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Erosão na Tubulação do Condensado e Vapor

A erosão é um processo físico, que se refere ao desgaste gradual de um sólido por meio de abrasão. Este artigo irá focar sobre a erosão na tubulação do vapor e do condensado, um problema comum em plantas de vapor , onde seções de tubulação são erodidos causando vazamento significativo do vapor.

Vazamento do Vapor Ocasionado por Erosão na Tubulação

Erosão provoca o afinamento da parede do tubo que pode eventualmente levar a furos na tubulação, causando vazamentos do vapor vivo que pode se tornar um grave risco na segurança.

O que Causa a Erosão?

Ambas águas , arrastadas pelo fluxo do vapor e também o condensado não descarregado, transportados a altas velocidades dentro da tubulação são as origens de maioria das erosões.Por impactar repetidamente sobre as dobras das tubulações, a água pode causar o afinamento gradual da parede da tubulação devido à sua massa e alta velocidade de impacto, similar ao que ocorre em corte industrial a jato de água. Este tipo de erosão – causado por gotículas de água – é normalmente conhecido como Erosão por Impacto das Gotas de Líquido (LDI – Liquid Droplet Impingement).

Em muitos casos, mais particularmente em tubulação de aço carbono, erosão pode remover o tratamento superficial de proteção da parede interna , acelerando desta maneira o afinamento eletroquímico da parede da tubulação, um processo conhecido como corrosão. De fato, ambos erosão e corrosão normalmente trabalham juntos causando o afinamento da parede interna da tubulação de vapor.

Danos na Tubulação Causados por Erosão

Resistência à erosão varia de acordo com o material. Por motivos relacionados a custo e instalação, tubulação de aço carbono é normalmente usado como prática padrão em maior parte das linhas de distribuição do vapor mesmo não sendo tão resistente quanto a tubulação de aço inox. Uso da tubulação de aço inox é normalmente limitado para área farmacêutica, biotecnológica, vapor limpo, ou outras aplicações estéreis.

Erosão Ocorrendo na Tubulação

Como as gotas de líquido atingem a parede interna da tubulação, a parede desgasta lentamente.

Alguns tratamentos superficiais podem oferecer proteção da tubulação de aço carbono contra corrosão, mas estes não são tão resistentes quanto os aços inoxidáveis. Os tratamentos podem proteger temporariamente o aço para reduzir a velocidade da erosão e corrosão.

No entanto, uma vez que o afinamento causado por erosão começa a ocorrer, afinamento adicional da parede da tubulação pode ocorrer mais rapidamente. Isto é porque a água de alta velocidade não só quebra fisicamente a região do tubo de aço impactado, mas também acelera a corrosão através da remoção dos tratamentos superficiais que protegem a tubulação.

Outros Tipos de Erosão em Tubulação de Vapor e Condensado

Erosão em tubulações de vapor e condensado não está limitado somente em erosão mencionado acima, causado por impacto das gotículas de água (LDI) ou alta velocidade do condensado arrastado.

Em particular, a tubulação de recuperação do condensado pode ser suscetível a erosão através do vapor flash manuseado inapropriadamente que ocorre no vapor de descarga. De fato, mesmo que a tubulação de condensado seja projetada para transporte do condensado, o processo de reevaporização flash pode resultar em um ambiente bem similar ao da tubulação de distribuição contendo um grande volume de vapor úmido a alta velocidade. Este tipo de erosão LDI é frequentemente chamado de “erosão por flashing”.

Erosão por flashing pode muitas vezes ser agravado por dois fatores relacionados:

– Linhas de retorno do condensado subdimensionados que geram vapor flash de alta velocidade (efeito da água de corte).
– Elementos corrosivos tais como ácido carbônico que podem ser associados com o condensado a baixa temperatura.

Além disso, a “erosão por cavitação” pode ocorrer a partir dos impactos das ondas de choques súbitas causadas pela implosão de pequenas zonas livres de líquido dentro do condensado. Erosão por cavitação ocorre porque o vapor flash pode ocupar um volume muito grande, mas então subitamente e rapidamente condensa após uma porção do seu calor ser perdido, tendo sido transferido para o fluido adjacente ou tubulação.

Devido às diferenças do volume específico entre o vapor e condensado, a condensação súbita do vapor flash pode criar um grande vazio que é rapidamente e muitas vezes violentamente preenchido pelo condensado adjacente, causando ondas de choque conhecido como golpe de aríete. A rápida queda do volume de flash e choque associado causado pela alta velocidade do condensado preenchendo o vazio, pode levar à erosão e danos significativos da tubulação.

Contramedidas para a Erosão

Contramedidas para Limitar a Erosão na Tubulação de Recuperação do Condensado

Limitação da erosão na tubulação de recuperação do condensado requer múltiplas considerações de projeto. Um elemento crucial é o dimensionamento grande o suficiente da tubulação de retorno do condensado para acomodar fluxo em duas fases, o vapor e condensado, como discutido aqui:

– Tubulação de Recuperação de Condensado

Tubulação de recuperação do condensado é normalmente projetado utilizando a taxa média de fluxo do condensado. No entanto, se utilizar os purgadores de vapores que operam de maneira intermitente, tais como purgadores do tipo balde invertido, disco, pistão e termostático, então a taxa de descarga momentânea pode ser muito maior em relação a média calculada. Isto pode resultar em uma velocidade de fluxo do condensado muito mais alta em relação ao anterior, que pode levar a uma erosão maior da tubulação.

Purgador de Operação Intermitente

Purgadores que operam de maneira intermitente podem resultar em uma erosão maior na tubulação de saída do purgador.

Em tais casos, as opções seriam instalar o purgador mais ao montante, distante do ponto de mudança de direção, eliminar mudanças de direção onde for possível, superdimensionar a tubulação se for efetivo para o custo, ou selecionar o purgador do tipo descarga contínua tais como o Bóia Livre® ou do tipo bóia.

Contramedidas para Limitação da Erosão em Distribuição de Vapor

Prevenção da erosão em tubulação de distribuição do vapor é geralmente uma matéria mais simples, e normalmente requer a remoção das gotículas de água arrastadas pelo vapor. Isto envolve a instalação de um separador do vapor-condensado.

Separador de Vapor

Condensado arrastado pelo vapor é mecanicamente removido utilizando um separador de vapor.

Embora o vapor fornecido através da caldeira possa ter uma alta percentagem de secura, todas as caldeiras sem as seções de super aquecimento ainda contêm certas quantidades de condensados arrastados pelo vapor criado. Condensado também se forma através da perda térmica por radiação ao longo de toda a tubulação de distribuição. Por tais razões, é criticamente importante instalar ambos, os purgadores em intervalos regulares e separadores que removem mecanicamente as gotículas de água a partir do vapor em áreas necessárias.