Inspeções Internas João Gama Godoy Técnico de Segurança do Trabalho Senac - 2009
NR 13 - Caldeiras e Vasos de Pressão
As primeiras aplicações práticas ou de caráter industrial de vapor surgiram por volta do século 17. O inglês Thomas Savery patenteou em 1698 um sistema de bombeamento de água utilizando vapor como força motriz.
Em 1711, Newcomen desenvolveu outro equipamento com a mesma finalidade. A caldeira de Newcomen era apenas um reservatório esférico, com aquecimento direto no fundo, também conhecida como caldeira de Haycock.
James Watt modificou um pouco o formato em 1769, desenhando a caldeira Vagão, a precursora das caldeiras utilizadas em locomotivas a vapor.
Todos estes modelos provocaram desastrosas explosões, devido a utilização de fogo direto e ao grande acúmulo de vapor no recipiente.
Stephen Wilcox, em 1856, projetou um gerador de vapor com tubos inclinados, e da associação com George Babcock tais caldeiras passaram a ser produzidas, com grande sucesso comercial.
Em 1880, Alan Stirling desenvolveu uma caldeira de tubos curvados, cuja concepção básica é ainda hoje utilizada nas grandes caldeiras de tubos de água.
Caldeiras a vapor são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia. São classificadas como: 1) Quanto à posição dos gases quentes e da água: - Aquatubulares (Aquotubulares) - Flamotubulares (Fogotubulares, Pirotubulares)
Caldeira Aquatubolar fixa Vertical
Caldeira aquatubular: Chamadas caldeiras de paredes de água ou de tubos de água. São as mais comuns em se tratando de plantas termelétricas ou geração de energia elétrica em geral.
CALDEIRA AQUATUBULAR
Caldeira aquatubular de grande porte.
Caldeira Flamotubular: Também conhecidas como Pirotubulares, Fogotubulares ou, ainda, como Tubos de Fumaça, são aquelas nas quais os gases da combustão (fumos) atravessam a caldeira no interior de tubos que se encontram circundados por água, cedendo calor à mesma.
Caldeira Flamotubular
Caldeira Flamotubular:
Existem vários métodos de classificação das caldeiras flamotubulares (segundo o uso, a capacidade, a pressão, a posição da fornalha, a posição dos tubos, os tamanhos, etc.). Podemos dividi-las em:
Verticais Horizontais Com fornalha externa Com fornalha externa Com fornalha interna Multitubulares Com fornalha interna Com uma tubulação central (Cornovaglia) Com duas tubulações (Lancashire) Locomotivas e Locomóveis Escocesas Marítimas Estacionárias Compactas
Considera-se "Profissional Habilitado" aquele que tem competência legal para o exercício da profissão de engenheiro na atividades referentes a projeto de construção, acompanhamento operação e manutenção, inspeção e supervisão de inspeção de caldeiras e vasos de pressão, em conformidade com a regulamentação profissional vigente no País.
Pressão Máxima de Trabalho Permitida - PMTP ou Pressão Máxima de Trabalho Admissível - PMTA é o maior valor de pressão compatível com o código de projeto, a resistência dos materiais utilizados, as dimensões do equipamento e seus parâmetros operacionais.
Constitui risco grave e iminente a falta de qualquer um dos seguintes itens: a) válvula de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior a PMTA; b) instrumento que indique a pressão do vapor acumulado; c) injetor ou outro meio de alimentação de água, independente do sistema principal, em caldeiras combustível sólido; d) sistema de drenagem rápida de água, em caldeiras de recuperação de álcalis; e) sistema de indicação para controle do nível de água ou outro sistema que evite o superaquecimento por alimentação deficiente.
a) válvula de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior a PMTA;
b) instrumento que indique a pressão do vapor acumulado;
c) injetor ou outro meio de alimentação de água, independente do sistema principal, em caldeiras combustível sólido;
d) sistema de drenagem rápida de água, em caldeiras de recuperação de álcalis;
e) sistema de indicação para controle do nível de água ou outro sistema que evite o superaquecimento por alimentação deficiente.
Toda caldeira deve ter afixada em seu corpo, em local de fácil acesso e bem visível, placa de identificação
Toda caldeira deve possuir, no estabelecimento onde estive instalada, a seguinte documentação, devidamente: "Prontuário da Caldeira "Registro de Segurança "Projeto de Instalação "Projetos de Alteração ou Reparo "Relatórios de Inspeção
Para os propósitos desta NR, as caldeiras são classificadas em 3 (três) categorias, conforme segue: a) A são aquelas cuja pressão de operação é igual ou superiora 1960 KPa (19.98 Kgf/cm2); b) C são aquelas cuja pressão de operação é igual ou inferior a 588 KPa (5.99 Kgf/cm2) e o volume interno é igual ou inferior a 100 (cem) litros; c) B são todas as caldeiras que não se enquadram nas categorias anteriores.
As caldeiras de qualquer estabelecimento devem ser instaladas em "Casa de Caldeiras" ou em local específico para tal fim, denominado "Área de Caldeiras".
As caldeiras classificadas na categoria A deverão possuir painel de instrumentos instalados em sala de controle, construída segundo o que estabelecem as Normas Regulamentados aplicáveis.
Toda caldeira deve possuir "Manual de Operação" atualizado, em língua portuguesa, em local de fácil acesso aos operadores, contendo no mínimo: a) procedimentos de partidas e paradas; b) procedimentos e parâmetros operacionais de rotina; c) procedimentos para situações de emergência; d) procedimentos gerais de segurança, saúde e de preservação do meio ambiente.
Para efeito desta NR, será considerado operador de caldeira aquele que satisfizer pelo menos uma das seguintes condições: a) possuir certificado de "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras" e comprovação de estágio prático; b) possuir certificado de "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras" previsto na NR 13; c) possuir comprovação de pelo menos 3 (três) anos de experiência nessa atividade, até 08 de maio de 1984.
O pré-requisito mínimo para participação como aluno, no "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras" é o atestado de conclusão do 1 grau.
O "Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras" deve, obrigatoriamente: a) ser supervisionado tecnicamente por "Profissional Habilitado"; b) ser ministrado por profissionais capacitados para esse fim; c) obedecer, no mínimo, ao currículo proposto no Anexo I-A desta NR.
Todo operador de caldeira deve cumprir um estágio prático, na operação da própria caldeira que irá operar, o qual deverá ser supervisionado, documentado e ter duração mínima de: a) caldeiras da categoria A: 80 (oitenta) horas; b) caldeiras da categoria B: 60 (sessenta) horas; c) caldeiras da categoria C: 40 (quarenta) horas.
Todos os reparos ou alterações em caldeiras devem respeitar o respectivo código do projeto de construção e as prescrições do fabricante no que se refere a: materiais; procedimentos de execução; procedimentos de controle de qualidade; qualificação e certificação de pessoal.
As caldeiras devem ser submetidas a inspeções de segurança inicial, periódica e extraordinária, sendo considerado condição de risco grave e iminente o não atendimento aos prazos estabelecidos nesta NR.
A inspeção de segurança inicial deve ser feita em caldeiras novas, antes da entrada em funcionamento, no local de operação, devendo compreender exames interno e externo, teste hidrostático e de acumulação.
Ao completar 25 (vinte e cinco) anos de uso, na sua inspeção subseqüente, as caldeiras devem ser submetidas a rigorosa avaliação de integridade para determinar a sua vida remanescente e novos prazos máximos para inspeção, caso ainda estejam em condições de uso.
Estabelecimento sem Serviço Próprio de Inspeção de Equipamento Certificado Categoria A Categoria B e Especial C 12 meses 12 meses ou 24 meses com testes de válvulas de segurança a cada 12 meses (exceto caldeira de recuperação de Álcalis) Estabelecimento 30 meses 18 meses 40 meses com Serviço Próprio de Inspeção de Equipamento certificado O quadro resume os prazos máximos estabelecidos para inspeção de caldeiras.
A inspeção de segurança deve ser realizada por "Profissional Habilitado", ou por "Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos. Inspecionada a caldeira, deve ser emitido "Relatório de Inspeção", que passa a fazer parte da sua documentação.
13.6 Vasos de pressão - disposições gerais. Vasos de pressão são equipamentos que contêm fluidos sob pressão interna ou externa.
NR 13 - Vasos de Pressão Constitui risco grave e iminente a falta de qualquer um dos seguintes itens: a) válvula ou outro dispositivo de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior à PMTA, instalada diretamente no vaso ou no sistema que o inclui; b) dispositivo de segurança contra bloqueio inadvertido da válvula quando esta não estiver instalada diretamente no vaso; c) instrumento que indique a pressão de operação.
NR 13 - Vasos de Pressão
NR 13 - Vasos de Pressão
NR 13 - Vasos de Pressão Todo vaso de pressão deve ser instalado de modo que todos os drenos, respiros, bocas de visita e indicadores de nível, pressão e temperatura, quando existentes, sejam facilmente acessíveis.
Quando os vasos de pressão forem instalados em ambientes confinados, a instalação deve satisfazer os seguintes requisitos: a) dispor de pelo menos 2 (duas) saídas amplas, permanentemente desobstruídas e dispostas em direções distintas; b) dispor de acesso fácil e seguro para as atividades de manutenção, operação e inspeção, sendo que, para guardacorpos vazados, os vãos devem ter dimensões que impeçam a queda de pessoas; c) dispor de ventilação permanente com entradas de ar que não possam ser bloqueadas; d) dispor de iluminação conforme normas oficiais vigentes; e) possuir sistema de iluminação de emergência.
Classificação dos Vasos de Pressão 1.1 - Os fluidos contidos nos vasos de pressão são classificados conforme descrito a seguir: CLASSE A : - Fluidos inflamáveis; - Combustível com temperatura superior ou igual a 200ºC - Fluidos tóxicos com limite de tolerância igual ou inferior a 20 ppm; - Hidrogênio; - Acetileno.
CLASSE B : - Fluidos combustíveis com temperatura inferior a 200ºC - Fluidos tóxicos com limite de tolerância superior a 20 ppm.
CLASSE C : Vapor de água, gases asfixiantes simples ou ar comprimido.
CLASSE D : Água ou outros fluidos não enquadrados nas classes A, B ou C, com temperatura superior a 50ºC
Todo profissional com "Treinamento de Segurança na Operação de Unidade de Processo" deve cumprir estágio prático, supervisionado, na operação de vasos de pressão com as seguintes durações mínimas: a) 300 (trezentas) horas para vasos de categorias I ou II; b) 100 (cem) horas para vasos de categorias III, IV ou V.
O estabelecimento onde for realizado o estágio prático supervisionado deve informar previamente à representação sindical da categoria profissional predominante no estabelecimento: a) período de realização do estágio; b) entidade, empresa ou profissional responsável pelo "Treinamento de Segurança na Operação de Unidade de Processo"; c) relação dos participantes do estágio.
Os vasos de pressão devem ser submetidos a inspeções de segurança inicial, periódica e extraordinária. Para estabelecimentos que não possuam Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos, conforme citado no Anexo II: CATEGORIA EXAME EXAME TESTE DO VASO EXTERNO INTERNO HIDROSTÁTICO I 1 ANO 3 ANOS 6 ANOS II 2 ANOS 4 ANOS 8 ANOS III 3 ANOS 6 ANOS 12 ANOS IV 4 ANOS 8 ANOS 16 ANOS V 5 ANOS 10 ANOS 20 ANOS
Para estabelecimentos que possuam Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos, conforme citado no Anexo II CATEGORIA DO EXAME EXAME INTERNO TESTE VASO EXTERNO HIDROSTÁTICO I 3 ANOS 6 ANOS 12 ANOS II 4 ANOS 8 ANOS 16 ANOS III 5 ANOS 10 ANOS a critério IV 6 ANOS 12 ANOS a critério V 7 ANOS a critério a critério
ANEXO I-B CURRÍCULO MÍNIMO PARA TREINAMENTO DE SEGURANÇA NA OPERAÇÃO DE UNIDADES DE PROCESSO 1. NOÇÕES DE GRANDEZAS FÍSICAS E UNIDADES Carga horária: 04 horas 1.1. Pressão 1.1.1. Pressão atmosférica 1.1.2. Pressão interna de um vaso 1.1.3. Pressão manométrica, pressão relativa e pressão absoluta. 1.1.4. Unidades de pressão 1.2. Calor e Temperatura 1.2.1. Noções gerais: o que é calor, o que é temperatura 1.2.2. Modos de transferência de calor 1.2.3. Calor específico e calor sensível 1.2.4. Transferência de calor a temperatura constante 1.2.5. Vapor saturado e vapor superaquecido 2. EQUIPAMENTOS DE PROCESSO Carga horária: estabelecida de acordo com a complexidade da unidade, mantendo um mínimo de 4 horas por item, onde aplicável. 2.1. Trocadores de calor 2.2. Tubulação, válvulas e acessório. 2.3. Bombas 2.4. Turbinas e ejetores 2.5. Compressores 2.6. Torres, vasos, tanques e reatores. 2.7. Fornos 2.8. Caldeiras
Auto claves Autoclave é um aparelho utilizado para esterilizar artigos através do calor húmido sob pressão.
Auto claves O equipamento consiste em uma câmara de aço inoxidável, comum ou duas portas, contendo válvula de segurança, manômetro de pressão e indicador de temperatura. É o processo mais utilizado em hospitais e é o mais econômico para esterilização de artigos termorresistentes.
esterilização em autoclave é o processo que maior segurança oferece, devendo ser utilizado para esterilização de artigos que não sejam sensíveis ao calor e ao vapor.
O princípio básico da esterilização por calor úmido é a exposição do material a vapor saturado seco em temperatura, pressão e tempo necessário. A umidade e calor desnaturam irreversivelmente enzimas e proteínas estruturais, destruindo os microrganismos.
A esterilização a vapor é sempre por autoclaves e é a remoção do ar que diferencia os tipos de autoclaves. Sistema de operação: A esterilização por vapor saturado seco sob pressão se faz em cinco fases: - Remoção do ar da câmara; - Admissão do vapor; - Exposição dos artigos (tempo de penetração, esterilização e confiança); - Exaustão do vapor; - Secagem da carga.
São dois tipos de autoclaves que esterilizam por calor úmido: Gravitacional - Pré-vácuo
Gravitacional O ar é removido por gravidade, o ar frio (mais denso) é forçado pela injeção de vapor e tende a sair por um ralo colocado na parte inferior da câmara, quando o vapor é admitido. É um processo lento e favorece a permanência residual do ar, podendo ocorrer bolhas. O ciclo deve ser mais longo, para que o vapor penetre em todos os materiais.
Pré-vácuo Por meio da bomba de vácuo contida na aparelho, o ar é removido do material e da câmara, podendo ter um ou três ciclos pulsáteis, o que favorece a penetração mais rápida do vapor dentro dos pacotes. Após a esterilização, a bomba a vácuo faz a sucção do vapor e da umidade interna da carga, tornando a secagem mais rápida e completando o ciclo.
Mecanismo de ação O processo baseia-se na transformação das partículas de água em vapor, sob a mesma temperatura. A atividade esterelizante da autoclave tem como princípio a morte celular pela coagulação das proteínas bacterianas, por meio do calor, de modo que o microrganismo perde suas funções vitais.
Tempo: pode variar de três a 30 minutos, de acordo com a temperatura o tipo de equipamento utilizados. Temperatura e tempo de exposição: - Gravitacional: 132 à 135º C - 10 à 25 min; 121 à 123º C - 15 à 30 min; - Pré-Vácuo: 132 à 135º C - 3 à 5 min.
Esta NR deve ser aplicada aos seguintes equipamentos: qualquer vaso cujo produto P.V seja superior a 8 (oito) onde P é a máxima pressão de operação em kpa e V o seu volume geométrico interno em m3 incluindo:
permutadores de calor, evaporadores e similares;
vasos de pressão ou partes sujeitas a chama direta que não estejam dentro do escopo de outras NRs, nem do item 13.1. desta NR;
vasos de pressão encamisados, incluindo refervedores e reatores;
autoclaves e caldeiras de fluido térmico que não o vaporizem.
b) vasos que contenham fluido da classe A, especificados no Anexo IV, independente das dimensões e do produto P.V. (P=Pressão Máxima e V= volume geométrico) Fluidos inflamáveis; Fluidos tóxicos; - Hidrogênio - Acetileno
Esta NR não se aplica aos seguintes equipamentos: cilindros transportáveis, vasos destinados ao transporte de produtos, reservatórios portáteis de fluido comprimido e extintores de incêndio;
os destinados à ocupação humana;
câmara de combustão ou vasos que façam parte integrante de máquinas rotativas ou alternativas, tais como bombas, compressores, turbinas, geradores, motores, cilindros pneumáticos e hidráulicos e que não possam ser caracterizados como equipamentos independentes;
dutos e tubulações para condução de fluido;
serpentinas para troca térmica;
tanques e recipientes para armazenamento e estocagem de fluidos não enquadrados em normas e códigos de projeto relativos a vasos de pressão;
vasos com diâmetro interno inferior a 150 (cento e cinqüenta) mm para fluidos da classe B, C e D, conforme especificado no Anexo IV.
EXPLOSÃO EM CALDEIRA
EXPLOSÃO EM CALDEIRA A caldeira envolvida no acidente era uma caldeira aquatubular com economizador e superaquecedor. A superfície total de aquecimento era de 2203 pés quadrados, pressão de projeto 12000 Kpa e produzia 160 Ton. de vapor / hora. Os queimadores possuíam um sistema de bicos que permitia a queima de 8 diferentes tipos de combustível.
EXPLOSÃO EM CALDEIRA
INTRODUÇÃO Na noite de 09 de Dezembro de 2000, as 02:30, 3 pessoas estavam tentando dar partida (restart) na caldeira quando ocorreu uma explosão dentro da câmara de combustão da caldeira. As 3 pessoas ficaram gravemente feridas, com mais de 50% da área de corpo queimados por queimaduras de segundo grau.
Duas destas pessoas subseqüentemente morreram no hospital: 1 Operador de 23 anos de idade. 1 Operadora de 21 anos de idade.
FOTOS DA CALDEIRA APÓS A EXPLOSÃO
A caldeira estava operando queimando GLP. Uma ordem noturna foi dada para acender os queimadores de Diesel na caldeira. As 3 pessoas acidentadas tentaram acender o queimador de diesel a partir das 00:30. Eles fizeram diversas tentativas, mas não obtiveram sucesso. As 2:20, eles tentaram acender novamente os queimadores de diesel. Entretanto, a caldeira sofreu um trip e apagou. Na tentativa de reacendimento da caldeira com GLP, a explosão ocorreu.
A caldeira estava em fase de comissionamento no momento do acidente. Procedimentos escritos estavam disponíveis para partida a frio e a quente de caldeiras. Investigações revelaram que a equipe de partida encontrou dificuldades para o acendimento da caldeira com GLP algum tempo antes. Para superar o problema, eles improvisaram um método de partida com um by-passs manual. Este método de by-pass não era o mesmo constante nos procedimentos operacionais.
O método de by-pass foi usado pela equipe de partida como uma mediada temporária, e eles pararam de usa-lo quando uma solução definitiva para o problema foi encontrada. Este método foi utilizado apenas pela equipe de partida e nenhum operador foi instruído para utiliza-los. Investigações mostraram que operadores estavam presentes quando este método de partida foi usado. Na realidade, este método foi utilizado em diversas ocasiões subsequentes pelos operadores de processo.
Sistema Interno de Gerenciamento de Segurança Corporativa Investigações revelaram que o S.M.S. não estava efetivamente implementado na planta antes do acidente. Não houve aprovação formal pelo Gerenciamento de Mudanças para o uso do método de by-pass temporário. O método de by-pass temporário requeria a abertura das 2 válvulas de by-pass das XVs. Neste caso, não havia controle de falha para o caso de apagamento de chama. Procedimentos estabeleciam que deveria haver aprovação formal da gerência para permitir a remoção do selo das válvulas de by-pass.
Sistema Interno de Gerenciamento de Segurança Corporativa Foi recomendado fazer revisão de segurança prépartida para a caldeira (Pre-Startup Safety Review ). Entretanto, durante a investigação não foi encontrado nenhum documento que evidenciasse que esta revisão tivesse sido feita. Foi descoberto que as válvulas de by-pass das XVs não possuíam nenhum selo de segurança quando a equipe de partida implementou o método de partida com by-pass. Não se descobriu porque não havia selo de segurança nestas válvulas de by-pass.
Treinamento e Experiência Foi ministrado a todos operadores 8 meses de um programa de orientação e treinamento. Isto incluía treinamento em SMS. Os 2 operadores mortos eram operadores de processo, porém não eram operadores certificados para operação de caldeiras. O supervisor ferido que sobreviveu era certificado como operador de caldeira de 1a classe. O supervisor ferido alegou que tinha medo do método de by-pass e admitiu que o mesmo estava sendo usado em 9 de Dezembro. Ele também sentia que o treinamento dado a ele era insuficiente para operar a caldeira.
Investigações no local confirmaram que as 2 válvulas de by-pass das XVs estavam 50% abertas. Isto confirma que o método de by-pass foi utilizado para reestartar a caldeira. Registros de dados confirmam que a válvula principal de controle de GLP (FCV A ) estava 66% aberta no momento imediatamente anterior à explosão. As válvulas de bloqueio a jusante e a montante da válvula principal de controle de GLP (FCV A ) estavam 100% abertas. Houve portanto um alinhamento que permitiu a entrada de grande quantidade de GLP para a câmara de combustão, resultando na explosão da caldeira.
CAUSAS DO ACIDENTE Uso de um método temporário de by-pass para reestartar uma caldeira após o seu trip. As 2 válvulas de by-pass das válvulas de trip (XVs) estavam abertas, sem que as 2 válvulas de bloqueio da válvula de controle principal (FCV A ) de GLP tivessem sido fechadas. Não cumprimento de requisitos e procedimentos internos de SMS da companhia: - Uso de um método não autorizado de by-pass - Remoção do selo de segurança das válvulas de by-pass.
LIÇÕES APRENDIDAS Todas pessoas envolvidas na operação de caldeiras devem seguir procedimentos operacionais seguros. Autorização formal deve ser obtida antes de introduzir modificações no sistema da caldeira ou nos seus procedimentos. Deve-se assegurar que todo pessoal envolvido na operação receba adequado treinamento e supervisão. Deve-se assegurar documentação apropriada.
AÇÕES TOMADAS A empresa foi instruída para levar a cabo uma inspeção do remanescente da caldeira e executar os trabalhos de recuperação de forma a assegurar condições seguras de operação. A empresa também reviu seu sistema e recertificou-o. Eles também revisaram e auditaram seu sistema interno de SMS para identificar e corrigir fraquezas e lacunas.
Não negligencie a operação de suas caldeiras apenas porque elas operam automaticamente. OBRIGADO