PETRÓLEO E GÁS TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS

Transcrição

1 PETRÓLEO E GÁS

2 Conectar Tubos entre si Conectar Tubos às válvulas MEIOS DE LIGAÇÃO Conectar Tubos às conexões e outros acessórios Conectar Tubos aos equipamentos (tanques, bombas, vasos de pressão) 2

3 PRINCIPAIS MEIOS DE LIGAÇÃO Ligações rosqueadas (screwed joints) Ligações soldadas (welded joints) Ligações Flangeadas (welded joints) Ligações de ponta e bolsa (bell and spigot joints) Outros Sistemas de Ligação: ligação de compressão, ligações patenteadas... 3

4 Extremidade com bolsa 4

5 ESCOLHA DO TIPO DE LIGAÇÃO Material e diâmetro da tubulação; Finalidade e localização da ligação; CUSTO; Grau de segurança exigido; Pressão e Temperatura de trabalho; Fluido contido; Necessidade ou não de desmontagem; Existência ou não de revestimento interno nos tubos, etc. 5

6 CLASSES DE LIGAÇÕES TÍPICAS EM TUBULAÇÕES Ligações de emenda entre dois tubos Ligações entre um tubo e uma conexão de tubulação (curva, joelho, tê, redução, etc...) Ligações extremas: tubo a um equipamento (filtro, compressor, bomba, tanque...) ou ligações da tubulação com peças desmontáveis (válvulas, purgadores de vapor etc) da própria tubulação. Segurança contra vazamentos; Baixo custo; Facilidade de execução; Fácil desmontagem: MANUTENÇÃO 6

7 OBSERVAÇÕES Não é usual que seja prevista a DESMONTAGEM da própria tubulação; EXCETO: raros casos de fluidos muito viscosos ou muito sujos deixando inscrustações, sedimentos (limpeza periódica); Assim, raramente as duas primeiras classes são desmontáveis; Qualquer ligação desmontável é mais cara e menos segura contra vazamentos; 7

8 LIGAÇÕES ROSQUEADAS Um dos meios mais antigos de ligação usados em tubos; Tubos de pequeno diâmetro baixo custo e fácil execução; Diâmetro máx. de uso corrente: = 2 (raras exceções: = 4 ); Roscas dos tubos, luvas e uniões: CÔNICAS (com o aperto há interferência dos fios de rocas, garantindo a vedação); Para auxiliar a vedação: fitas adesivas enroladas nas roscas externas; 8

9 LIGAÇÕES ROSQUEADAS 9

10 LIGAÇÕES ROSQUEADAS As UNIÕES são empregadas quando se deseja uma ligação facilmente desmontável; A vedação entre as duas MEIAS UNIÕES é obtida por meio de gaxetas ou sedes metálicas; Em ligações rosqueadas utiliza-se sempre tubos ESPESSOS, série mínima 80 (o rosqueamento enfraquece a parede dos tubos); As ligações rosqueadas são as únicas em tubos galvanizados e ferros forjados (soldagem complicada); Principais normas para roscas de tubos: ASME B e API.5.B 10

11 LIGAÇÕES ROSQUEADAS O rosqueamento enfraquece a parede dos tubos, podendo favorecer o aparecimento de trincas nos tubos. 11

12 LIGAÇÕES ROSQUEADAS RECOMENDAÇÕES Serviços que não sejam fortemente cíclicos; Serviços não muito corrosivos (corrosão sob contato); Uniões rosqueadas NÃO sujeitas a grandes esforços e momentos (a fim de não desatarraxar as roscas); Para fluidos tóxicos e inflamáveis: solda de vedação nas roscas dos tubos; 12

13 LIGAÇÕES ROSQUEADAS RECOMENDAÇÕES Aplicações para tubos de aço carbono: tubulações de pequeno diâmetro e serviços de baixa responsabilidade (água, ar comprimido, etc.) Qualquer ligação rosqueada representa um ponto fraco na tubulação, resistência menor que o tubo. Assim, um possível ponto de vazamento. 13

14 LIGAÇÕES ROSQUEADAS CARACTERÍSTICAS Passo distância entre fios; Nº de fios por polegada; Ângulo do filete; 14

15 ACESSÓRIOS PARA LIGAÇÕES ROSQUEADAS 15

16 LIGAÇÕES SOLDADAS Em tubulações industriais, a maior parte das ligações são soldadas com solda por fusão, com metal de adição. SOLDAGEM Operação que visa obter a coalescência localizada produzida pelo aquecimento até uma temperatura adequada, com ou sem a aplicação de pressão e de metal de adição." (Definição a adotada pela AWS - American Welding Society) 16

17 Soldagem LIGAÇÕES SOLDADAS Processo de soldagem: Eletrodo revestido; mig-mag; Tig; Arco Submerso; Resistência elétrica, etc. 1. Revestimento; 2. Núcleo (alma) do eletrodo ou metal de adição; 3. Fumos de soldagem; 4. Poça de fusão; 5. Metal de base; 6. Metal de solda; 7. Escória; 17

18 LIGAÇÕES SOLDADAS Principais tipos de ligações soldadas: Solda de topo Solda de encaixe 18

19 Vantagens: LIGAÇÕES SOLDADAS Resistência mecânica boa; Estanqueidade perfeita e permanente; Boa aparência; Facilidade na aplicação de isolamento térmico ou pintura; Nenhuma necessidade manutenção Desvantagens: Dificuldade de desmontagem; Necessidade de mão de obra especializada para sua execução, e o fato de ser um trabalho a quente, (exige cuidados com ambientes com combustíveis,inflamáveis ou explosivos. 19

20 LIGAÇÕES SOLDADAS SOLDA DE TOPO Sistema mais usado para ligações de tubos com diâmetros 2 Podem ser utilizadas, excepcionalmente, em =1 ou menores, para total segurança contra vazamento (serviços com hidrogênio); 20

21 ACESSÓRIOS PARA SOLDA DE TOPO 21

22 LIGAÇÕES SOLDADAS SOLDA DE ENCAIXE 22

23 LIGAÇÕES SOLDADAS SOLDA DE ENCAIXE Ligações soldadas usadas na maioria dos tubos industriais com diâmetros até 1½, inclusive, em toda faixa usual de pressões e de temperaturas, para tubos de aço de qualquer tipo. A solda de encaixe é empregada também, embora não exclusivamente, em tubos até 4, de metais não-ferrosos e de plásticos. Não se recomenda o emprego de solda de encaixe em serviços de alta corrosão ou erosão; Proíbe-se esse tipo de ligação em diâmetros 1 ½ para serviços fortemente cíclicos; 23

24 ACESSÓRIOS PARA SOLDA DE ENCAIXE Qual a diferença? 24

25 TUBO ROSCADO SOLDA COLAR COM ROSCA COLAR PARA SOLDA DE TOPO SOLDA SOLDA ACESSÓRIO: Colar NOTA EXISTEM COLARES TAMBÉM: - COM ROSCA DE REDUÇÃO - DE TOPO DE REDUÇÃO - DE ENCAIXE 25

26 LIGAÇÕES FLANGEADAS Uma ligação flangeada é composta de dois flanges, um jogo de parafusos ou estojos com porcas e uma junta de vedação. 26

27 LIGAÇÕES FLANGEADAS Ligações facilmente desmontáveis, empregam-se principalmente para tubos de 2 ou maiores, em dois casos específicos: 1. Ligar os tubos com as válvulas e os equipamentos (bombas, compressores, tanques, vasos etc.), e também em determinados pontos, no correr da tubulação, onde seja necessário facilidade de desmontagem; 2. Ligações de um tubo em outro: Tubulações de aço que possuem revestimento. Em serviços de alta corrosão, permitem a perfeita continuidade do revestimento; Desmontagem da tubulação para limpeza interna. 27

28 OBSERVAÇÕES: LIGAÇÕES FLANGEADAS As ligações flangeadas devem ser usadas no menor número possível, porque são sempre pontos de possíveis vazamentos, e também porque são peças caras, pesadas e volumosas; Os flanges podem ser integrais, isto é, fundidos ou forjados juntamente com o tubo, ou independentes, soldados ou rosqueados ao tubo; Os flanges de válvulas, bombas, compressores, turbinas e outras máquinas são quase sempre integrais com esses equipamentos. 28

29 TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS 29

30 TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS FLANGE INTEGRAL Usados em alguns casos raros de tubulações de ferro fundido ou alguns plásticos laminados; Sempre para diâmetros menores que 2. 30

31 TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS FLANGE DE PESCOÇO O mais utilizados em tubulações industriais para quaisquer pressões e temperaturas; De todos os flanges não-integrais é o mais resistentes; Permite melhores apertos; Menores tensões residuais; Ligado ao tubo com uma única solda, sem descontinuidades que favoreçam à corrosão. 31

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33 TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS FLANGE DE PESCOÇO 1. Flange de pescoço 2. Solda 3. Tubo 33

34 TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS FLANGE SOBREPOSTO Mais barato e mais fácil de instalar do que o flange de pescoço; O flange é ligado ao tubo com 2 soldas (interna e externa); Só pode ser utilizado em serviços não severo, devido ao aperto permitido ser bem menor; As tensões residuais são altas e as descontinuidades aumentam a concentração de tensão e facilitam a corrosão e erosão. 34

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36 TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS FLANGE SOBREPOSTO 1. Flange sobreposto 2. Solda externa 3. Solda interna 4. Tubo 36

37 TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS FLANGE SOBREPOSTO São sempre pontos fracos resistência inferior ao tubo; Esta observação também se aplica aos flanges a seguir. 37

38 TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS FLANGE ROSQUEADO Apenas para tubulações industriais de metais não soldáveis (ferro fundido, aço galvanizado, etc.); Também para materiais não metálicos (plásticos). 38

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40 TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS FLANGE ROSQUEADO 1. Flange rosqueado 2. Rosca 3. Tubo 40

41 TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS FLANGE DE ENCAIXE Um pouco mais resistente que o sobreposto; Dispensa a solda interna, devido ao encaixe da ponta do tubo; Para tubos de pequenos diâmetros, até 1 ½ ; Não recomendado para serviços sujeitos a corrosão, devido à descotinuidade; 41

42 TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS FLANGE DE ENCAIXE 1. Flange de encaixe 2. Solda externa 3. Tubo 4. Folga 42

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44 TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS FLANGE SOLTO Não fica preso à tubulação, e podem deslizar sobre o tubo; O flange fica sobre uma virola, que servirá de batente; Possuem a vantagem de ficarem completamente fora de contato com o fluido circulante; Empregados em tubos de materiais caros. 44

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46 TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS FLANGE CEGO Usados em extremidades de linhas ou fechamento de bocais flangeadas; 46

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48 TIPOS DE FLANGES PARA TUBOS FLANGE TIPO ANEL Semelhante ao flange sobreposto. A diferença está na solda OBSERVAÇÃO Todos os flanges ligados por solda devem ser do mesmo material do tubo. Evitar soldas dissimilar! 48

49 FACEAMENTO DOS FLANGES O mais comum. Quaisquer P e T. Ressalto de 2 mm para 150# e 300# e 7mm para pressões maiores Flanges de ferro fundido ou de outros materiais frágeis (plásticos). Aperto inferior (p/ não causar fratura na borda) Para flanges de aço em serviços severos (altas pressões e temperaturas acima de 550ºC), 600#, 900#. Efeito cunha do rasgo. Dilatação da junta de anel contra a parede do rasgo (devido à pressão interna elevada). 49

50 FACEAMENTO DOS FLANGES Para serviços com fluido corrosivos. Junta confinada. Flanges diferentes. Flanges soltos. Face do flange com a borda interna arredondada. 50

51 FACEAMENTO DOS FLANGES OBSERVAÇÃO: A superfície pode ser ranhurada (com ranhuras concêntricas ou espiraladas) ou lisa. Uma superfície ranhurada espiralada é o acabamento mais comum e mais barato. ranhuras concêntricas ranhuras espiraladas 51

52 FACEAMENTO DOS FLANGES 52

53 ACESSÓRIOS FLANGEADOS 53

54 FABRICAÇÃO, MATERIAIS E NORMALIZAÇÃO DE FLANGES DE AÇO CLASSE DE PRESSÃO NOMINAL FABRICAÇÃO: Forjamento (preferido maior resistência mecânica); Usinagem e soldagem 54

55 Norma ASME B.16.5 Flanges de aço de todos os tipos, DN até 24 pol. Classes 150#, 300#, 400#, 600#, 900#, 1500# e 2500#. Ou PN20, PN50, PN68, PN100, PN 150, PN250 e PN420; OBS: O fato da classe do flange ser de 300#, não significa que sua pressão admissível vale 300#, pois esta depende da temperatura de operação TEMPERATURA PRESSÃO ADMISSÍVEL 55

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57 ESPECIFICAÇÃO DE FLANGES 57

58 JUNTAS PARA FLANGES TIPOS Juntas não-metálicas; Juntas semi-metálicas, em espiral; Juntas metálicas Folheadas; Maciças; De anel; 58

59 JUNTAS PARA FLANGES 59

60 JUNTAS PARA FLANGES OBSERVAÇÕES: As juntas devem ser suficientemente deformável e elástica para se amoldar às irregularidades das superfícies dos flanges, garantindo a vedação; 60

61 Função: Impedir vazamentos em ligações flangeadas Esforços atuantes sobre uma junta 61

62 FACE PLANA JUNTA NÃO CONFINADA FACE COM RESSALTO (JUNTA NÃO CONFINADA) LINGÜETA E RANHURA (tongue and groove) (JUNTA TOTALMENTE CONFINADA) 62

63 MACHO E FÊMEA JUNTA SEMICONFINADA FACE PARA JUNTA DE ANEL (RING-TYPE JOINT) 63

64 Pressão de operação Força dos parafusos Resistência à corrosão causada pelo fluido Temperatura de operação Tipo de flange Força mínima de esmagamento Os critérios acima são simplificados utilizando o fator P x T P x T máx. Temp ( o C) máx. Material da Junta Borracha Fibra vegetal Teflon CRITÉRIOS DE SELEÇÃO Papelão hidráulico Papelão hidr. com tela metálica > Junta metálica Produto da pressão (kgf/cm 2 ) com a temperatura ( o C) 64

65 PARAFUSOS E ESTOJOS PARA FLANGES Ligação dos flanges Parafusos e Estojos são empregados para: Aperto das juntas 65

66 PARAFUSOS E ESTOJOS PARA FLANGES 66

67 PARAFUSOS E ESTOJOS PARA FLANGES Parafuso de Máquina Estojo ou parafuso prisioneiro Aperto Aperto Tração nos Parafusos Compressão na junta - Chaves de torque (torquímetros) serviços de maior responsabilidade - Aperto manual sem controle de torque serviços de responsabilidade menor Flexão no flange 67

68 SEQUÊNCIA DE APERTO DE FLANGES Flange com 4 Furos Flange com 8 Furos Possíveis sequências de aperto: ; ; , etc. 2 68

69 SEQUÊNCIA DE APERTO DE FLANGES Flange com 16 Furos Flange com 32 Furos 69

70 PARAFUSOS E ESTOJOS PARA FLANGES OBSERVAÇÕES A parte rosqueada nunca abrange todo o corpo do parafuso de máquina; Os parafusos de máquinas são designados pelo comprimento (extremidade até à base da cabeça) e pelo diâmetro nominal da rosca; A norma ASME B.31.3 permite o uso de parafuso de máquina para flanges até 300# e até 200ºC; Os estojos permitem melhor aperto do que os parafusos de máquinas (a parte mais fraca deste parafuso é justamente a ligação da cabeça com o corpo); 70

71 PARAFUSOS E ESTOJOS PARA FLANGES OBSERVAÇÕES Os estojos podem ser utilizados para quaisquer pressões e temperaturas; Os estojos são designados pelo comprimento total e pelo diâmetro nominal da rosca; Em tubulações sujeitas a temperaturas elevadas, os parafusos ou estojos tendem a se dilatar e se deformar por fluência, ambos os efeitos tendo por consequência afrouxar o aperto, sendo por isso necessário um novo aperto adicional a quente. 71

72 LIGAÇÕES DE PONTA E BOLSA 72

73 LIGAÇÕES DE PONTA E BOLSA Anel de borracha Junta antes de montar Anel de borracha Junta montada 73

74 OUTROS MEIOS DE LIGAÇÃO DE TUBOS 74

75 LIGAÇÕES DE COMPRESSÃO São sistemas muito usados para tubos de metais não-ferrosos e de aço inoxidável, todos de pequeno diâmetro (até 1"). VANTAGEM não é um trabalho a quente; 75

76 LIGAÇÕES PATENTEADAS Juntas "Dresser", "Victaulic", ' Flexlock", "Gibault" etc. Essas ligações são todas não rígidas, permitindo sempre um razoável movimento angular e um pequeno movimento axial entre as duas varas de tubo. LIMITADAS A BAIXAS PRESSÕES (1,2MPa = 12kg/cm 2 ) 76

77 LIGAÇÕES PATENTEADAS 77

78 LIGAÇÕES PATENTEADAS 78

79 LIGAÇÕES PATENTEADAS JUNTA VICTAULIC 79

80 RECOMENDAÇÕES DE ACORDO COM A PRÁTICA INDUSTRIAL USUAL 80