Casos de Carga de Vedação e Inspeção de Tetos de Cúpula de Alumínio para Segurança em Refinarias
Criado em 09.04
Tetos de Cúpula de Alumínio de Segurança de Refinaria: Vedação, Casos de Carga e Inspeção
Um teto de cúpula de alumínio de segurança de refinaria é um invólucro estrutural cuja função é manter o espaço de vapor sob controle: suportar a faixa de pressão, manter a chuva e a neve fora do tanque, manter a vedação na parede do tanque e permanecer em pé nas condições de vento e neve do local. Ele é referenciado à AWWA D108 ou API 650, com cargas de vento e neve obtidas da ADM 2015 ou ASCE 7-10. Quando a parede do tanque é um sistema parafusado, o teto é um conjunto parafusado e vedado com junta na última virola, em vez de uma chapa soldada. Os três itens que determinam se ele terá bom desempenho são o detalhe da vedação entre a parede e o teto, o dimensionamento do respiro e do alívio de pressão-vácuo em relação à taxa de respiração do tanque, e a inspeção da costura e da junta de vedação a cada parada.
Um teto de cúpula em um tanque de refinaria é um equipamento de segurança que geralmente é especificado como estrutura. O tanque pode conter um hidrocarboneto volátil, uma corrente de água ácida ou um produto com limite de emissão de vapor, e o teto é a parte do vaso que interage com a atmosfera o dia todo: ele respira com o nível do líquido, coleta chuva e neve, sofre sucção do vento a cada rajada e suporta qualquer pressão de vapor que o processo lhe imponha. Especificá-lo como uma chapa com inclinação ignora as quatro coisas que realmente importam. Este artigo aborda os casos de carga, a interface de vedação e respiro, a escolha de material para um local de refinaria e a rotina de inspeção.
Casos de carga e a norma de referência
A cobertura tem de ser defensável em quatro casos de carga simultaneamente, e nem todos empurram na mesma direção. A gravidade e a carga de neve carregam a cobertura para baixo; o vento aplica sucção e sobrepressão; a pressão interna empurra-a para cima se o alívio for subdimensionado; e os efeitos sísmicos e de assentamento chegam através do anel de ligação entre o casco e a cobertura. A referência para a geometria da cúpula e o seu comportamento estrutural é a AWWA D108 ou a API 650, com os casos de vento e neve retirados da ADM 2015 ou da ASCE 7-10. As combinações de cargas são o que uma revisão de refinaria irá focar, porque uma cobertura dimensionada para um único caso falha frequentemente na combinação: neve total mais vento forte, ou um drift parcial de neve contra uma estrutura adjacente mais um caso de vácuo interno total.
O uplift é o caso que apanha as pessoas desprevenidas. Uma cúpula com um cone rígido e uma pele leve pode levantar na saia com uma rajada em linha reta enquanto o tanque está sob vácuo, o que acontece após um bombeamento, durante uma paragem prolongada, ou numa noite quente quando o vapor condensa. É por isso que a ancoragem na saia é dimensionada para a combinação e por que os parafusos da saia e o seu padrão de aperto importam mais do que a espessura da chapa. Onde a cobertura é um sistema de duas membranas em vez de uma cúpula rígida, a membrana interior suporta a pressão interna nominal de aproximadamente 2–3 kPa e a membrana exterior suporta as condições meteorológicas, o que transfere a questão do uplift para a ancoragem da membrana.
A vedação casca-teto e a interface do respiro
A vedação na fiada superior é onde um teto abobadado deixa de ser uma estrutura e se torna um limite de segurança. Quer o teto seja de painéis rígidos de alumínio aparafusados à fiada superior, quer seja um sistema de membrana, a interface tem de ser contínua e inspecionável. Uma junta de saia aparafusada com vedante proporciona ao proprietário uma junta que pode abrir, substituir o vedante e reapertar durante uma paragem; uma costura soldada não o permite. O material do vedante tem de ser adequado a um ambiente de vapores de hidrocarbonetos e à gama de temperaturas do local, e parafusos de grau 8.8 num sistema com inibição de corrosão mantêm a junta unida ao longo de todo o ciclo de pressão.
O respiro é a segunda metade do limite. Um tanque de armazenamento não é um vaso de pressão: ele respira, e o respiro deve permitir a taxa de respiração sem pressurizar excessivamente ou insuficientemente o teto. A taxa de respiração é definida pela taxa de enchimento e bombeamento, pela variação térmica de um dia e, em uma instalação de refinaria, por qualquer balanço de vapor que o processo imponha. Dimensione o alívio de pressão e vácuo para o pico, não para a média, e encaminhe-o através de um corta-chamas onde o espaço de vapor contiver uma mistura inflamável. O corta-chamas pertence ao escopo desde o início, porque adaptá-lo a uma chaminé de respiro existente significa uma nova penetração através do teto.
Material e corrosão em um local de refinaria
O alumínio é escolhido pelo peso, resistência à corrosão e manuseio sem faíscas, mas os materiais da interface são importantes. Um teto de alumínio referenciado pela AWWA D108 ou API 650 é leve, o que reduz a carga sobre o anel superior do costado e sobre a ancoragem, e resiste bem à corrosão atmosférica em um ambiente de refinaria onde o teto está exposto a enxofre e sal. Onde há cloreto presente em uma refinaria costeira, verifique a liga em relação à atmosfera do local em vez de presumir, porque um problema de pitting nos fixadores do teto é um problema de parada.
A exposição à corrosão não ocorre apenas no exterior. O espaço de vapor de um tanque de refinaria contém sulfeto de hidrogênio, vapor de água e, ocasionalmente, condensação ácida, de modo que a face inferior do teto enfrenta um ambiente diferente do topo. A solução prática é tratar a face inferior como uma superfície revestida ou protegida com uma inspeção definida, e garantir que os materiais da junta e dos fixadores sejam compatíveis com o vapor, e não apenas com a chuva. Quando o fluido é uma corrente ácida, lembre-se de que o revestimento de esmalte do interior do tanque lida com o lado líquido, enquanto o teto necessita de sua própria margem de corrosão e de uma estratégia de proteção para a fase vapor.
Especificação Técnica
Parâmetro | Valor Típico / Faixa | Nota |
Referência da cúpula | AWWA D108 / API 650 | comportamento estrutural e geometria |
Carga de vento e neve | ADM 2015 / ASCE 7-10 | casos específicos do local |
Faixa de pressão interna | alguns kPa, nominal 2–3 kPa para membrana | dispositivo de alívio necessário |
Conexão teto-costado | junta de saia aparafusada com vedação | inspecionável e com possibilidade de substituição da vedação |
Grau do parafuso | parafusos de grau 8.8 | conexão com inibidor de corrosão |
Corta-chama | na linha de ventilação | necessário onde o vapor é inflamável |
Dimensionamento da ventilação | alívio de pressão e vácuo na taxa de respiração de pico | taxa de enchimento mais variação térmica |
Opção de membrana | membrana externa resistente às intempéries, membrana interna de pressão | mais leve na camada superior |
Junta | material verificado para vapor de hidrocarboneto e temperatura | idades em serviço |
Sobrespessura de corrosão | parte inferior tratada como superfície de fase vapor | H₂S e condensação úmida |
Revestimento esmaltado, interior do tanque | inerte em pH 1–14 | lado do líquido, não o teto |
Vida útil de projeto | pelo menos 30 anos | sob o serviço de refinaria especificado |
Inspeção e manutenção que mantêm a cobertura vedada
Um programa de inspeção do teto do domo de uma refinaria é curto e específico, e vale a pena ser incluído no escopo da parada em vez de deixá-lo ao critério dos operadores. A cada parada: percorrer o teto, verificar a junta de costura e a junta do saia quanto a deformação ou trincas, verificar a gaxeta na saia e em cada escotilha de acesso, verificar a condição e o torque dos parafusos, verificar o respiro e o alívio de pressão-vácuo quanto ao ajuste e obstrução, e verificar o elemento corta-chama e seu dreno. Entre as paradas, os itens de nível do operador são o dreno no respiro, o caminho de drenagem do teto após cada tempestade, e qualquer sinal de vazamento na fiada superior após chuva forte.
Duas falhas dominam a história dos tetos de cúpula e ambas são detectáveis antes de se tornarem vazamentos. A primeira é uma saia distorcida devido a um acúmulo de neve não gerenciado ou a um impacto, que então permite que a junta se abra e a gaxeta seja extrudada. A segunda é um respiro bloqueado, que silenciosamente transforma um tanque atmosférico em um tanque pressurizado e pode levar a uma deformação do teto ou a uma falha da gaxeta no próximo enchimento. Verificar o respiro e o corta-chamas a cada parada é um item de escopo pequeno que previne ambos.
Caso de Projeto
Projeto | Localização | Produto | Capacidade | Escopo |
Tanque de água de grande diâmetro | Namíbia | Tanque GFS com teto de cúpula | 44.900 m³ | fornecimento e supervisão |
Tanques de água de incêndio, duas unidades | China, Sichuan | Tanques GFS | 8.930 m³ | φ19,87 × 14,4 m cada, fornecimento |
Tanque de águas residuais químicas | China, Zhejiang | Tanque GFS | 11.613 m³ | φ24,45 × 19,8 m, fornecimento |
Tanques de epóxi químico, 11 unidades | China, Guangxi | tanques de epóxi fundido | 4.771 m³ no total | fornecimento e supervisão |
Capacidade de Engenharia da Center Enamel
A Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) projeta e fabrica tanques de armazenamento parafusados desde 2008. Como o primeiro fabricante de tanques de vidro fundido ao aço (GFS) da China, a empresa possui cerca de 200 patentes relacionadas a esmalte, produz aproximadamente 300.000 placas de aço revestidas com esmalte por ano, concluiu mais de 30.000 projetos instalados e fornece seus tanques para mais de 100 países. A nova base de produção de 150.000 m² foi adicionada para aumentar a capacidade de produção, e tanques individuais são fornecidos com capacidade de até 60.000 m³. A fabricação opera sob as normas ISO 9001 e ISO 45001, com certificação de produtos incluindo NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI e EUROCODE, e o design é referenciado nas normas AWWA D103-09, AWWA C550 e NFPA onde a aplicação exigir.
Para armazenamento de refinaria e petroquímico, o escopo relevante é o teto e a periferia: fabricação de cúpula de alumínio e teto de membrana sob AWWA D108 ou API 650 com casos de carga de ADM 2015 ou ASCE 7-10, a junta de saia com vedação e detalhes de escotilha, e a interface de ventilação, alívio e corta-chama dimensionada com o casco.
Perguntas Frequentes
Q1: Qual norma rege um teto de cúpula de alumínio?
A1: AWWA D108 ou API 650 para o projeto estrutural e geometria da cúpula, com os casos de carga de vento e neve obtidos de ADM 2015 ou ASCE 7-10 e combinados como um conjunto de casos de carga.
Q2: Um teto de cúpula é um vaso de pressão?
A2: Não. O tanque opera à pressão atmosférica ou baixa pressão; o teto, o alívio de pressão e vácuo e o respiro definem a fronteira em alguns quilopascais. Onde o processo realmente necessita de pressão, esse vaso é projetado conforme a especificação e os códigos acordados no contrato.
Q3: Por que dimensionar o respiro para a taxa de respiração de pico?
A3: Porque um respiro dimensionado para uma média fica subdimensionado no ciclo de enchimento e em um dia de grande variação térmica. Se não conseguir passar o pico, o teto sofre pressão para a qual não foi projetado e a junta na saia é extrudada.
Q4: Domo rígido ou duas membranas para um tanque de refinaria?
A4: Uma cúpula rígida de alumínio onde o espaço de vapor é pequeno e se deseja uma cobertura rígida e transitável; uma cobertura de duas membranas onde o espaço livre é grande e o peso na camada superior é importante, com a membrana interna suportando os 2–3 kPa nominais.
Q5: O que falha primeiro numa cobertura em cúpula?
A5: Normalmente a junta da saia: uma saia deformada por um monte de neve ou um impacto abre a junta e extruda a junta de vedação. A segunda causa mais comum é um respiradouro obstruído, que pressuriza um tanque que de outra forma estaria à pressão atmosférica.
Q6: Preciso de um corta-chamas?
A6: Onde o espaço de vapor contém uma mistura inflamável, sim, na linha de respiro, e deve estar no escopo original porque uma adaptação significa uma nova penetração na cobertura e uma nova penetração na cobertura é um item de parada.
Q7: Qual é a lista de inspeção de parada?
A7: Percorra o teto e a costura, verifique a gaxeta da saia e as gaxetas da escotilha de acesso, verifique a condição e o torque dos parafusos, verifique o respiro e o ajuste de alívio, verifique o elemento do corta-chamas e o dreno, e verifique a drenagem do teto após uma tempestade entre paradas.
Um teto de cúpula de alumínio de segurança de refinaria é um limite de segurança que, por acaso, é estrutura. Ele suporta a faixa de pressão com um respiro e alívio corretamente dimensionados, veda na casca com uma junta aparafusada com gaxeta que um inspetor pode abrir, e suporta um conjunto definido de casos de carga. Especificado dessa forma, ele protege o tanque; especificado como uma chapa inclinada, ele se torna o próximo reparo do teto.
Envie-nos o diâmetro do tanque e o fluido, a condição do espaço de vapor, o caso de vento e neve no local e a taxa de enchimento, e retornaremos a proposta do teto, os casos de carga, o dimensionamento do respiro e alívio, e o pacote de arquivos técnicos.
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