TRABALHO DE CONCLUSO DA DISCIPLINA: TRATAMENTO DE INFORMAO TCNICAProf. Oscar FelizzolaAPI - RP - 553

FBIO NEVESFILLIPI ARCHETTIVIRGILIO VILAS BOAS

27 de Janeiro, 2014Rio de Janeiro - RJ

Introduo norma API-RP-553DESCRIO DA NORMA AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE REFINERY CONTROL VALVES RECOMMENDED PRACTICE 553 First Edition, September 1998

Introduo norma API-RP-553OBJETIVO DA CRIAO

API500 membros: empresas que produzem e refinam, fornecedores, operadores de oleodutos e gasodutos, empresas diversas de servios do segmento industrial.Misso e Objetivos:Influenciar polticas pblicas para dar suporte a indstria de leo e Gs dos Estados Unidos que essencial para atender s necessidades de energia dos consumidores de uma maneira eficiente, responsvel e ambientalmente segura.Providenciar oportunidades para desenvolvimento de normas, cooperao tcnica e outras atividades para melhorar a competitividade da indstria.

Considerando que as VLVULAS DE CONTROLE so VITAIS para a operao, controle e segurana de refinarias, uma norma de recomendaes tcnicas est em total acordo com os objetivos da API.

Introduo norma API-RP-553ESTRUTURA DA NORMA

API-RP-553

EscopoGeral Apresentar recomendaes prticas sobre vlvulas de controle para aplicaes em refinarias de acordo com a experincia e conhecimento acumulado de centenas de empresas e funcionrios com a inteno de fornecer solues a problemas j conhecidos para evitar acidentes e melhorar a eficincia da planta.

Recomendaes PrticasSeleo do tipo e classe de vlvulas de acordo com o servio;Discusses sobre detalhes do projeto de vlvulas;Especificaes de vlvulas (dimensionamento, atuador, posicionador, materiais, estanqueidade, proteo do corpo da vlvula, conexes, rudo, emisses fugitivas, entre outros);Mtodos de instalao;Normas a serem seguidas.

EscopoUtilizao das VlvulasAs vlvulas so usadas em tubulaes, entradas e sadas de equipamentos (vasos, bombas, compressores, fornos, tanques, entre outros).As vlvulas podem ter diferentes funes: liga-desliga, alvio de presso, limitar a vazo, selagem, amostragem e etc.A principal e mais comum aplicao das vlvulas relaciona-se com o controle e segurana automtica dos processos.

Vlvulas de ControleUma vlvula de controle dividida em 2 subconjuntos principais: Corpo da vlvulaAtuadorNo corpo da vlvula est includa a sede, obturador, haste, guia da haste e selagem de vedao. O corpo da vlvula de controle essencialmente um vaso de presso, com uma ou duas sedes, onde se assenta obturador, que est na extremidade da haste, acionada pelo atuador.A posio relativa entre o obturador e a sede, determina o valor da vazo do fluido que passa pelo corpo da vlvula, permitindo o controle da vazo do fluido.O atuador o responsvel em mover a vlvula de controle, em resposta a um acionamento automtico (sinal) ou manual. O atuador deve conter fora suficiente para posicionar com preciso o obturador da vlvula.

Vlvulas de ControleTipos de Deslocamento do AtuadorDeslocamento LinearDeslocamento Rotativo

Tipos de VlvulasGlobo Sede SimplesGlobo Sede DuplaGlobo GaiolaGlobo AngularGlobo Trs ViasBorboletaEsfera SegmentalPlug ExcntricaEspeciais

Vlvulas de ControleMateriaisO material do corpo deve ser adequado s condies de processo e do fluido que passa pela vlvula, ou seja, deve ter caractersticas mecnicas e qumicas para resistir :Presso, temperatura, corroso, eroso, sujeira e contaminantes do fluido.A norma recomenda determinados tipos de material para temperaturas muito baixas, presses elevadas, fluidos corrosivos, entre outros exemplificados posteriormente.O interior da vlvula deve seguir a norma do fabricante.A parte externa do corpo da vlvula metlica, geralmente ferro fundido, ao carbono cadmiado, ao inoxidvel AISI 316, ANSI 304, bronze, ligas especiais para alta temperatura, alta presso e resistentes corroso qumica.O material dos parafusos do corpo da vlvula deve seguir a ASTM A193/194/320.

Vlvulas de ControleConexes TerminaisA vlvula instalada na tubulao atravs de suas conexes. As conexes mais comuns so flangeadas, rosqueadas e soldadas.Os fatores para se determinar o tipo de conexo so: tamanhos da vlvula, tipo do fluido, valores da presso e temperatura e segurana do processo.Recomenda-se para a maioria das vlvulas utilizar conexes flangeadas.Vlvulas rosqueadas e soldadas no so recomendados para servios com hidrocarboneto e devem ser especificadas apenas com aprovao prvia.Conexes rosqueadas no so recomendadas para se utilizar com fluidos de altas temperaturas, pois parafusos podem expandir e causar vazamentos.Deve-se utilizar parafusos resistentes a altas tenses.As dimenses dos flanges devem seguir a ANSI/ISA S75.03 e API 609.As dimenses das conexes no-flangeadas devem seguir ANSI/ISA S75.04.

Emisses fugitivas e Vazamentos na SedeH limites especficos para emisses fugitivas (vazamentos pelas conexes terminais ou corpo da vlvula) de acordo com critrios da Clean Air Act of 1990 ou critrios locais.A nfase pela reduo de emisses resultou no desenvolvimento de novos materiais, design de vlvulas e mtodos de instalao que devem ser consultados para cada aplicao com os fornecedores.Classes de Estanqueidade (Vazamentos na Sede)Vlvulas de controle devem ser no mnimo Classe 2, mas na maioria dos servios adequado ser Classe 4.

ClasseVazamento mximo permitidoI-II0.5% da capacidade nominalIII0.1% da capacidade nominalIV0.01% da capacidade nominalV5 x 10-4ml minuto-1 polegada-1 psid-1

Caractersticas das Vlvulas de ControleA caracterstica da vlvula de controle definida como a relao entre a vazo atravs dela e a posio da haste, variando ambas de 0 a 100%;As trs caractersticas tpicas so linear, igual percentagem e abertura rpida.

Caractersticas das Vlvulas de Controle (cont.)Quando a vlvula est instalada na tubulao do sistema, a queda de presso atravs dela varia quando h variao de presso no resto do sistema. A instalao afeta substancialmente a caracterstica da vlvula. A caracterstica instalada real e diferente da caracterstica inerente, que terica e de projeto;A vlvula com caracterstica inerente linear parece ser a mais desejvel, porm o objetivo do projetista obter uma caracterstica instalada linear;Portanto, a caracterstica da vlvula de controle deve combinar com a caracterstica do processo. Esta combinao indica que os ganhos do processo e da vlvula resultem em ganho total linear;

A vlvula com caracterstica linear comumente usada em processo de nvel de lquido e em outros processos onde a queda da presso atravs da vlvula aproximadamente constante;A vlvula com caracterstica de igual percentagem a mais usada. Geralmente, em aplicaes com grandes variaes da queda de presso;A vlvula com a caracterstica de vazo de abertura rpida , tipicamente, usada em servio de controle liga-desliga, onde se deseja uma grande vazo, logo que a vlvula comece a abrir.Caractersticas das Vlvulas de Controle (cont.)

Tipos de Vlvulas de controleDeslocamento linear (globo gaiola);

Deslocamento rotativo (esfera segmental);

DimensionamentoOs principais fatores que devem ser conhecidos para o correto dimensionamento das vlvulas de controle so:Presso a montante e a jusante da vlvula;Viscosidade (lquidos);Temperatura a montante (gs e vapor);Fator de compressibilidade (gs e vapor);Peso molecular (gs e vapor);Volume Especfico (vapor dgua);Vazo;Massa especfica (lquidos).Como parte do dimensionamento da vlvula, todo o sistema na qual a vlvula ser inserida deve ser considerado. O sistema inclui bombas e compressores que promovem energia no sistema e outros tipos de equipamentos, por exemplo, tubulaes que comportam como resistncias ao fluxo.

Dimensionamento (cont.)O bom desempenho da vlvula de controle significa que a vlvula: estvel em toda a faixa de operao do processo,No opera prxima de seu fechamento ou de sua abertura total, suficientemente rpida para corrigir os distrbios e as variaes de carga do processo,No requer a modificao da sintonia do controlador depois de cada variao de carga do processo.

CavitaoQuando o lquido escoa pela vlvula, inicialmente a sua presso cai em funo das perdas de cargas (atrito), e se esta presso absoluta cair abaixo da presso de vapor do fluido, ento ocorrer vaporizao e sero formadas bolhas que escoam pelo lquido;Estas bolhas ao encontrarem uma regio de alta presso iro colapsar.Esta imploso das bolhas conhecida como cavitao e provocam danos nos internos da vlvula e reduzem a eficincia da mesma.Os danos provocados pela cavitao dependem da intensidade da cavitao, ao tempo de exposio cavitao, da dureza do material utilizado e do tipo de vlvula.Controles especiais para reduzir ou impedir a cavitao so oferecidos pelos fabricantes.As vlvulas com recuperao de baixa presso devem ser usadas para minimizar ou impedir a cavitao. Em alguns casos, pode ser necessrio o uso de internos especiais.

Cavitao (cont.)

FlashingQuando a presso a jusante no recupera a um ponto acima da formao de vapor, o fluido permanece no estado gasoso, dando origem ao fenmeno flashing.Os danos provocados por flashing so relativamente menores do que os provocados pela cavitao.Recomendaes por parte dos fabricantes devero ser consultadas.

RangeabilidadeA rangeabilidade da vlvula de controle deve ser considerada na seleo de uma vlvula. a relao matemtica entre a mxima vazo sobre a mnima vazo controlveis com a mesma eficincia. desejvel ter alta rangeabilidade, de modo que a vlvula possa controlar vazes pequenas e grandes, com o mesmo desempenho.Os fabricantes devem analisar toda especificao da vlvula para cavitao, rudo e demais fatores negativos, e representar as informaes na folha de dados do equipamento.Situaes operacionais indesejveis devem ser consideradas. Os fabricantes devem propor possveis solues para esses problemas ou ainda indicar que projetos especiais devem ser realizados para atender as condies do processo.

RudoCincia inexata.A vlvula localiza-se geralmente, em lugares com inmeras fontes de rudos.O nvel de rudo no deve exceder 85dBA em lugares com trabalho de pessoas de maneira contnua.O nvel de rudo permitido e o tempo de exposio do trabalhador as intensidades sonoras, esto definidas na OSHA 1910.95. O mximo de rudo permitido em lugares onde no h trabalhos contnuos de 110dBA.Documentos e programas de computador utilizados para estimar o rudo da vlvula de controle so fornecidos pelos fabricantes e devem ser considerados para determinar se o rudo em questo est de acordo com nveis aceitveis.

AtuadorO atuador pneumtico o mais utilizado. Motor eltrico ou operao eletro- hidrulica podem ser utilizados em casos especiais, particularmente quando os atuadores pneumticos no esto disponveis.Atuador eletro-hidrulico utilizado quando elevada fora axial necessria.Atuadores so classificados de ao direta (aumento na carga de ar prolonga a haste do atuador) e ao reversa (aumento na carga de ar retrai a haste do atudor).O atuador pneumtico com diafragma e mola o responsvel pela converso do sinal pneumtico padro do controlador em fora-movimento-abertura da vlvula.O atuador pneumtico a diafragma recebe diretamente o sinal do controlador pneumtico e o converte numa fora que ir movimentar a haste da vlvula, onde est acoplado o obturador que ir abrir continuamente a vlvula de controle.

Atuador (cont.)Na ausncia do sinal de controle, a mola leva a vlvula para uma posio extrema, ou totalmente aberta ou totalmente fechada.O atuador pneumtico opera com sinal de 3-15 psi.Dimensionamento dos atuadores depende dos parmetros presso esttica do processo, curso da haste da vlvula, deslocamento da mola do atuador e da sede da vlvula.Atuadores com aes rpidas devem ser previsto para aplicaes crticas, por exemplo, controle anti-surge de um compressor.As posies de falhas das vlvulas de controle devem ser rigorosamente analisadas. Na ausncia do sinal de controle, a mola leva a vlvula para uma posio extrema, ou totalmente aberta ou totalmente fechada.

PosicionadorO objetivo do posicionador o de comparar o sinal da sada do controlador com a posio da haste da vlvula. Se a haste no esta onde o controlador quer que ela esteja, o posicionador soma ou subtrai ar do atuador da vlvula, at se obter a posio correta.Deve ser especificado para toda a aplicao de vlvulas de controle, exceto em vlvulas on/off;Posicionadores pneumticos so utilizados para melhorar o desempenho das vlvulas.Posicionador pode realizar as seguintes funes:O uso do posicionador obrigatrio na malha de controle de faixa dividida (split range), onde o mesmo sinal de controle enviado para vrias vlvulas em paralelo;Eliminar a histerese;Melhorar a sensibilidade do atuador;Aumentar a velocidade de resposta da vlvula.

Posicionador (cont.)Posicionador deve ser fornecido com medidor de presso.Posicionador digital melhora o desempenho da vlvula, fornece diagnsticos e facilita as manutenes preditivas.

VolantesO volante manual deve ser fornecido apenas quando solicitado pelo projetista ou quando no h vlvulas de bloqueio ou de by-pass.Volante deve ter marcao permanente indicando o posicionamento da vlvula aberto ou fechado.

Vlvulas tipo globoVlvulas do tipo globo so preferidas para aplicaes com elevada queda de presso, baixa vazo e onde processo de cavitao, flashing e rudo so considerados.Vlvulas globo trs vias podem ser usadas para controle da convergncia ou divergncia de fluxo.Vlvula angular pode ser usada para fluidos erosivos.A recomendao mnima para dimensionamento do corpo da vlvula tipo globo deve ser de 1 para linhas de 1 ou mais. Quando a linha for menor que 1 o dimensionamento da vlvula dever ser igual a da linha.Vlvula de tamanhos 1 , 2 , 3 , e 5 no so recomendados.Vlvula de controle deve ter o sentido do fluxo marcado em seu corpo.

Vlvulas tipo rotativasRecomendadas para aplicaes que exigem mais fora, baixa queda de presso e alta vazo.Vlvulas borboletas apresentam menor peso, espao reduzido para instalao aplicvel em dimetros maiores, custo inferior.Vlvulas rotativas apresentam a desvantagem de ter limitao em dimetros inferiores a 1" ou 2" e quedas de presso limitadas principalmente em grandes dimetros e forte tendncia a cavitao.

InstalaoTodas as vlvulas de controle devem ser instaladas de maneira que seja fcil o acesso para fins de manuteno e operao.Altas temperaturas podem comprometer o correto funcionamento do atuador, posicionador ou at mesmo em algum componente eletrnico das vlvulas. No devendo ser instaladas prximas a equipamentos com elevada temperatura. Deve-se consultar as informaes do fabricante a fim de conhecer mxima temperatura suportada pela vlvula.Dispositivos eltricos devem ter certificao para uso em reas classificadas.Devem ser instaladas vlvulas de bloqueio a montante e a jusante da vlvula de controle, que sejam compatveis com o tamanho da linha.

Instalao (cont.)Em caso de linhas onde a vlvula de bloqueio duas vezes menor que o dimetro da linha, a vlvula de bloqueio pode ser dimensionada uma vez menor que o dimetro da linha.A capacidade da vlvula de bypass no deve ser maior que a vlvula de controle.Um manifold consiste em um conjunto de vlvulas montadas de modo a formar um bloco. Este bloco pode ser formado por blocos menores para facilitar sua manuteno.A utilizao de manifolds permite:Economia de espao;Facilidade de manuteno;Automao e Flexibilidade.

Instalao (cont.)A tubulao em torno da vlvula de controle deve ser auto-sustentvel, e quando a vlvula de controle ou a vlvula de bloqueio forem removidas, a integridade da tubulao permanea.Por questo econmica e para facilitar a sua operao, comum se ter o dimetro da vlvula menor do que o da tubulao. Para comodar esta diferena de dimetros, usa-se o redutor entre a tubulao e a vlvula.A vlvula no deve suportar o peso da linha. Quando instalar a vlvula, garantir que todas as tenses da tubulao no sejam transmitidas vlvula.

Aplicaes em refinariasA seguir, esto alguns servios da vlvula de controle aplicado em refinaria, com notas e recomendaes. Estas solues foram comprovadas em servio.

Vlvula de controle antisurge:Quando a vazo de um compressor dinmico cai abaixo de um certo valor tem incio um fenmeno conhecido como surge.Comportamento bastante instvel, com a emisso de um rudo audvel e acompanhado em geral por fortes vibraes.Danos aos internos do compressor, diminuindo a disponibilidade do equipamento e reduzindo a confiabilidade da Unidade.O controle anti-surge comum, permite a partir de medies de vazo, a abertura da vlvula, impedindo que o compressor atue em regies instveis de presso e vazo. Essas vlvulas devem ter abertura rpida e preciso elevada.

Aplicaes em refinarias (cont.)Alimentao de Caldeiras Filtrantes:Condies operacionais:Flow (#/Hr) 100000P1(psig) 2250P2 (psig) 0T (F) 160 a 180Fluid Boiler Feedwater

Especificao da vlvula: Vlvulas projetas para servio em ambiente severo.Projeto da vlvula deve evitar a cavitao, apresentar placa de orifcio a montante da vlvula para reduzir o diferencial e a cavitao.Dimensionamento: Convencional.

Antes de mais nada, vamos destrinchar o que significa API-RP-553 e entender as razes para se criar essa norma.

Esta norma foi criada pela American Petroleum Institute, Instituto Americano de PetrleoE tem o ttulo Refery Control Valves Recommended Practice 553, o qual eu dividi em duas partes para enfatizar duas informaes: Primeiro que uma norma que cujo TEMA vlvulas de controle voltadas para Refinarias. E Segundo que essa norma uma Recommended Practice, ou seja, contm Recomendaes Prticas. E recomendaes no necessariamente so obrigatrias para serem seguidas, so sugestes, s se forem amarradas no contrato do projeto que as vlvulas de controle da refinaria X devem seguir esta API-RP-553.

*Mas e qual o objetivo desta norma, para que ela foi criada n.Para saber isso basta saber quem criou/desenvolveu a norma e teve interesse em seu desenvolvimento e a que entra a API-American Petroleum Institute.

Primeiramente, a API uma organizao de aproximadamente 500 membros, formada por empresas....e todas se uniram para determinadas misses e objetivos no setor de petrleo americano:- Ler... Ler...

Desse Modo, considerando que as Vlvulas de Controle....

*Capa...

Folha 2 - Que uma introduo sobre a API e fala sobre API ENVIRONMENTAL, HEALTH AND SAFETY MISSION AND GUIDING PRINCIPLES, ou seja, fala dos objetivos da API que acabamos de tratar e refora tambm os aspectos de sade, segurana e meio ambiente que podem ser beneficiados com as recomendaes prticas dessa norma.

Folha 3...

ndice! Diversas aplicaes e servios que so muito comuns em diversas refinarias e como as vlvulas so escolhidas de acordo com o fluido e processo especfico, h recomendaes especficas para cada servio ou aplicao!

Lembrar de falar que Exemplos das aplicaes em diferentes servios uma fonte de informao para tcnicos tentarem resolver problemas com vlvulas destes servios indicados que esto presentes na maioria das refinarias.*

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*Agora vamos falar um pouco sobre uma vlvula genrica de controle

*Vrios tipos de vlvulas, cada uma com suas vantagens e desvantagens.Por isso que para cada servio e aplicao, recomenda-se um ou outro tipo de vlvula por ser mais adequado aquelas condies para controle e segurana.*Agora vamos comentar algumas Recomendaes contidas na norma em relao aos materiais*

*Tem tambm a Classe 6 que segue uma tabela:Vazamentos para classe VIDimetro da sede (polegadas) 1 1.5 2 ...Vazamento mximo permitido (ml/minuto) 1 2 3 ...

*RESUMO:

*RESUMO:

*RESUMO:

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*RESUMO:*RESUMO:*RESUMO:*RESUMO:*RESUMO:*RESUMO:*RESUMO:*RESUMO:*RESUMO:**RESUMO:*RESUMO:

Volante manual Solicitado pelo projetista ou quando existe a restrio por no haver vlvulas de bloqueio ou by-pass

Deve haver marcao de posicionamento (ABERTO / FECHADO)*RESUMO:*RESUMO:*RESUMO:Altas temperaturas podem afetar o funcionamento das vlvulas devendo ser evitadas - Atuador - Posicionador - Componente eletrnicoDispositivos eltricos certificados em reas classificadasDevem ser instaladas vlvulas de bloqueio a montante e a jusante da vlvula de controle, que sejam compatveis com o tamanho da linha.

*RESUMO:Em caso de linhas onde a vlvula de bloqueio duas vezes menor que o dimetro da linha, a vlvula de bloqueio pode ser dimensionada uma vez menor que o dimetro da linha.A capacidade da vlvula de bypass no deve ser maior que a vlvula de controle.Um manifold consiste em um conjunto de vlvulas montadas de modo a formar um bloco. Este bloco pode ser formado por blocos menores para facilitar sua manuteno.A utilizao de manifolds permite:Economia de espao;Facilidade de manuteno;Automao e Flexibilidade.*RESUMO:Vlvula de controle deve ser auto-sustentvel e quando removida a integridade da tubulao deve permanecer.Por questo econmica e para facilitar a sua operao, comum se ter o dimetro da vlvula menor do que o da tubulao. Para comodar esta diferena de dimetros, usa-se o redutor entre a tubulao e a vlvula.Quando instalar a vlvula, garantir que todas as tenses da tubulao no sejam transmitidas vlvula. A vlvula no deve suportar o peso da linha.

*RESUMO:A seguir, esto alguns servios da vlvula de controle aplicado em refinaria, com notas e recomendaes. Estas solues foram comprovadas em servio.

Vlvula de controle antisurge:Quando a vazo de um compressor dinmico cai abaixo de um certo valor tem incio um fenmeno conhecido como surge.Comportamento bastante instvel, com a emisso de um rudo audvel e acompanhado em geral por fortes vibraes.Danos aos internos do compressor, diminuindo a disponibilidade do equipamento e reduzindo a confiabilidade da Unidade.O controle anti-surge comum, permite a partir de medies de vazo, a abertura da vlvula, impedindo que o compressor atue em regies instveis de presso e vazo. Essas vlvulas devem ter abertura rpida e preciso elevada.

*RESUMO: Dados da alimentao de Caldeiras Filtrantes

Especificao da vlvula: Vlvulas projetas para servio em ambiente severo.Projeto da vlvula deve evitar a cavitao, apresentar placa de orifcio a montante da vlvula para reduzir o diferencial e a cavitao.Dimensionamento: Convencional.Nota: Consulte os fabricantes para conhecer os projetos.

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