Como balancear um forno de Tiragem Forçada / Tiragem Induzida (FD / ID)
Uma operação exitosa de um sistema FD/ID começa com as especificações de projeto do forno e dos queimadores. Um dos objetivos principais deste tipo de unidade deve ser a vazão de ar uniforme entre todos os queimadores do sistema. Isso requer que os fabricantes do queimador e do forno trabalhem juntos para compreender o sistema e como deveria ser operado.
O maior problema com os dutos de ar coletivos é a grande variação na vazão de ar ao longo de seu comprimento. No começo do duto, a vazão e a velocidade do ar estão em seu ponto máximo, más à medida que os queimadores “consomem” ar ao longo do comprimento do duto, a vazão do duto principal diminui até alcançar zero na extremidade final. Com a variação da vazão de ar, existe variações nas velocidades do ar, que causam mudanças nas pressões dinâmicas e por último nas pressões estáticas. No ponto onde a velocidade se torna zero, normalmente no final do duto, a pressão estática é a mais alta. Esta pressão tem o nome de pressão de estagnação.
Esta variação de pressão estática ao longo de um duto é a razão de uma má distribuição do fluxo de ar através dos queimadores. Uma forma de reduzir as variações é afunilar o duto de ar para que a velocidade do ar permaneça constante. Outro elemento chave para garantir um fluxo uniforme de ar é a caída de pressão através dos queimadores. Se os queimadores usam muita perda de carga, as variações nas pressões dinâmicas e estáticas dentro do duto de ar se torna muito menos importante e tem menos impacto na vazão de ar do queimador. Isso ajuda a distribuir o ar de uma maneira uniforme. Para os queimadores de processo, um bom projeto de perda de carga é de 38 a 51 mmca. O objetivo deve ser manter pelo menos 25 mmca de pressão positiva no duto de ar a montante dos queimadores.
Como os dutos de ar não são sempre escalonados corretamente, o projeto deve incluir dampers de “balanceamento” em todos os dutos principais que fornecem ar aos queimadores. Todos os dutos de ar devem ser equipados com tomadas de pressão para a instalação de manômetros. Os queimadores também devem conter tomadas de pressão para a medição da tiragem.
O uso de modelagem CFD (Dinâmica dos Fluidos Computacional) ou modelagem de fluxo a frio (Cold Flow Model) é essencial para projetar um sistema corretamente. O modelo pode mostrar os erros no projeto e como corrigir estas diferenças.
Efeito nas Operações
Um forno de tiragem balanceada que possui uma distribuição de ar aos queimadores não uniforme, pode criar problemas como:
- Perigo de explosão devido a uma combustão incompleta
- Padrão de chama deficiente
- Toque de chama nos tubos
- Instabilidade de chama
- Altas temperaturas na zona convectiva
- Monóxido de carbono e hidrocarbonetos não queimados na chaminé
Ações Corretivas / Preventivas
Uma vez que os queimadores tenham sido instalados e o sistema está pronto para a partida, o balanceamento inicial deve ser feito com ar frio e sem que os queimadores estejam em serviço. O ventilador de tiragem forçada deve estar funcionando, se possível, a uma taxa compatível com a carga normal do forno. O ventilador de tiragem induzida deve ser desviado com o ar saindo pela chaminé como em um forno de tiragem natural. Todos os registros de ar dos queimadores devem estar completamente abertos neste momento.
Utilizando os dampers de balanceamento no duto principal, o primeiro passo é alcançar uma pressão uniforme em todos os ramais. O objetivo é alcançar leituras da pressão do ar, utilizando manômetros diferenciais Magnehelic que estejam dentro de ± 5%.
A sonda utilizada para obter os dados deve ser um tubo de pitot com a pressão estática conectada no lado de pressão positiva do medidor. O manômetro deve ter uma escala correspondente à caída de pressão ou perda de carga do queimador. Normalmente para um queimador de processo um manômetro com uma escala de 0 – 150 mmca é o suficiente.
Uma vez que tenha sido alcançado pressões de ar uniformes nos dutos principais, então os queimadores podem ser ajustados individualmente. O objetivo novamente é alcançar leituras de pressões estáticas que estejam dentro de ± 5%. Para isso se necessita começar medindo a pressão do ar nas caixas de ar dos queimadores com os registros de ar totalmente abertos e anotando os dados. Geralmente, você terá que fechar um pouco os queimadores próximo ao final do duto de ar dos corredores. Isto forçará mais ar à jusante, aos queimadores próximos ao duto principal.
Uma vez que este balanceamento tenha sido feito e a posição dos registros de ar tenham sido documentadas, o forno está pronto para a partida. Após o forno estar em carga e temperaturas normais, ajustes adicionais podem ser necessários para melhorar as chamas.
Deve-se ter precaução ao ajustar os queimadores usando ar de combustão pré-aquecido com o forno em operação. As tomadas de pressão fornecidas nos queimadores estarão com pressão positiva. Isto significa que ar quente será forçado para fora quando a tampa for removida.
Finalmente, lembre-se sempre de fazer os ajustes em uma progressão lenta e constante. Se você fizer muitos movimentos ao mesmo tempo, o forno pode chegar a um estado instável ou de operação não constante. Após realizar um ajuste, espere 10 – 15 minutos para que o sistema tenha tempo de estabilizar nas novas condições.
Solução de problemas eficaz e segura
Frequentemente, o operador do forno deve ser treinado para usar o conhecimento do equipamento e da unidade de processo para fazer ajustes que retornem à operação de volta para a capacidade necessária e desejada pela gerência da unidade.
É essencial que a resolução de problemas seja feita de maneira sistemática e bem organizada. Uma resolução de problemas eficaz e segura envolve quatro etapas básicas:
- Reconhecendo o problema
- Observando as indicações do problema
- Identificando soluções para o problema
- Tomando medidas corretivas.
Quando um problema é observado, é necessário avaliar seu provável efeito no processo ou produto que está sendo produzido. Algumas soluções podem exigir que o forno seja apagado para que o problema seja resolvido.
Uma vez que uma causa tenha sido determinada, procedimentos padrões devem ser seguidos para resolver o problema. Todo o pessoal envolvido deve estar ciente do problema, das ações corretivas planejadas, da forma como a segurança é abordada, dos resultados esperados e da ação apropriada a ser tomada, caso o problema se agrave ou não seja resolvido.
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