ativação, eles funcionarão por até duas semanas antes da falha, proporcionando assim tempo para as operações trocarem as bombas ou fazerem ajustes no processo.

Está disponível um sistema de selo mecânico mais recente que basicamente reduz as emissões a um nível nulo. Este é um sistema de selo mecânico duplo com um sistema tampão de gás que substitui o tampão líquido no sistema padrão de selo mecânico duplo (Fone 1995; Netzel 1996; Adams, Dingman e Parker 1995). Nos sistemas de tampão líquido, as faces de vedação são separadas por uma película lubrificante extremamente fina de fluido tampão que também esfria as faces de vedação. Embora ligeiramente separados, existe uma certa quantidade de contato de face que resulta em desgaste da vedação e aquecimento da face de vedação. As vedações a gás são chamadas de vedações sem contato, pois uma face de vedação com entalhes curvos bombeia gás através das faces de vedação e constrói uma camada ou barragem de gás que separa completamente as faces de vedação. Essa falta de contato resulta em uma vida útil muito longa da vedação e também reduz a perda de fricção da vedação, diminuindo assim visivelmente o consumo de energia. Como o selo bombeia gás, há um fluxo muito pequeno para o processo e para a atmosfera.

Riscos para a saúde

Uma grande preocupação com as bombas é a drenagem e lavagem para preparar a bomba para manutenção ou reparo. A drenagem e a remoção abrangem fluidos de processo e fluidos tampão. Os procedimentos devem exigir a descarga de todos os fluidos em um sistema de drenagem de conexão fechada. Na caixa de empanque da bomba, onde um casquilho de garganta separa o impulsor da caixa de empanque, o casquilho funciona como uma barreira ao reter algum líquido na caixa de empanque. Os orifícios de drenagem na bucha ou um dreno na caixa de vedação permitirão a remoção completa do líquido do processo por meio de drenagem e lavagem. Para fluidos tampão, deve haver um método para drenar todo o fluido da área de vedação dupla. A manutenção requer a remoção do selo e se o volume do selo não for completamente drenado e lavado, os selos são uma fonte potencial de exposição durante o reparo.

Poeira e pós

O manuseio de poeiras e pós em equipamentos de processamento de sólidos é uma preocupação devido ao potencial de incêndio ou explosão. Uma explosão dentro do equipamento pode estourar através de uma parede ou gabinete como resultado da pressão gerada pela explosão, enviando uma onda combinada de pressão e fogo para a área do local de trabalho. Os trabalhadores podem estar em risco e os equipamentos adjacentes podem ser severamente impactados com efeitos drásticos. Poeiras ou pós suspensos no ar ou em um gás com oxigênio presente e em um espaço confinado são suscetíveis à explosão quando uma fonte de ignição com energia suficiente está presente. Alguns ambientes típicos de equipamentos explosivos são mostrados na tabela 8.

Tabela 8. Fontes potenciais de explosão em equipamentos

Uma explosão produz calor e expansão rápida de gás (aumento de pressão) e geralmente resulta em deflagração, que é uma frente de chama que se move rapidamente, mas a uma velocidade inferior à velocidade do som nessas condições. Quando a velocidade da frente da chama é maior que a velocidade do som ou está em velocidade supersônica, a condição é chamada de detonação, que é mais destrutiva do que a deflagração. Explosão e expansão da frente de chama ocorrem em milissegundos e não fornecem tempo suficiente para respostas de processo padrão. Consequentemente, as características potenciais de incêndio e explosão do pó devem ser definidas para determinar os perigos potenciais que podem existir nas várias etapas de processamento (CCPS 1993; Ebadat 1994; Bartknecht 1989; Cesana e Siwek 1995). Essas informações podem fornecer uma base para a instalação de controles e prevenção de explosões.

Quantificação do risco de explosão

Como as explosões geralmente ocorrem em equipamentos fechados, vários testes são realizados em equipamentos de laboratório especialmente projetados. Embora os pós possam parecer semelhantes, os resultados publicados não devem ser usados, pois pequenas diferenças nos pós podem ter características de explosão muito diferentes.

Uma variedade de testes realizados em pó pode definir o risco de explosão e a série de testes deve abranger o seguinte.

O teste de classificação determina se uma nuvem de poeira em pó pode iniciar e propagar chamas (Ebadat 1994). Os pós que possuem essas características são considerados pós Classe A. Aqueles pós que não inflamam são denominados Classe B. Os pós Classe A requerem uma série adicional de testes para avaliar sua explosão e potencial de perigo.

O teste de energia mínima de ignição define a energia de faísca mínima necessária para a ignição de uma nuvem de pó (Bartknecht 1989).

Na análise e gravidade da explosão, os pós do Grupo A são testados como uma nuvem de poeira em uma esfera onde a pressão é medida durante uma explosão de teste com base na energia mínima de ignição. A pressão máxima de explosão é definida junto com a taxa de mudança na pressão por unidade de tempo. A partir dessas informações, o valor característico específico da explosão (Kst) em bar metros por segundo é determinado e a classe de explosão é definida (Bartknecht 1989; Garzia e Senecal 1996):

Kst(bar·m/s) Classe de explosão de poeira Resistência relativa

1-200 St 1 Um pouco mais fraco

201-300 St 2 Forte

300+ St 3 Muito forte

Um grande número de pós foi testado e a maioria estava na classe St 1 (Bartknecht 1989; Garzia e Senecal 1996).

Na avaliação de pós sem nuvens, os pós são testados para determinar procedimentos e condições operacionais seguras.

Testes de prevenção de explosão

Os testes de prevenção de explosão podem ser úteis onde os sistemas de supressão de explosão não podem ser instalados. Eles fornecem algumas informações sobre as condições operacionais desejáveis ​​(Ebadat 1994).

O teste de oxigênio mínimo define o nível de oxigênio abaixo do qual a poeira não irá inflamar (Fone 1995). O gás inerte no processo impedirá a ignição se o gás for aceitável.

A concentração mínima de poeira é determinada para estabelecer o nível operacional abaixo do qual a ignição não ocorrerá.

Testes de perigo eletrostático

Muitas explosões são resultado de ignições eletrostáticas e vários testes indicam os perigos potenciais. Alguns dos testes cobrem a energia mínima de ignição, características de carga elétrica do pó e resistividade de volume. A partir dos resultados do teste, algumas medidas podem ser tomadas para evitar explosões. As etapas incluem aumento da umidade, modificação de materiais de construção, aterramento adequado, controle de certos aspectos do projeto do equipamento e prevenção de faíscas (Bartknecht 1989; Cesana e Siwek 1995).

controle de explosão

Existem basicamente dois métodos para controlar explosões ou frentes de propagação de um local para outro ou conter uma explosão dentro de um equipamento. Esses dois métodos são supressores químicos e válvulas de isolamento (Bartknecht 1989; Cesana e Siwek 1995; Garzia e Senecal 1996). Com base nos dados de pressão de explosão dos testes de gravidade de explosão, estão disponíveis sensores de resposta rápida que acionarão um supressor químico e/ou fecharão rapidamente as válvulas de barreira de isolamento. Os supressores estão disponíveis comercialmente, mas o projeto do injetor supressor é muito importante.

Aberturas de explosão

Em equipamentos onde pode ocorrer uma explosão potencial, frequentemente são instalados respiradouros de explosão que se rompem a pressões específicas. Estes devem ser cuidadosamente projetados e o caminho de exaustão do equipamento deve ser definido para evitar a presença de trabalhadores nesta área do caminho. Além disso, o impacto no equipamento no caminho da explosão deve ser analisado para garantir a segurança do equipamento. Uma barreira pode ser necessária.

Carga e Descarga

Produtos, intermediários e subprodutos são carregados em caminhões-tanque e vagões. (Em alguns casos, dependendo da localização das instalações e dos requisitos de docagem, são usados ​​navios-tanque e barcaças.) A localização das instalações de carga e descarga é importante. Embora os materiais carregados e descarregados geralmente sejam líquidos e gases, os sólidos também são carregados e descarregados em locais preferidos com base no tipo de sólidos movidos, risco potencial de explosão e grau de dificuldade de transferência.

escotilhas abertas

Ao carregar caminhões-tanque ou vagões através de escotilhas de abertura superior, uma consideração muito importante é minimizar os respingos à medida que o contêiner é enchido. Se o tubo de enchimento estiver localizado bem acima do fundo do recipiente, o enchimento resultará em respingos e geração de vapor ou mistura de líquido-vapor. Respingos e geração de vapor podem ser minimizados localizando a saída do tubo de enchimento bem abaixo do nível do líquido. O tubo de enchimento é normalmente estendido através do recipiente a uma distância mínima acima do fundo do recipiente. Uma vez que o enchimento com líquido também desloca o vapor, os vapores tóxicos podem ser um perigo potencial para a saúde e também apresentar problemas de segurança. Consequentemente, os vapores devem ser recolhidos. Os braços de enchimento estão disponíveis comercialmente com tubos de enchimento profundos e estendem-se através de uma tampa especial que fecha a abertura da escotilha (Lipton e Lynch 1994). Além disso, um tubo de coleta de vapor se estende por uma curta distância abaixo da tampa especial da escotilha. Na extremidade a montante do braço, a saída de vapor é conectada a um dispositivo de recuperação (por exemplo, um absorvedor ou condensador), ou o vapor pode retornar ao tanque de armazenamento como uma transferência de equilíbrio de vapor (Lipton e Lynch 1994).

No sistema de escotilha aberta do caminhão-tanque, o braço é levantado para permitir a drenagem para o caminhão-tanque e parte do líquido no braço pode ser pressurizado com nitrogênio à medida que o braço é retirado, mas os tubos de enchimento durante esta operação devem permanecer dentro da escotilha abertura. À medida que o braço de enchimento sai da escotilha, um balde deve ser colocado sobre a saída para coletar os pingos do braço.

Vagões

Muitos vagões têm escotilhas fechadas com pernas de enchimento profundas muito próximas ao fundo do contêiner e uma saída de coleta de vapor separada. Através de um braço que se estende até a escotilha fechada, o líquido é carregado e o vapor coletado de maneira semelhante ao método do braço da escotilha aberta. Em sistemas de carregamento de vagões, após o fechamento da válvula na entrada do braço, o nitrogênio é injetado no lado do contêiner dos braços para soprar o líquido restante no braço para dentro do vagão antes que a válvula de enchimento do vagão seja fechada (Lipton e Lynch 1994). .

caminhões tanque

Muitos caminhões-tanque são abastecidos pelo fundo para minimizar a geração de vapor (Lipton e Lynch 1994). As linhas de enchimento podem ser mangueiras especiais ou braços manobráveis. Os acopladores de ruptura seca são colocados nas extremidades da mangueira ou do braço e nas conexões inferiores do caminhão-tanque. Quando o caminhão tanque é abastecido e a linha é bloqueada automaticamente, o braço ou mangueira é desconectado no engate drybreak, que fecha automaticamente conforme os engates são separados. Acoplamentos mais novos foram projetados para desconectar com quase nenhum vazamento.

No carregamento pelo fundo, o vapor é coletado através de uma saída de vapor superior e o vapor é conduzido por uma linha externa que termina próximo ao fundo do recipiente (Lipton e Lynch 1994). Isso permite o acesso do trabalhador às conexões do acoplamento de vapor. O vapor recolhido, que se encontra a uma pressão ligeiramente superior à atmosférica, deve ser recolhido e enviado para um dispositivo de recuperação (Lipton e Lynch 1994). Esses dispositivos são selecionados com base no custo inicial, eficácia, manutenção e operacionalidade. Geralmente, o sistema de recuperação é preferível a um flare, que destrói os vapores recuperados.

Carregando controlel

Nos caminhões-tanque, os sensores de nível são instalados permanentemente dentro da carroceria do caminhão para indicar quando o nível de enchimento foi atingido e sinalizar uma válvula de bloqueio de controle remoto que interrompe o fluxo para o caminhão. (Lipton e Lynch 1994). Pode haver mais de um sensor no caminhão-tanque como backup para garantir que o caminhão não seja abastecido. O enchimento excessivo pode resultar em sérios problemas de segurança e exposição à saúde.

Vagões em serviço químico dedicado podem ter sensores de nível montados internamente no carro. Para vagões não dedicados, um totalizador de fluxo controla a quantidade de líquido enviada para o vagão e fecha automaticamente a válvula de bloqueio de controle remoto em uma configuração predeterminada (Lipton e Lynch 1994). Ambos os tipos de recipientes devem ser investigados para determinar se o líquido permanece no recipiente antes do enchimento. Muitos vagões possuem indicadores de nível manuais que podem ser usados ​​para este serviço. No entanto, onde o nível é mostrado pela abertura de um pequeno respiradouro para a atmosfera, este procedimento só deve ser executado sob condições apropriadamente controladas e aprovadas devido à toxicidade de alguns dos produtos químicos carregados.

Descarregando

Onde os produtos químicos têm uma pressão de vapor muito alta e o vagão ou caminhão-tanque tem uma pressão relativamente alta, o produto químico é descarregado sob sua própria pressão de vapor. Caso a pressão do vapor caia a um nível que interfira no procedimento de descarga, pode-se injetar gás nitrogênio para manter uma pressão satisfatória. O vapor de um tanque do mesmo produto químico também pode ser comprimido e injetado para aumentar a pressão.

Para produtos químicos tóxicos que têm uma pressão de vapor relativamente baixa, como o benzeno, o líquido é descarregado sob pressão de nitrogênio, o que elimina o bombeamento e simplifica o sistema (Lipton e Lynch 1994). Caminhões-tanque e vagões para este serviço têm pressões de projeto capazes de lidar com as pressões e variações encontradas. No entanto, as pressões mais baixas após o descarregamento de um contêiner são mantidas até que o caminhão-tanque ou vagão seja reabastecido; a pressão aumenta durante o carregamento. O nitrogênio pode ser adicionado se a pressão suficiente não for atingida durante o carregamento.

Um dos problemas nas operações de carga e descarga é a drenagem e purga de linhas e equipamentos nas instalações de carga/descarga. Drenos fechados e drenos de ponto particularmente baixo são necessários com purgas de nitrogênio para remover todos os vestígios de produtos químicos tóxicos. Esses materiais podem ser coletados em um tambor e devolvidos a uma instalação de recebimento ou recuperação (Lipton e Lynch 1994).

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