Os riscos associados à operação de caldeiras

Interpretação e Aplicações da Norma Regulamentadora Nº 13 com base na última revisão da NR 13 aprovada pela Portaria 594 de 28 de Abril de 2014 do M.T.E. – A partir de 3 x R$ 257,81 (56% de desconto)

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Arno Rothbarth

No Brasil não há disponível estatística oficial sobre acidentes com vasos pressurizados, sejam estes, pequenos aquecedores de água instalados em hotéis, compressores de ar, gases armazenados sob pressão ou ainda, caldeiras de média e alta pressão. Nosso artigo trata dos riscos associados à operação de caldeiras de média e alta pressão sob o ponto de vista legal da Norma Brasileira (NR 13), do Ministério do Trabalho e Emprego. O sistema geralmente é composto de um gerador de vapor (caldeira), um sistema de preaquecimento da água de alimentação (desaerador) e um sistema de alimentação de combustível, seja este biomassa, óleo ou gás.

As caldeiras são definidas, pela NR 13, como “ equipamentos destinados a produzir e acumular vapor sob pressão superior à atmosférica, utilizando qualquer fonte de energia, excetuando-se os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo ”. Estas caldeiras são construídas sob normalização de diversos órgãos técnicos e devem ser adequadas às condições operacionais considerando o tipo de combustível e ao condicionamento da água que será transformada em energia através do vapor.

Ainda de acordo com a norma, as caldeiras não devem ultrapassar suas limitações técnicas em relação às condições operacionais; vazão de vapor, pressão e temperatura. A energia transferida dos combustíveis para a água é calculada de tal forma a evitar desperdícios e tampouco, danos à estrutura da caldeira. O poder calorífico do combustível (PCI) e a massa de combustível devem estar compatíveis com a massa de água que irá absorver a energia liberada.

A relação termodinâmica é bem conhecida: Qc = Qr ; onde Qc = calor cedido e Qr é o calor recebido. O “Q” significa quantidade de calor e pode ser expresso da seguinte forma : Q = m.cp. Δt
Onde:
m = massa
Cp = calor específico
Δt = diferencial de temperaturas
Os combustíveis, muitas vezes, são responsáveis por explosão de caldeiras devido à acumulação do mesmo na fornalha ou por combustão incompleta. As caldeiras devem estar providas de sistemas de intertravamento envolvendo a presença de gases na fornalha e promovendo a purga do sistema antes da ignição.

A energia contida no combustível é liberada e transferida para a água da caldeira por condução, convecção e radiação. Quando se trata de caldeira aquatubular, a água estará no interior dos tubos e por diferença de densidade entre a água fria e a água quente, a água circula naturalmente nas paredes de água, nos tubos geradores e nos coletores inferiores até o balão de vapor. O calor sensível transferido para a água da caldeira e a área de confinamento da água faz a pressão interna subir até o limite estabelecido pelo projeto do gerador de vapor. A pressão máxima de trabalho admissível do vapor ou 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.

Como forma de garantir a segurança e integridade do gerador de vapor, nas caldeiras devem ter instalados dispositivos de segurança a fim de evitar incidentes e acidentes graves que, além de por em risco a integridade física das pessoas, causariam enormes prejuízos ao proprietário do estabelecimento pela indisponibilidade do gerador de vapor. Os riscos associados ao gerador de vapor estão na manutenção e operação do equipamento. A norma NR-13 por si só não determina todos os procedimentos seguros na condução do processo de geração de vapor.

A NR 13 estabelece parâmetros preventivos para a administração do sistema, sem se aprofundar numa análise de risco ao longo da vida de um gerador de vapor. Prevê a norma uma inspeção anual ou bianual dependendo da categoria da caldeira, determina a regulamentação da mesma junto ao Ministério do Trabalho, e também determina o “lay out” da instalação do prédio da caldeira e seus periféricos. Os riscos associados à vida da caldeira em função da manutenção e operação da mesma, não está contemplado na NR-13 de forma específica e clara.

O American Petroleum Institute (API) sugere uma análise de risco associada às inspeções realizadas periodicamente. Um gerador de vapor pode operar por mais de 50 anos e os riscos associados ao longo período de operação vão se acumulando, até que há a necessidade de uma reforma completa da caldeira a fim de garantir a integridade da estrutura da mesma.

A probabilidade de falhas do equipamento é função do tempo em serviço e das ações corretivas realizadas. Uma caldeira deve ser avaliada pelo seu comportamento ao logo do tempo e enquadrada em duas categorias: condições variáveis e condições fixas. As condições fixas têm a ver com a estrutura da caldeira considerando seu projeto original e as condições variáveis são aquelas que dependem da forma como a caldeira foi operada e mantida ao longo do tempo.

Mudança de combustíveis, o tratamento de água, ou até mesmo a forma de partir e parar uma caldeira poderá determinar as condições variáveis da mesma. Não é incomum empresas não seguirem a curva de aquecimento e de resfriamento de uma caldeira, provocando danos à estrutura da mesma. É bem conhecido o fenômeno de “craking por stress” quando a estrutura da caldeira sofre dilatações bruscas.

Este craking produz micro fissuras nas tubulações tornando-as frágeis e são pontos onde poderá haver rompimento futuro provocando a parada do equipamento. Súbitas variações de carga da caldeira também provocam o mesmo problema. O tratamento de água inadequado compromete a caldeira provocando corrosão interna, superaquecimento de tubulações (overheating), depósitos, etc.

Baseados nestas observações podemos disser que a NR 13 trata mais da caldeira de uma forma fixa ou estática, apenas recomendando as inspeções sem determinar as ações preventivas e preditivas no gerenciamento de um gerador de vapor. Na matriz de risco sugerida pela API é feita uma análise de probabilidades em função do tempo de serviço da caldeira considerando quatro fatores: universal: avalia os riscos inerentes das condições ambientais; técnico: avalia os riscos através das taxas de acúmulo de danos; mecânico: que leva em conta os riscos associados às características do projeto da caldeira; e operacional ou de processo: é um dos mais significativos, pois leva em consideração a forma como a caldeira é operada.

Portanto, pela metodologia da API os riscos associados à caldeira variam em função do tempo de serviço e principalmente da campanha operacional do equipamento. A acumulação de danos e a eficácia das inspeções são fatores decisivos para a evolução ou não dos riscos associados ao equipamento. Assim, pode-se relacionar as principais causas de acidentes com geradores de vapor, baseado nos quatro fatores de risco citados, em ordem de ocorrência: falta de manutenção; falhas de instrumentação (supervisório); procedimentos operacionais (falha do operador); e tratamento de água inadequado.

Certamente a melhor forma de reduzir os riscos associados à operação de geradores de vapor é seguir as recomendações do fabricante. Portanto, antes de iniciar a operação de uma caldeira pela primeira vez, deve-se treinar as equipes de manutenção e de operação tal qual é recomendado pelo Anexo I – A da NR 13 (Currículo Mínimo para o Treinamento de Segurança na Operação de Caldeiras).

Em muitas empresas apenas o pessoal de operação realiza o curso, mas a participação da equipe de manutenção é recomendada para que conheçam detalhes da operação que estão relacionados diretamente à manutenção e vice-versa. Neste treinamento já é possível obter uma descrição dos parâmetros operacionais da caldeira através do manual do fabricante. No manual do fabricante deverá estar especificado o tipo de tratamento de água da caldeira com recomendações das dosagens de produtos químicos e os respectivos residuais de controle.

Atualmente com o desenvolvimento de sistemas de controles computadorizados, há uma certa confiabilidade nos sistemas, sem, entretanto, garantir os resultados operacionais. É muito comum a equipe de instrumentação postergar ações corretivas por achar que não há criticidade em elementos de controle fora de operação ou fora de calibração e ajuste. As formas remotas de controle são e sempre serão confiáveis desde que haja uma rotina de manutenção preventiva e preditiva de todos os sistemas supervisórios.

Estatística do escritório dos inspetores de caldeiras e vasos pressurizados dos Estados Unidos – National Board of Boiler and Pressure Vessel Inspectors – a principal causa de acidentes em caldeiras nos Estados Unidos é a falta de manutenção, seguida da falhas de operação e falha no controle de condicionamento da água da caldeira. Estas três causas respondem por 67% dos acidentes. Isto é muito significativo numa análise de risco de um gerador de vapor.

Enfim, ao longo de mais de 30 anos trabalhando na área de energia e utilidades de diversas empresas nacionais e estrangeiras, nos deparamos com algumas situações de alta criticidade, principalmente em relação ao desconhecimento dos riscos associados aos geradores de vapor, sejam estes de qualquer pressão. Uma caldeira de baixa pressão pode ser tão perigosa quanto uma caldeira de alta pressão, considerando o risco à vida e ao empreendimento industrial.

A manutenção destes equipamentos (mecânica, elétrica e instrumentação) deve ser prioridade sempre. Testes de intertravamento, inspeções internas e externas, manutenção preditiva dos periféricos da caldeira e os ensaios não destrutivos devem fazer parte da rotina nas paradas da caldeira. O treinamento da mão de obra que é responsável pela operação deve ser periódica.

Temos nos deparado com situações inusitadas quando visitamos os setores de utilidades de algumas empresas onde operadores até mesmo “experientes” desconhecem as noções mais primárias sobre segurança operacional. Um operador há tempo na função não significa experiente, se não tiver o mínimo conhecimento dos parâmetros operacionais de um gerador de vapor e sem entender porque as coisas ocorrem.

Os riscos se tornam maiores quando várias caldeiras operam em paralelo sob a supervisão de um operador mal preparado. A NR 13 nos parágrafos 13.3.4 e 13.3.5 determina a obrigatoriedade de treinamento teórico de 40 horas mais um estágio prático de 80 horas para a formação de um operador de caldeira. Além deste treinamento inicial, a norma recomenda a reciclagem anual dos operadores.

Arno Rothbarth é sócio-diretor  da RTH – Consultoria Técnica, é engenheiro de processos há mais de 30 anos no setor de utilidades e cogeração de energia, palestrante, articulista de revistas técnicas e professor de cursos profissionalizantes.

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