Comissionar um tanque criogénico: purga, arrefecimento e primeiro enchimento
Comissionamento de tanque criogénico passo a passo: ensaio de fugas, purga, arrefecimento controlado, primeiro enchimento faseado e documentação final.
14 min de leitura
O comissionamento de um tanque criogénico é a sequência controlada que leva um recipiente instalado de ambiente e vazio a frio e em serviço. Vai dos ensaios de pressão e de fugas à purga que remove ar e humidade, e daí a um arrefecimento lento e a um primeiro enchimento faseado.
A sequência importa tanto como os passos. Cada fase existe para eliminar um problema específico antes que a fase seguinte o possa criar, e saltar uma fase não poupa tempo, apenas transfere a falha para um ponto em que é mais difícil e mais dispendioso corrigir.
Este guia apresenta a sequência de comissionamento de um recipiente criogénico a granel e explica o raciocínio por detrás da purga e do arrefecimento controlado. Aplica-se a tanques novos construídos segundo especificação e a tanques usados ou deslocados, que exigem a mesma disciplina.
Em que consiste realmente o comissionamento de um tanque criogénico?
O comissionamento não é uma operação única. É uma sequência documentada executada por uma equipa competente, normalmente com o fornecedor ou um empreiteiro especializado presente, e testemunhada pelo operador que assumirá depois a responsabilidade pelo recipiente.
Uma sequência típica de comissionamento de tanque criogénico segue esta ordem.
- Verificação de conclusão mecânica: recipiente assente na fundação, ancorado, tubagem ligada, apoios e ligação à terra concluídos
- Verificação da documentação e da chapa de características face à encomenda e ao processo de certificação
- Leitura de vácuo no espaço anelar de um recipiente isolado a vácuo
- Ensaio de pressão e de fugas às tubagens ligadas e ao conjunto de válvulas
- Purga do recipiente interior e das tubagens para remover ar e humidade
- Arrefecimento controlado do recipiente interior e das linhas
- Primeiro enchimento faseado com o líquido de serviço
- Ensaios funcionais dos dispositivos de segurança, da instrumentação de nível e de pressão, do circuito de construção de pressão e do economizador
- Formação dos operadores e entrega formal com o dossiê documental
Cada um dos passos posteriores pressupõe que os anteriores foram devidamente concluídos. Encher um recipiente que nunca foi purgado, por exemplo, significa que o problema da humidade fica agora congelado dentro de um recipiente frio, de onde nenhum procedimento simples o consegue retirar.
Que verificações antecedem a entrada de qualquer gás no tanque?
As verificações anteriores à purga confirmam que o recipiente está mecanicamente são e corretamente instalado. São rápidas e constituem a última oportunidade fácil de corrigir um problema.
- Confirme que os dados da chapa de características correspondem ao serviço previsto: produto, pressão máxima admissível de trabalho, capacidade, código de projeto e dados de fabrico
- Leia e registe o vácuo do espaço anelar. Uma leitura fraca antes mesmo de o recipiente estar frio aponta para um problema que não melhorará em serviço
- Verifique se todos os dispositivos de segurança indicados na documentação estão montados, com a regulação correta e não isolados
- Verifique se as válvulas de seccionamento estão na posição correta e se as linhas de enchimento, de extração, de purga e de construção de pressão estão ligadas conforme o desenho
- Ensaie à pressão as tubagens e juntas ligadas e confirme que não há fugas à temperatura ambiente, antes de o frio agravar qualquer fuga
- Confirme a continuidade da ligação à terra e das equipotencializações, e que a ligação à terra do ponto de enchimento está disponível para o veículo de entrega
- Confirme que o local está pronto: acesso, iluminação, sinalização, deteção de gás quando exista e área desimpedida em torno do recipiente
Uma fuga quase impercetível à temperatura ambiente pode abrir-se significativamente à medida que as juntas contraem à temperatura criogénica. Encontrá-la a quente é muito mais fácil do que encontrá-la a frio.
Porque é que a purga de um tanque criogénico é tão importante?
A purga substitui o ar existente no interior do recipiente e das tubagens ligadas por um gás seco e inerte, normalmente azoto, antes de ser introduzido qualquer líquido criogénico. Existem duas razões independentes para o fazer, e cada uma delas justificaria por si só este passo.
A humidade congela e bloqueia o sistema
O ar ambiente transporta vapor de água. Quando o recipiente e as suas linhas arrefecem em direção à temperatura criogénica, essa água congela em forma de gelo nas superfícies interiores. O gelo não permanece onde se forma. Acumula-se nos estrangulamentos: sedes de válvulas, orifícios, tomadas de instrumentos, linhas de medição e a tubagem de pequeno diâmetro do sistema de nível e de pressão.
As consequências são práticas e imediatas. Uma linha de indicador de nível congelada dá leituras erradas, pelo que o operador deixa de saber quanto líquido existe no recipiente. Um circuito de construção de pressão parcialmente bloqueado não consegue manter a pressão de entrega. Pior ainda, uma obstrução de gelo num percurso de segurança compromete a proteção do recipiente contra sobrepressão. Depois de o recipiente estar frio e cheio, a única forma de remover esse gelo é voltar a aquecê-lo, o que implica esvaziá-lo e perder o produto.
O próprio ar é um perigo no recipiente errado
Num recipiente de LNG ou de LPG, o ar residual significa oxigénio dentro de um espaço que está prestes a ser cheio com um produto inflamável. Purgar até uma concentração de oxigénio baixa acordada, antes de qualquer hidrocarboneto entrar no recipiente, é um requisito fundamental de segurança e não um refinamento.
O ar causa problemas em serviço criogénico mesmo quando a inflamabilidade não está em causa. O azoto ferve a cerca de menos 196 graus Celsius à pressão atmosférica, o que é suficientemente frio para condensar e congelar outros componentes do ar dentro do recipiente. O dióxido de carbono presente no ar solidifica bem acima da temperatura criogénica e contribui para o mesmo problema de obstrução.
Como se purga um tanque criogénico na prática?
A purga é feita com gás seco à temperatura ambiente ou próxima dela, seguindo o procedimento escrito do fabricante para o recipiente em causa. São comuns dois métodos, muitas vezes combinados.
- Ciclos de pressurização e descarga: pressurize o recipiente com azoto seco, mantenha e descarregue depois até perto da pressão atmosférica, repetindo o ciclo. Cada ciclo dilui o ar remanescente por um fator previsível
- Purga por escoamento contínuo: admita azoto seco num ponto e descarregue continuamente noutro, de modo a varrer todo o volume interno e todos os ramais mortos
- Purgue todos os ramais e não apenas o corpo do recipiente. Linhas de enchimento, linhas de extração, circuito de construção de pressão, linhas de instrumentos e qualquer derivação têm de ser varridos individualmente
- Verifique o resultado por medição e não pelo tempo decorrido. Meça o teor de oxigénio e, quando o procedimento o exigir, o ponto de orvalho na descarga, até ser cumprido o critério de aceitação
- Registe as leituras e o número de ciclos no relatório de comissionamento
O erro mais frequente é purgar o corpo do recipiente e presumir que as tubagens acompanharam. Os ramais mortos, as derivações fechadas e a tubagem de instrumentos retêm ar e humidade com grande eficácia, e são exatamente os locais onde uma obstrução de gelo causa mais danos.
Porque é que o arrefecimento tem de ser controlado?
O arrefecimento leva o recipiente interior e as tubagens da temperatura ambiente até à temperatura de funcionamento do produto, por exemplo cerca de menos 196 graus Celsius no azoto líquido ou cerca de menos 162 graus Celsius no LNG. É uma variação de temperatura muito grande, e o ritmo a que é aplicada decide se o recipiente entra em serviço sem danos.
São dois os mecanismos que provocam danos quando o arrefecimento é apressado.
- Choque térmico: despejar líquido num recipiente quente arrefece quase instantaneamente a superfície molhada enquanto o metal envolvente ainda está próximo da temperatura ambiente. O gradiente de temperatura resultante cria tensões locais elevadas em soldaduras, tubuladuras e fixações de apoio
- Contração diferencial: o metal contrai ao arrefecer. Quando uma parte de um conjunto arrefece muito mais depressa do que a parte a que está aparafusada ou soldada, a diferença de contração solicita a junta. Os sistemas de tubagem, os apoios interiores e as ligações de instrumentos são as vítimas habituais
Há mais uma razão para ter paciência. Abaixo de cerca de menos 150 graus Celsius, os materiais não qualificados para serviço a baixa temperatura tornam-se frágeis, motivo pelo qual os recipientes para baixa temperatura utilizam materiais verificados por ensaios de impacto, normalmente o ensaio Charpy V. O arrefecimento controlado mantém as tensões dentro da gama para a qual esses materiais foram projetados. Um arrefecimento descontrolado aplica uma carga de choque exatamente no ponto em que um defeito mais importa.
Na prática, o arrefecimento consegue-se admitindo primeiro gás frio, depois pequenas quantidades de líquido a intervalos, deixando a temperatura equalizar entre etapas e respeitando o ritmo de arrefecimento e os tempos de espera indicados no procedimento do fabricante. Os danos causados por um arrefecimento apressado muitas vezes não são visíveis no momento. Aparecem mais tarde como uma falha de vácuo, uma junta com fuga ou um apoio fissurado, e nessa altura a causa é difícil de provar.
Como se realiza o primeiro enchimento por fases?
O primeiro enchimento dá continuidade à filosofia do arrefecimento. Não é uma entrega normal e não deve ser agendado como tal.
- Comece com uma pequena quantidade, tipicamente uma percentagem baixa da capacidade, e mantenha enquanto a temperatura do recipiente estabiliza
- Vigie a pressão do recipiente em cada fase. Uma subida rápida de pressão significa que o líquido está a evaporar contra metal quente, o que é normal no início e deve diminuir à medida que o recipiente arrefece
- Descarregue conforme exigido pelo procedimento, para que o recipiente não acione os seus dispositivos de segurança durante o arrefecimento
- Aumente a quantidade em novas fases, permitindo a estabilização entre cada uma
- Inspecione a envolvente exterior, as tubagens e as juntas entre fases, procurando manchas de gelo, condensação ou movimento visível
- Conclua o enchimento apenas quando o recipiente estiver estável e a instrumentação estiver a ler corretamente
- Registe as fases de enchimento, as pressões e as observações
O gelo ou a condensação que surjam na envolvente exterior durante ou após o primeiro enchimento são um sinal de alerta e não uma questão estética. Indicam normalmente um problema de vácuo no espaço anelar e devem ser investigados antes de o recipiente ser aceite.
Como se verificam os dispositivos de segurança e a instrumentação?
Os ensaios funcionais realizam-se depois de o recipiente estar frio e com líquido, porque vários sistemas só têm comportamento realista à temperatura de funcionamento.
- Confirme que todos os dispositivos de segurança estão instalados, corretamente regulados, corretamente orientados e não isolados por uma válvula fechada
- Verifique se qualquer sistema de comutação entre o dispositivo de segurança em serviço e o de reserva funciona e fica na posição correta
- Compare a indicação de nível com a quantidade entregue e confirme que a leitura é estável e plausível
- Confirme que o manómetro e eventuais transmissores dão leituras coerentes entre si
- Coloque em funcionamento o circuito de construção de pressão e confirme que o recipiente atinge e mantém a pressão de entrega exigida
- Verifique se o economizador ou o sistema de controlo de pressão responde conforme projetado durante a extração
- Observe a subida de pressão ao longo de um período de repouso registado, para que a instalação disponha de uma referência para comparações futuras
Registar uma referência no comissionamento é a ação de manutenção mais útil disponível nesta fase. As dúvidas posteriores sobre o aumento da evaporação ou sobre uma construção de pressão inexplicada só podem ser respondidas face a um ponto de partida conhecido.
O que deve conter o processo de entrega do comissionamento?
O comissionamento termina com uma entrega documentada. O operador não deve aceitar o recipiente em serviço sem um processo completo, porque é esse processo que um inspetor, uma seguradora ou um futuro comprador irão pedir.
- Relatório de dados do fabricante e documentação do código de projeto, por exemplo PED 2014/68/EU ou ASME, e a norma aplicável, como a EN 13458 para recipientes criogénicos estáticos isolados a vácuo
- Documentação de materiais e de soldadura, incluindo comprovativo dos ensaios de impacto para serviço a baixa temperatura
- Fotografia da chapa de características e registo dos respetivos dados
- Registos dos ensaios de pressão e de fugas ao recipiente e às tubagens ligadas
- Registos de purga com as leituras de aceitação medidas
- Registo do arrefecimento e do enchimento faseado com tempos, pressões e observações
- Leitura de vácuo no comissionamento, registada como referência
- Certificados dos dispositivos de segurança e respetivas pressões de regulação
- Verificações da instrumentação e registo da referência de subida de pressão
- Manual de exploração e manutenção, mais um registo da formação dada aos operadores
Guarde este processo num local onde a instalação o consiga encontrar. A falta de registos de comissionamento é uma das lacunas mais frequentes detetadas mais tarde durante a inspeção periódica ou quando o equipamento muda de mãos.
O comissionamento é diferente num tanque usado ou deslocado?
A sequência é a mesma e, em certos aspetos, exige mais atenção. Um recipiente que foi aquecido, transportado e reinstalado esteve exposto ao ar ambiente durante todo esse período, pelo que a purga é pelo menos tão importante como numa unidade nova. As juntas que foram mexidas durante a remoção e a reinstalação precisam de um ensaio completo de pressão e de fugas.
- Confirme a leitura de vácuo antes do arrefecimento, uma vez que é no transporte e no armazenamento que a degradação do vácuo costuma manifestar-se
- Verifique se o processo de certificação corresponde ao recipiente físico e ao novo serviço e produto previstos
- Verifique se o produto anterior é compatível com o novo e aplique o procedimento de limpeza exigido caso o serviço mude, em especial quando está em causa o serviço com oxigénio
- Verifique novamente as pressões de regulação dos dispositivos de segurança face às condições de funcionamento da nova instalação
- Execute o mesmo arrefecimento e enchimento faseados que faria num recipiente novo
A KAF Cryogenics fornece recipientes de segunda mão certificados que passaram por inspeção, ensaios não destrutivos e ensaios de vácuo e de pressão, e que são vendidos com dossiê documental e garantia escrita. Essas unidades podem normalmente ser entregues de stock em semanas, ao passo que o fabrico novo demora meses, mas passam no local pela mesma disciplina de comissionamento que um tanque novo construído segundo especificação.
Perguntas frequentes
Porque é que um tanque criogénico tem de ser purgado antes do primeiro enchimento?
A purga remove o ar e o vapor de água que este transporta. A humidade que fica no interior congela durante o arrefecimento e acumula-se em sedes de válvulas, orifícios, linhas de instrumentos e percursos de segurança, causando leituras de nível erradas, mau controlo de pressão e proteção contra sobrepressão comprometida. Nos recipientes de LNG e de LPG, a purga remove também o oxigénio antes da entrada de um produto inflamável.
Que gás se utiliza para purgar um tanque criogénico?
O azoto seco é o gás de purga habitual porque é inerte, está facilmente disponível e é seco quando fornecido para este fim. É aplicado por ciclos de pressurização e descarga ou por purga com escoamento contínuo, e o resultado é verificado medindo o teor de oxigénio e, quando o procedimento o exigir, o ponto de orvalho na descarga.
O que acontece se um tanque criogénico for arrefecido demasiado depressa?
Um arrefecimento rápido cria um gradiente de temperatura acentuado entre a superfície molhada e o metal envolvente, produzindo tensões locais elevadas em soldaduras, tubuladuras e apoios. As várias partes do conjunto contraem também a ritmos diferentes, solicitando juntas e ligações de instrumentos. Os danos resultantes aparecem muitas vezes mais tarde como perda de vácuo, uma junta com fuga ou um apoio fissurado.
Quanto tempo demora o comissionamento de um tanque criogénico?
Depende da dimensão do recipiente, do produto e do ritmo de arrefecimento e dos tempos de espera indicados pelo fabricante, pelo que não existe um valor único. Planeie-o como uma operação faseada ao longo do período que o procedimento exige, em vez de o tratar como uma simples entrega, e encare qualquer pressão para comprimir o calendário como um risco para o equipamento.
É normal haver gelo na envolvente exterior após o primeiro enchimento?
Não. As manchas de gelo ou a condensação na envolvente exterior de um recipiente isolado a vácuo indicam vácuo degradado no espaço anelar, muitas vezes em conjunto com aumento da evaporação e subida de pressão mais rápida. A situação deve ser investigada e resolvida antes de o recipiente ser formalmente aceite em serviço.
Um tanque criogénico usado precisa do mesmo comissionamento que um novo?
Sim, e muitas vezes com verificações adicionais. Um recipiente deslocado esteve aberto ao ar ambiente, pelo que a purga é essencial, e as juntas mexidas precisam de um ensaio completo de pressão e de fugas. Confirme a leitura de vácuo antes do arrefecimento, verifique se o processo de certificação corresponde ao recipiente e ao novo serviço, e aplique os requisitos de limpeza se o produto mudar.
Que registos devem ser guardados do comissionamento?
Guarde os documentos de projeto e de certificação, os registos dos ensaios de pressão e de fugas, as medições de purga, o registo do arrefecimento e do enchimento faseado, a leitura de vácuo no comissionamento, os certificados e pressões de regulação dos dispositivos de segurança, as verificações de instrumentação e a referência registada de subida de pressão. Estes registos são o ponto de referência para todas as questões de manutenção posteriores e para a inspeção periódica.
Leitura relacionada
Vai comissionar um tanque criogénico novo ou deslocado?
A KAF Cryogenics fornece recipientes criogénicos a granel novos segundo especificação e como unidades de segunda mão certificadas, cada um com o procedimento do fabricante, os dados dos dispositivos de segurança e o dossiê documental completo de que a sua equipa de comissionamento precisa. Diga-nos o produto, a capacidade e a classe de pressão e apresentamos proposta segundo o seu calendário.
Falar com a KAF Cryogenics