BR102022010827A2 - Dispositivo para sanar vazamento em trocador de calor casco e tubos de alta pressão com uso de gaxeta e tensionamento por estojos - Google Patents
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Abstract
A presente invenção se refere a um dispositivo para sanar vazamento em trocador de calor casco e tubos de alta pressão com uso de gaxeta e tensionamento por estojos. O dispositivo tem o objetivo de reparar os vazamentos em trocadores de calor em ligações flangeadas de grande diâmetro onde haja o gap ou canal para permitir a colocação da gaxeta. O dispositivo é integralmente parafusado, sem risco de flash durante sua implantação e pode ser utilizado em altas temperaturas e pressão, além de apresentar uma facilidade na fabricação/montagem, reduzindo custos de implementação. Basicamente, o dispositivo compreende um suporte do parafuso de ajuste, anel de compressão da gaxeta, suporte estabilizador, e parafusos de ajuste de compressão.
Description
[001] A presente invenção se insere no campo técnico de petróleo e gás, mais especificamente na manutenção e facilidades para o abastecimento, hidrorrefino e tratamentos de combustíveis, e se refere, mais especificamente, a um dispositivo para sanar vazamentos em trocadores de calor casco e tubos de alta pressão com uso de gaxeta e tensionamento por tijolos.
[002] Com a finalidade de propiciar um melhor entendimento da presente invenção, será apresentada uma breve explanação sobre o estado da técnica, bem como os problemas existentes, onde será possível a um técnico versado no assunto reconhecer os aspectos limitantes já existentes, para num momento posterior compreender as características técnicas da solução proposta para a resolução do problema.
[003] Atualmente, percebe-se que muitas das vezes quando se refere a tratamentos e hidrorrefino de combustíveis na indústria de óleo e gás, pode haver ocorrências de vazamentos de fluidos (nafta, água, etc) na ligação flangeada entre o espelho e o casco (flange) durante a operação no trocador calor de alta pressão, havendo riscos de SMS (Segurança, meio ambiente e saúde).
[004] Convencionalmente, de forma a solucionar este problema técnico, utiliza-se um “capote (envoltório) soldado” que consiste na aplicação de uma chapa projetada conforme um casco cilíndrico e soldada na região entre os flanges. Porém, esta solução é considerada inviável pois poderia ocorrer o risco de incêndio e explosão ao soldar em operação um produto com hidrocarboneto e hidrogênio (H2).
[005] Outras desvantagens relacionadas a esta solução são a grande dimensão da espessura da chapa para o projeto (não havendo chapa disponível em estoque), possibilidade de deformações no equipamento devido à grande quantidade de solda, e em uma próxima parada sendo necessário comprar outro equipamento, pois o mesmo estaria fora da condição de projeto, assim não seria possível simplesmente inspecioná- lo e trocar a junta.
[006] Outra solução técnica disponível comercialmente é o que pode ser chamado de “clamp” (grampo, braçadeira). Esta solução consiste em uma chapa usinada, geralmente projetada conforme ASME PCC2 (norma técnica), onde o elemento de vedação seria um selante injetável. As desvantagens dessa solução estão relacionadas a grande espessura da chapa, pois é necessário realizar o cálculo considerando o raio externo dos flanges, logo quanto maior a espessura mais caro o serviço.
[007] Além da complexidade do projeto, devido o trocador de calor ser a alta pressão, deve-se injetar um selante com uma pressão compatível, sendo necessário grande quantidade de injeção de selante para preencher o espaço vazio entre o espelho e o clamp, não sendo garantido que o dispositivo repare o vazamento, uma vez que depende do comportamento do selante, que muitas vezes endurece antes de preencher todo espaço do vazamento.
[008] Ainda, é considerado uma solução de custo elevado, existindo um tempo necessário para realizar a contratação, que poderia ser longo, devido ao processo de elaboração de contrato e licitação e dos valores disponíveis para orçamento, logo o vazamento continuaria aumentando, e não seria mais possível acessar o local, devido aos riscos.
[009] É importante descrever também que de forma a resolver este problema técnico, é comumente utilizado métodos conforme descritos a seguir, em que os protocolos são realizados na seguinte sequência: 1) conferência de torque em operação; 2) recálculo da ligação flangeada para definição de torque acima do torque padrão e aplicação de novo torque; 3) avaliação da possibilidade de capote (envoltório) e soldagem da ligação flangeada, porém sendo descartada pelo elevado risco e pelas deformações que seriam impostas.
[010] Realizou-se também uma 4) avaliação de liberação para substituição da junta, no entanto, seria necessário a parada da unidade com perda de produção. Dessa forma, nenhum dos referidos protocolos foi confidencial efetivo em resolver o problema devido a problemas técnicos e logísticos, como no caso por exemplo do último protocolo (método de avalição 4).
[011] Diante do exposto, percebe-se que existe a necessidade de desenvolvimento de um dispositivo para realizar a reparação de vazamentos de fluidos no estado líquido na ligação flangeada (entre espelho e flange) de um trocador de calor casco e tubos que operam a altas temperaturas e altas pressões, cujo fluido podendo ser hidrocarbonetos e hidrogênio (H2).
[012] Adicionalmente, existe a necessidade deste dispositivo ser utilizado durante a operação de processamento dos hidrocarbonetos na indústria de petróleo, sem a necessidade de parar a produção para que o mesmo possa ser montado e instalado.
[013] No estado da técnica, existem dispositivos designados para a vedação de tubos se valendo de peças mecânicas encaixadas nas quais é possível estabelecer uma pressão em uma gaxeta presente em uma ligação flangeada. Entretanto, os dispositivos do estado da técnica apresentam deficiências relativas à instalação durante a produção, aplicação específica em trocadores de calor e utilização de solda, o que não é utilizado na presente invenção, devido a possibilidade de explosões.
[014] O documento da patente BR112014006602-7 revela um aparelho para a vedação de uma extremidade aberta de um tubo o qual inclui um meio de vedação para a formação de uma vedação circunferencial entre o aparelho e a superfície interna do tubo e um primeiro e segundo meios de "aperto" para o encaixe friccional das superfícies interna e externa do tubo, respectivamente, de modo a impedir um movimento axial relativo entre o aparelho e o tubo. No entanto, não há menção de que a referida solução possa ser aplicada em trocadores de calor, que requer requisitos técnicos diferentes para esse tipo de dispositivo.
[015] Por sua vez, o documento CN103062571 descreve um dispositivo de interrupção de vazamento de pontos de vazamento de furos de tubulação. O dispositivo compreende um conjunto de suporte de fixação e um conjunto de corpo de retenção de vazamento. O referido documento, a princípio, se baseia também no provimento de meios específicos que permitem estabelecer uma força de compressão específica na gaxeta de modo a evitar o vazamento de líquido de tubos de transporte de combustíveis tais como petróleo e gás. No entanto, apresenta uma solução temporária para o referido problema técnico, pois cita a possibilidade de execução de uma soldagem posterior, e por focar em um ponto específico de vazamento. Em contrapartida a presente invenção provê um dispositivo para resolução do problema sem necessidade de soldagem e de outras intervenções ao longo de toda circunferência de uma ligação flangeada do tubo.
[016] Já o documento DK173450, define um conjunto de gaxeta para vedação externa da placa de tubo de um elemento tubular, que é fixada entre os contraflanges do trocador de calor (flanges de coleta). O conjunto de gaxeta consiste em um anel de sede de gaxeta com junta de vedação que são montados em um determinado trocador de calor, no ponto de instalação. No entanto, se difere da presente invenção, principalmente pelo fato de que existe uma fresagem/escavação de uma ranhura de chaveta no flange existente, sendo que na presente invenção não há nenhuma necessidade de operações de usinagem no flange, logo a presente invenção acaba por possuir uma vantagem tecnológica de permitir o reparo em operação com altas pressões e temperaturas. Além disso, na presente invenção a gaxeta é comprimida contra o espelho do trocador de calor, e não contra o flange adjacente no trocador de calor.
[017] O documento PI8504145 protege um dispositivo de vedação de gaxeta de trocador de calor de camisa e tubo flangeado que compreende gaxetas compressíveis e retentores de gaxeta menos compressíveis, dispostos circunferencialmente em torno das gaxetas. Entretanto, o referido documento não deixa claro se a invenção pode ser utilizada durante a operação na indústria, sendo esta uma das principais vantagens da presente invenção. Além disso, em operação do equipamento, quando este sistema de vedação da ligação flangeada do trocador de calor falha, o referido dispositivo não permite o reparo com o equipamento em operação. Não há modo de desmontar o equipamento sem remover os estojos da ligação flangeada. E não é possível remover os estojos com o equipamento em operação, pois o mesmo possui hidrocarboneto pressurizado e submetido a alta temperatura.
[018] Por fim, o documento KR200176568 se refere a uma gaxeta enrolada em espiral para evitar vazamento de fluido entre a ligação flangeada, flanges de tubos industriais, como várias plantas petroquímicas, trocadores de calor etc. Percebe-se que no referido documento é descrito apenas um item de vedação, chamado de gaxeta ou junta, cujo uso exclusivo não resolve o problema de um eventual vazamento, como ocorre na presente invenção.
[019] A presente invenção define, de acordo com uma concretização preferencial, um dispositivo para sanar vazamentos em trocadores de calor casco e tubos de alta pressão com uso de gaxeta e tensionamento por estojos.
[020] O dispositivo tem o objetivo de sanar os vazamentos em trocadores de calor em ligações flangeadas de grande diâmetro onde haja o gap ou canal para permitir a colocação da gaxeta. O dispositivo é integralmente parafusado, sem risco de flash durante sua implantação e pode ser utilizado em altas temperaturas e pressão, além de apresentar uma facilidade na fabricação/montagem, reduzindo custos de implementação. Basicamente, o dispositivo compreende um suporte do parafuso de ajuste, anel de compressão da gaxeta, suporte estabilizador, e parafusos de ajuste de compressão da gaxeta.
[021] De forma a complementar a presente descrição e obter uma melhor compreensão das características da presente invenção, e de acordo com uma concretização preferencial da mesma, em anexo, é apresentado um conjunto de figuras, onde de maneira exemplificada, embora não limitativa, se representa sua concretização preferencial.
[022] Na figura 1 está representada a vista explodida do dispositivo com destaque para o fato dele compreender um suporte do parafuso de ajuste (1), anel de compressão da gaxeta (2), suporte estabilizador (3), e parafusos de ajuste de compressão da gaxeta (4), de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção.
[023] Na figura 2 está representada a vista em perspectiva do dispositivo para sanar vazamentos em trocadores de calor casco e tubos de alta pressão, de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção.
[024] Na figura 3 estão representadas a vista frontal e a vista superior da peça 01, referente ao suporte do parafuso de ajuste (1), de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção.
[025] Na figura 4 está representada a vista frontal da peça 02, referente ao anel de compressão da gaxeta (2), de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção.
[026] Na figura 5 está representada a vista frontal da peça 03, referente ao suporte estabilizador (3) que tem formato de “T”, de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção.
[027] Na figura 6 está representada a vista frontal da peça 04, referente aos parafusos de ajuste de compressão da gaxeta (4), de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção.
[028] A presente invenção se refere a um dispositivo para reparar os vazamentos em trocadores de calor em ligações flangeadas de grande diâmetro onde haja o gap ou canal para permitir a colocação da gaxeta, de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção, é detalhadamente descrito, com base nas figuras em anexo.
[029] Na figura 1 está representada a vista explodida do dispositivo mostrando que ele compreende basicamente pelo menos um suporte do parafuso de ajuste (1), pelo menos um anel de compressão da gaxeta (2), pelo menos um suporte estabilizador (3), e pelo menos um parafuso de ajuste de compressão da gaxeta (4), de acordo com uma concretização preferencial da presente invenção.
[030] Na figura 3 está representado o suporte do parafuso de ajuste (1) que compreende um corpo com duas partes simétricas (1.1) e (1.2) em formato de semicírculo com raio de 860 mm feitas de uma chapa lisa de aço ASTM A283 Gr. C (ou similar) e com espessura de ^ de polegadas, conforme mostrado na vista frontal superior, cada parte compreendendo dois elementos de união (1.3) de 230 mm de comprimento e 150 mm de largura, em suas respectivas extremidades (de maior espessura (1 polegada), mas de mesmo material).
[031] Cada elemento de união (1.3) é furado com dois furos vazados com aproximadamente 28 mm de diâmetro, conforme vista superior. Uma cantoneira (1.4) (elemento circunferencial) especialmente adaptado para receber os parafusos de ajuste de compressão da gaxeta (4) compreendendo pelo menos 14 furos de ^ de polegada de diâmetro sendo fabricada preferencialmente com aço de baixo carbono A36.
[032] E ainda barras de reforço (1.5) igualmente espaçadas na direção longitudinal, como por exemplo com uma distância formando um arco de 39o. Os referidos parafusos de ajuste de compressão da gaxeta (4) são presos por porcas hexagonais (1.6) de 5/8 de polegadas de diâmetro sendo fabricadas com material correspondente ao aço A194 Gr. 2H e sendo soldadas em todos os furos.
[033] Pode-se dizer que o suporte de parafuso de ajuste (1) é a peça que permite o posicionamento e fixação dos parafusos de ajuste de compressão de gaxeta (4), funcionando como uma estrutura estabilizadora do dispositivo da presente invenção.
[034] Na figura 4 está representado o anel de compressão da gaxeta (2) que compreende pelo menos 662 mm de raio e que é feito preferencialmente de um conjunto de chapas lisas (2.1) com uma pluralidade de furos cegos (2.2), cada furo cego especialmente adaptado para receber a extremidade de um parafuso de ajuste de compressão da gaxeta (4).
[035] Pode-se dizer que o anel de compressão da gaxeta (2) é a peça que permite o aperto e compressão da gaxeta, que é o elemento selante que estanca o vazamento ao ser comprimido entre as faces que contém o vazamento.
[036] Na figura 5 é mostrado o suporte estabilizador (3) que apresenta preferencialmente formato de “T” e compreende uma barra cilíndrica (3.1) de maior comprimento com pelo menos 150 mm e diâmetro de M de polegada feita preferencialmente de aço carbono, uma barra roscada (3.2) com pelo menos 85 mm de comprimento e diâmetro de pelo menos ^ polegada feita preferencialmente do material referenciado como aço A193 Gr.B7, e ainda porcas hexagonais (3.3) com ^ polegadas de diâmetro e fabricadas preferencialmente de aço A194 Gr. 2H.
[037] Pode-se dizer que o suporte estabilizador (3) é uma peça fundamental para que o dispositivo possa cumprir sua função, pois o mesmo permite a estabilização do anel de compressão de gaxeta (2), logo a compressão transmitida dos parafusos de ajuste de compressão da gaxeta (4) ao anel de compressão de gaxeta (2) é melhorada.
[038] Dessa forma, evita-se uma decomposição dos componentes das forças. Uma melhor compressão da gaxeta, é o que permite que o vazamento seja sanado.
[039] Na figura 6 é mostrado os parafusos de ajuste de compressão da gaxeta (4), os quais compreendem uma porca hexagonal (4.1) na cabeça (A194 Gr. 2H) com diâmetro de 5/8 de polegada e um corpo de parafuso (4.2) que é feito de uma barra roscada com comprimento de pelo menos 140 mm e diâmetro de 5/8 de polegada, fabricada preferencialmente em aço A 193 Gr. B7.
[040] Pode-se dizer que os parafusos de ajuste de compressão da gaxeta (4) também são fundamentais para a funcionalidade do dispositivo da presente invenção, uma vez que são os parafusos de ajuste de compressão da gaxeta (4) que transmitem o aperto necessário ao anel de compressão da gaxeta (2).
[041] Na figura 2 é mostrado na vista em perspectiva do dispositivo de forma a melhor compreender como as partes do mesmo se encaixam. Primeiramente, a montagem do referido dispositivo se dá pela instalação de uma gaxeta no gap, seguida do posicionamento do anel de compressão da gaxeta (2) sobre a gaxeta.
[042] Com o anel de compressão da gaxeta (2) posicionado sobre a gaxeta é realizada a fixação do suporte dos parafusos de ajuste (1) sobre o flange do permutador, em seguida é feita a instalação do parafuso de ajuste compressão de gaxeta (4) de forma a ajustar simetricamente o anel de compressão gaxeta (2) sobre a gaxeta sem aperto.
[043] Em seguida, é realizado o posicionamento do suporte estabilizador (3) para manter a estabilidade do anel de compressão gaxeta (2), e para a execução do aperto final do parafuso de ajuste compressão de gaxeta (4) para eliminar o vazamento.
[044] No dispositivo desenvolvido, que pode ser aplicado em um caso real (e não somente em ensaios), e que ainda continua instado e submetido a pressão e temperatura de operação, a pressão suportada pode ser de pelo menos 56 kgf/cm2 ea pressão de operação é de pelo menos 48,1 kgf/cm2. Para o caso de uma temperatura suportada, pode-se estimar de pelo menos 400°C e temperatura de entrada de operação de pelo menos 339,1°C.
[045] Os versados na técnica valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes, abrangidas no escopo das reivindicações anexas.
Claims (20)
1. Dispositivo para sanar vazamentos em trocadores de calor casco e tubos de alta pressão, caracterizadopor compreender: pelo menos um suporte do parafuso de ajuste (1) com duas partes simétricas (1.1) e (1.2) em formato de semicírculo, em que cada partes simétricas (1.1) e (1.2) compreende dois elementos de união (1.3) em suas respectivas extremidades, pelo menos um anel de compressão da gaxeta (2) formado preferencialmente por um conjunto de chapas lisas (2.1) com uma pluralidade de furos cegos (2.2), em que cada furo cego (2.2) é especialmente adaptado para receber a extremidade de um parafuso de ajuste de compressão da gaxeta (4), pelo menos um suporte estabilizador (3), apresentando preferencialmente formato de “T” e compreendendo uma barra cilíndrica (3.1), uma barra roscada (3.2) e porcas hexagonais (3.3), e pelo menos um parafuso de ajuste de compressão da gaxeta (4), em que compreendem uma porca hexagonal (4.1) e um corpo de parafuso (4.2) correspondente a uma barra roscada.
2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de as partes simétricas (1.1) e (1.2) preferencialmente apresentarem raio de 860 mm e espessura de ^ de polegadas.
3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de as partes simétricas (1.1) e (1.2) preferencialmente serem fabricadas em aço ASTM A283 Gr. C.
4. Dispositivo, de acordo com a reivindicações 1, caracterizadopelo fato de que preferencialmente cada elemento de união (1.3) ser furado com dois furos vazados com aproximadamente 28 mm de diâmetro.
5. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de o suporte do parafuso de ajuste (1) compreender adicionalmente uma cantoneira (1.4) especialmente adaptada para receber os parafusos de ajuste de compressão da gaxeta (4).
6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizadopelo fato de o suporte do parafuso de ajuste (1) compreender ainda barras de reforço (1.5) igualmente espaçadas na direção longitudinal.
7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizadopelo fato de os parafusos de ajuste de compressão da gaxeta (4) serem presos por porcas hexagonais (1.6).
8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de o anel de compressão da gaxeta (2) preferencialmente compreender pelo menos 662 mm de raio.
9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 8, caracterizadopelo fato de o anel de compressão da gaxeta (2) permitir o aperto e compressão da gaxeta e estancar o vazamento.
10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de preferencialmente a barra cilíndrica (3.1) compreender pelo menos 150 mm de comprimento e diâmetro de M de polegada e fabricada preferencialmente de aço carbono.
11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de preferencialmente a barra roscada (3.(2) compreender pelo menos 85 mm de comprimento e diâmetro de pelo menos ^ polegada e fabricada preferencialmente em aço A193 Gr.B7.
12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de as porcas hexagonais (3.3) preferencialmente apresentarem ^ polegada de diâmetro e serem fabricadas preferencialmente de aço A194 Gr. 2H.
13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de o suporte estabilizador (3) permitir a estabilização do anel de compressão de gaxeta (2).
14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de a porca hexagonal (4.1) preferencialmente apresentar diâmetro de 5/8 de polegada.
15. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de a barra roscada (4.2) preferencialmente compreender um comprimento de pelo menos 140 mm e diâmetro de 5/8 de polegada, e ser fabricada preferencialmente em aço A 193 Gr. B7.
16. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de os parafusos de ajuste de compressão da gaxeta (4) transmitirem o aperto necessário ao anel de compressão da gaxeta (2).
17. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de sua montagem se iniciar pela instalação de uma gaxeta no gap do trocador de calor, seguido do posicionamento do anel de compressão da gaxeta (2) sobre a gaxeta.
18. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de a fixação do suporte dos parafusos de ajuste (1) sobre o flange do permutador do trocador de calor ser realizada após o anel de compressão da gaxeta (2) ser posicionado sobre a gaxeta.
19. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que durante sua montagem ser feita a instalação do parafuso de ajuste de compressão de gaxeta (4) de forma a ajustar simetricamente o anel de compressão gaxeta (2).
20. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de opcionalmente ser utilizado para sanar vazamentos durante a operação de um trocador de calor.
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