BRPI0503134B1

BRPI0503134B1 - Método de formação de uma chapa de tubo laminada

Info

Publication number: BRPI0503134B1
Application number: BRPI0503134-6A
Authority: BR
Inventors: Junior Burkhalter Larry; Stanley Decourcy Michael; Kenneth Weinberg Stephan; Frederick Briegel Keith
Original assignee: Rohm And Haas Company
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2018-03-20
Also published as: EP2413084A1; TWI296320B; EP1624273B1; BRPI0503134A; EP1624273A2; EP1624273A3; TW200609449A; EP2413083B1; JP2006046898A; EP2423635A1; EP2413083A1; JP4096001B2; CN100535500C; CN1734151A; US7252138B2; US20060096736A1; KR100648741B1; ES2385566T3; KR20060049007A

Abstract

"métodos de reparo de um aparelho que tem um membro tubular, e de uma chapa de tubo que tem seções delaminadas, e, método de formação de uma chapa de tubo laminada". um método e um aparelho para o reparo de tubos danificados, tais como tubos de trocador de calor , compreendendo a inserção de um tampão de fluxo transpassante dentro do tubo de trocador de calor danificado. o tampão de fluxo transpassante é afilado e cria um ajuste por prensagem quando inserido dentro do tubo de trocador de calor. o tampão de fluxo transpassante tem um orifício ao longo do seu eixo, permitindo desse modo ao fluxo correr através do comprimento do tampão de fluxo transpassante.

Description

(54) Título: MÉTODO DE FORMAÇÃO DE UMA CHAPA DE TUBO LAMINADA (51) Int.CI.: F16L 55/10 (30) Prioridade Unionista: 02/08/2004 US 60/598026 (73) Titular(es): ROHM AND HAAS COMPANY (72) Inventor(es): LARRY JUNIOR BURKHALTER; MICHAEL STANLEY DECOURCY; STEPHAN KENNETH WEINBERG; KEITH FREDERICK BRIEGEL “MÉTODO DE FORMAÇÃO DE UMA CHAPA DE TUBO LAMINADA” A presente invenção está relacionada a um método e a um aparelho para o reparo de tubos danificados, incluindo tubos dispostos dentro de trocadores de calor.

Os membros tubulares usados para transportar fluidos são suscetíveis a danos por erosão causados pelo fluxo do fluido dentro do membro tubular. Essa erosão tubular é devida em parte a padrões irregulares de fluxo, tais como correntes parasitas, formadas dentro do fluido quando ele entra no membro tubular. Os padrões de fluxo irregulares podem focar o fluxo de fluido de velocidade aumentada contra localizações específicas dentro do membro tubular, erodindo desse modo o material do membro tubular nessas localizações específicas. Para os propósitos dessa exposição, membros tubulares incluem tubos dentro de vários aparelhos de processamento, tais como fornos, reatores (químicos e nucleares), e trocadores de calor, para citar alguns.

Com relação aos trocadores de calor, a erosão tubular pode ocorrer quando a temperatura do fluido dentro do lado de tubo é significativamente mais alta do que a do fluido dentro do lado da casca do trocador de calor. A erosão de tubo trocador de calor durante gradientes de altas temperaturas é exacerbada quando o tubo é construído de uma liga. Quando sujeitos a altas temperaturas elementos resistentes à corrosão dentro do material de liga do tubo precipitam-se para fora de suas localizações originais e migram em direção aos limites granulares do material. Finalmente, isso resulta em uma grande porção do material ficar desprotegido contra a corrosão. Esse tipo de dano é freqüentemente inoportuno nas entradas de tubos e nas saídas de tubo. Como pode ser visto nas Figuras 2 e 3, a migração

Petição 870180000600, de 03/01/2018, pág. 9/11 • ··* · ··· · ··· · ··· ·

de elementos resistentes à corrosão pode, através do tempo, resultar em corrosão ou desgastes dentro de um tubo 18 criando desse modo uma área danificada 22. Tipicamente, essas áreas danificadas 22 ocorrem próximo às aberturas de orifícios 12 de uma chapa de tubo 10 e sobre o rebordo 13 de um orifício 12 onde o tubo 18 é freqüentemente soldado à chapa de tubo 10. Esse tipo de dano é comumente conhecido por aqueles experientes na técnica como corrosão de zona afetada pelo calor. Deixada sem reparo, a corrosão na área danificada 22 pode erodir através do tubo 18, permitindo, desse modo, que o fluido no lado de tubo vaze para dentro do lado da casca do trocador de calor, ou vice-versa, dependendo dos gradientes de pressão Λ

A erosão tubular também pode ter um efeito de dano em situações em que o a chapa de tubo de trocador de calor é revestida ou laminada. Como é bem sabido, chapas de tubo revestidas ou laminadas são compreendidas de uma chapa de tubo de revestimento 14 unida mecanicamente a uma chapa de tubo de reforço 16 (ver Figuras 1 e 2). O revestimento é usado, tipicamente, em situações onde um material especial é necessário para suportar os efeitos corrosivos ou de outro modo ásperos de um fluido de lado de tubo. Visto que, os materiais que são resistentes à corrosão, tal como o zircônio, são freqüentemente caros, o material resistente à corrosão é revestido por cima do material menos caro em um esforço para reduzir os custos. Entretanto, a colagem mecânica usada para aderir a chapa de tubo de revestimento 14 à chapa de tubo de reforço 16 pode, às vezes, deteriorar-se permitindo desse modo que a chapa de tubo revestida 10 se parta e deixe áreas de delaminação 20. A delaminação suficiente da chapa de tubo revestida 14 da chapa de tubo de reforço 16 reduz a força mecânica da chapa de tubo revestida. A delaminação também remove a camada protetora provida pela chapa de tubo de revestimento 14, o que pode submeter a chapa de tubo de reforço 16 a efeitos corrosivos do fluido de lado de tubo.

Os tratamentos correntes para tubos corroídos incluem um

tampão sólido 24 à entrada de um tubo 18, o qual pode ser adicionalmente seguro com uma solda 26. Enquanto esse método de selagem do tubo pode servir para isolar uma área danificada 22 de corrosão adicional, a função do trocador de calor desse tubo reparado é perdida uma vez que ele seja tamponado, o que, por sua vez, reduz a eficácia e a eficiência geral do trocador de calor. Alternativas a tamponar tubos danificados podem ser encontradas nas seguintes referências: patentes US 4.941.512; 5.201.118; e 5.167.907.

Esses consertos alternativos incluem a inserção de uma luva dentro do tubo 18 para cobrir a área danificada 22 e o emprego de uma técnica de laminação sobre uma extremidade da luva para segurá-la ao rebordo 13 do orifício. Esse método exige que uma máquina de laminação cara esteja disponível, com um técnico para operar a máquina, para formar as extremidades de tubo. Infelizmente, esse procedimento é incapaz de reparar danos à área circunferencial de solda de tubo para chapa de tubo e não pode prover a estanque a bolhas entre a luva e o diâmetro interno do tubo danificado que é exigida para prevenir ulterior dano de tubo. Adicionalmente, esse procedimento não corrige a delaminação de chapa de tubo revestida.

Técnicas de reparo para soldas de tubo para chapa de tubo também existem para tratar de danos de corrosão na área circunferencial de solda no rebordo 13 do orifício 12. Por exemplo, a área circunferencial de solda no rebordo 13 do orifício 12 pode ser mecanicamente esmerilhada e metal fresco, preferencialmente do mesmo material que o metal da chapa de tubo 10, pode ser aplicado através de métodos de soldagem convencionais. Infelizmente, esse método de reparo por solda não trata danos ao diâmetro interno do tubo 18. Além disso, no caso de trocadores que compreendem metalurgia resistente à corrosão, tal como, por exemplo, zircônío, soldas de alta qualidade e grande penetração são, em prática, difíceis de alcançar sob as condições de reparo e são muito custosas para se tentar. Finalmente, com

relação às chapas de tubo revestidas, reparos de solda circunferenciais falham em tratar adequadamente conseqüências de delaminação.

Desse modo, ainda existe uma necessidade de um método e aparelho capaz de reparar permanentemente danos à porção interior de tubos sem atrapalhar o fluxo através do tubo. Também existe uma necessidade de um método e aparelho para reparar a área circunferencial de solda de tubo para chapa de tubo no rebordo do tubo. Adicionalmente, também existe uma necessidade de um método e aparelho para re-laminar ou prevenir a delaminação de chapas de tubo revestidas que podem ocorrer em combinação com ou independentes do acima mencionado dano de tubo e solda.

A presente invenção está relacionada a um método de reparo de um aparelho que tem um membro tubular em que o membro tubular tem uma porção danificada. Mais particularmente, o método da presente invenção compreende: inserir um tampão de fluxo transpassante dentro do membro tubular com uma força substancialmente direcionada de modo axial em relação ao tubo; e prensar o tampão de fluxo transpassante dentro do membro tubular de modo a cobrir pelo menos uma porção da porção danificada do membro tubular com o tampão de fluxo transpassante para tubo, onde o mencionado tampão de fluxo transpassante tem um eixo longitudinal e um orifício ao longo do mencionado eixo adequado para permitir o fluxo de fluido através do mesmo. O tampão de fluxo transpassante é prensado dentro do membro tubular com força suficiente para criar um ajuste por prensagem entre o tampão de fluxo transpassante e o membro tubular.

Em um outro aspecto da presente invenção, é provido um método de reparo de uma chapa de tubo que tenha seções delaminadas, onde cada seção da chapa de tubo inclui orifícios de tubo formados através do mesmo, e o método compreende: inserir um tampão de fluxo transpassante dentro de pelo menos um dos orifícios de tubo, onde o tampão de fluxo transpassante tem um eixo longitudinal e um orifício ao longo do mencionado

eixo e o mencionado tampão de fluxo transpassante é afilado; e aplicar uma força ao mencionado tampão de fluxo transpassante suficiente para criar um ajuste por prensagem entre o mencionado tampão de fluxo transpassante e cada uma das seções da chapa de tubo, de modo a re-laminar cada uma das seções da chapa de tubo.

Em ainda um outro modo de realização da presente invenção, é provido um método de formação de uma chapa de tubo laminada que tem pelo menos duas seções com orifícios de tubo. Esse método compreende: posicionar cada uma das seções adjacentes às outras; alinhar os orifícios de tubo sobre cada uma das seções adjacentes às outras; e inserir pelo menos um dos tampões de fluxo transpassante nos mencionados orifícios de tubo alinhados com força suficiente para encaixar de modo seguro cada seção de chapa de tubo de modo a formar uma chapa de tubo laminada.

Em ainda um outro modo de realização, a presente invenção está relacionada a um aparelho que compreende pelo menos uma das chapas de tubo que têm um orifício formado através da mesma; um membro tubular inserido dentro do mencionado orifício; e um tampão de fluxo transpassante disposto de modo axial dentro do mencionado membro tubular. O aparelho pode compreender adicionalmente uma porção danificada dentro do membro tubular onde uma superfície externa do tampão de fluxo transpassante cobre pelo menos uma porção da porção danificada.

Outras e adicionais características e vantagens da presente invenção serão visíveis a partir da descrição a seguir de vários modos de realização da invenção. Estes modos de realização são dados com o propósito de exposição e devem ser considerados em associação com os desenhos em anexo.

Uma compreensão mais completa dos presentes modos de realização e vantagens dos mesmos pode ser adquirida fazendo-se referência às descrições seguintes tomadas em associação com os desenhos em anexo,

• * · · • φ nos quais números de referência equivalentes indicam características equivalentes, e onde:

A Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma chapa de tubo revestida.

A Figura 2 descreve uma vista em corte parcial de uma chapa de tubo laminada de um trocador de calor com tubos associados.

A Figura 3 ilustra uma vista em perspectiva de uma porção de uma chapa de tubo.

A Figura 4 retrata um modo de realização de um tampão de fluxo transpassante da presente invenção.

A Figura 5 é uma vista em corte de um modo de realização de um tampão de fluxo transpassante da presente invenção dentro de um tubo de trocador de calor.

A Figura 6 descreve uma vista em corte de um modo de realização de um tampão de fluxo transpassante da presente invenção inserido dentro de um tubo de um trocador de calor que tem uma chapa de tubo laminada.

A Figura 7 ilustra uma vista em corte de um modo de realização alternativo da presente invenção.

Um dos modos de realização da presente invenção é ilustrado na Figura 5. Nessa figura um tampão de fluxo transpassante 28 é mostrado inserido dentro da abertura do tubo 18 e disposto dentro do orifício 12 da chapa de tubo 10a. O tampão de fluxo transpassante 28 é preferencialmente tubular, tendo um eixo longitudinal e um orifício de núcleo escavado 34 ao longo de seu eixo. O tampão de fluxo transpassante 28 pode ser usinado, foijado, ou formado a partir de qualquer outro método de fabricação conhecido ou posteriormente desenvolvido.

Em um dos modos de realização, o diâmetro interno do tampão de fluxo transpassante pode ser constante ao longo do comprimento do «««·····« · *·« • «·· · · · ·· ···« • ····«··· · *· · «··« · · ·«··· · tampão. Altemativamente, a superfície interna do tampão de fluxo transpassante pode ser afilada ao longo de seu comprimento de modo que o diâmetro interno de sua extremidade traseira 32 seja maior do que o diâmetro interno de sua porção dianteira 30. Em ainda um outro modo de realização, a geometria da superfície interna do tampão de fluxo transpassante pode ser aquela de um bocais convergente/divergente, ou um venturi, de modo que a queda de pressão através do tampão de fluxo transpassante seja minimizada.

A superfície interna do tampão de fluxo transpassante pode ser polida para reduzir a ocorrência de acumulação de resíduos.

A superfície externa do tampão de fluxo transpassante 28 pode ser afilada ao longo de seu comprimento de modo que o diâmetro externo de sua extremidade traseira 32 seja maior do que o diâmetro externo de sua porção dianteira 30. O afílador mostrado na Figura 4 foi exagerado para ilustrar sua característica. Enquanto as dimensões de afílador do tampão de fluxo transpassante 28 podem variar de tão baixo quanto uma inclinação de 0,83 centímetros por metro a mais de 50 centímetros por metro, a presente invenção pode acomodar afíladores de qualquer tamanho. Enquanto a inclinação do afílador pode ser substancialmente constante ao longo do comprimento do tampão de fluxo transpassante 28, é previsto que modos de realização alternativos compreendendo afíladores de inclinação variável também podem úteis. Em um dos modos de realização, a superfície externa do tampão de fluxo transpassante 28 pode ser de um diâmetro constante de modo que o diâmetro externo de sua extremidade traseira 32 seja substancialmente constante acima do ponto mediano 31; movendo-se do ponto mediano 31 em direção à porção dianteira 30, o tampão de fluxo transpassante pode então ser afilado ao longo de seu comprimento de modo que o diâmetro externo do ponto mediano 31 seja maior do que o diâmetro externo de sua porção dianteira 30. O tampão de fluxo transpassante 28 também pode incorporar uma ou mais características geométricas externas que incluem, mas não se

• · * • · · limitam a, nervuras, valetas, anteparos, depressões, reentrâncias, estrias, ou afilamentos. Adicionalmente, a superfície externa do tampão de fluxo transpassante 28 pode ser contornada com roscas, encrespada, ou provida com uma superfície serrilhada desse modo provendo meios conectivos adicionais para o tampão de fluxo transpassante 28 quando esse é incorporado dentro da chapa de tubo 10.

Como mostrado na Figura 5, o comprimento afilado do tampão de fluxo transpassante 28 permite à porção dianteira 30 do tampão de fluxo transpassante 28 ser inserida a uma distância limitada dentro do tubo 18 e ser ajustada por prensagem no mesmo. O ajuste por prensagem podería criar um selo de pressão ao longo da interface da superfície externa do tampão de fluxo transpassante 28 e da superfície interna do tubo 18 suficiente para evitar fluxo de fluido através dessa interface. Consequentemente, é importante que a porção dianteira 30 do tampão de fluxo transpassante 28 se estenda além da porção danificada 22 do tubo 18 assegurando desse modo que a porção danificada 22 seja contatada e, pelo menos parcialmente, coberta por uma porção da superfície externa do tampão de fluxo transpassante 28. A inteira superfície da porção danificada 22 do tubo 18 pode ser coberta pelo tampão de fluxo transpassante 28 para evitar vazamento de fluido a partir do tubo 18 através da porção danificada 22.

Tipicamente, o tampão de fluxo transpassante 28 pode ser prensado manualmente para dentro do tubo 18 com um martelo, contudo, ele também pode ser prensado no lugar com uma ferramenta automatizada, ou pode ser prensado por qualquer outro método conhecido atualmente, ou desenvolvido posteriormente. A quantidade de força exigida para criar um ajuste por prensagem adequado está perfeitamente dentro das capacidades daqueles experientes na técnica e pode ser determinada sem experimentação excessiva. Opcionalmente, uma solda 40 pode ser formada em tomo da região em que o diâmetro externo do tampão de fluxo transpassante 28 faz contato * · · · ·· · * · * · · · * · · · * · · · · ···· • ·♦····♦· · * * « «·*· « « ·«··· · com a superfície da frente da chapa de tubo 1 Oa. Enquanto a solda 40 não é necessária para reter o tampão de fluxo transpassante 28 no lugar uma vez que ele seja ajustado por prensagem dentro do tubo 18, ela pode ser adicionada como uma medida suplementar para evitar o movimento do tampão de fluxo transpassante 28 após a instalação. Para acomodar a solda opcional 40 sobre o tampão de fluxo transpassante 28, a porção traseira 32 do tampão de fluxo transpassante 28 não deveria ser nivelada com a chapa de tubo 10, mas, em vez disso, deveria projetar-se para fora a partir da chapa de tubo 10.

O tampão de fluxo transpassante 28 pode ser feito de qualquer material adequado para o uso em associação com trocadores de calor, tais como aço-carbono, aço inox, inconel, tântalo, e zircônio, para citar alguns. Adicionalmente, o tampão de fluxo transpassante 28 pode ser compreendido de um material de base que é geralmente pensado para não ser resistente à corrosão, tal como aço-carbono, combinado com uma cobertura capaz de resistir à corrosão como vidro, epóxi, elastômero, fluoropolímero (por exemplo, TEFLON®), ou um dos metais listados acima. Em alguns modos de realização, o tampão de fluxo transpassante pode compreender um ou mais materiais cerâmicos selecionados a partir de uma lista que inclui nitreto de silicone, alumina, e carbonato de silicone. Finalmente, contudo, o material realmente usado dependerá do material da chapa de tubo (10, 10a) e do tubo 18, assim como do tipo de fluido e das condições operacionais a que o tampão de fluxo transpassante 28 seja sujeito.

Com relação agora à Figura 6, um tampão de fluxo transpassante 28 é mostrado inserido dentro de um tubo 18, onde o tubo 18 é posicionado dentro de uma chapa de tubo 10 laminada. Aqui o tampão de fluxo transpassante 28 é ajustado por prensagem dentro do tubo 18 de modo que sua porção dianteira 30 se estenda dentro do tubo 18 além da área danificada 22 do tubo. Como assinalado acima, um ajuste por prensagem adequado do tampão de fluxo transpassante 28 dentro do tubo 18 sela a região

• φ * • · · ♦ • · • # entre ο tampão de fluxo transpassante 28 e o tubo 18, evitando desse modo o fluxo de fluido através da área danificada 22. Deve-se salientar que a porção dianteira 30 pode se estender além de ambas as seções, de chapa de tubo de revestimento 14 e de chapa de tubo de reforço 16, da chapa de tubo 10. Uma das vantagens da instalação do tampão de fluxo transpassante 28 da presente invenção em uma chapa de tubo laminada é que o ajuste por prensagem entre o tampão de fluxo transpassante 28 e o tubo 18 empurra o diâmetro externo do tubo 18 contra o diâmetro interno do orifício 12 de ambas as chapas, de revestimento e de reforço (14, 16). As tensões que resultam da interação do tubo 18 e do orifício 12 formam uma cola mecânica entre o tampão de fluxo transpassante 28 e ambas, a chapa de tubo de revestimento 14 e a chapa de tubo de reforço 16. Além disso, em algumas instâncias onde existe uma brecha 17 na interface 15 entre as chapas de tubo de revestimento e de reforço (14, 16), o diâmetro externo do tubo 18 pode ser deformado pela presença do tampão de fluxo transpassante 28 e comprimido para dentro da brecha 17. Conseqüentemente, ajustando-se por prensagem o tampão de fluxo transpassante 28 dentro do tubo 18, como mostrado na Figura 6, sucessivamente cola-se a chapa de tubo de revestimento 14 à chapa de tubo de reforço 16. Desse modo, uma das muitas vantagens da presente invenção é sua habilidade de colar as seções de uma chapa de tubo laminada juntas. Essa característica pode ser usada para reparar chapas de tubo com múltiplas seções que se tomaram delaminadas, assim como para formar novas chapas de tubo laminadas. Também aqui, uma solda 40 opcional pode ser usada para assegurar a adesão do tampão de fluxo transpassante 28 à chapa de tubo 10.

O tampão de fluxo transpassante 28 pode ser instalado dentro do tubo 18 de uma maneira semelhante àquela usada para instalar tampões sólidos convencionais. Como assinalado previamente, durante a fabricação inicial do trocador de calor, a borda do tubo 18 próxima ao rebordo de chapa de tubo 13 é “rolada” para um contato de segurança com a chapa de tubo 10.

• * • · · · • · •

Embora a força de rolamento do tubo 18 seja aplicada ao diâmetro interno do tubo 18, o diâmetro interno permanece relativamente paralelo ao diâmetro externo do tubo 18. Desse modo, a fim de receber o tampão de fluxo transpassante 28 que foi afilado, um afilador correspondente pode ser alargado no diâmetro interno do tubo 18 anteriormente à instalação do tampão de fluxo transpassante 28. Qualquer meio convencional pode ser empregado para alargar o diâmetro interno do tubo 18, tal como, por exemplo, sem limitação, com um afilador Jamo. A implementação da função de alargamento dependerá de uma análise da situação específica do trocador de calor, por exemplo, tubos que têm corrosão excessiva e ou escama mais provavelmente exigirão alargamento, enquanto tubos que têm paredes finas podem não ter material suficiente para serem alargados. Além disso, o alargamento pode não ser exigido em instâncias onde o tubo 18 compreende metalurgia suficientemente maleável para conformar-se à geometria exterior do tampão de fluxo transpassante 28 quando esse é ajustado por prensagem dentro do tubo 18. Contudo, está perfeitamente dentro das capacidades daqueles experientes na técnica determinar se o alargamento é exigido. O alargamento do tubo 18 capacita a inserção do tampão de fluxo transpassante 28 afilado dentro da abertura do tubo 18 e ainda provê massa suficiente em tomo tampão de fluxo transpassante 28 que, por sua vez, prensa-se contra o diâmetro interno dos orifícios 12 da chapa de tubo 10 quando o tampão de fluxo transpassante 28 é guiado através do orifício 12.

Em um modo de realização alternativo da presente invenção, como mostrado na Figura 7, um colar 42 é incluído em associação com um modo de realização de um tampão de fluxo transpassante 28a. O colar 42, como visto na vista em seção transversal, circunscreve uma porção do tampão de fluxo transpassante 28a e é afilado ao longo de seu diâmetro interno para casar o afilador sobre o diâmetro externo do tampão de fluxo transpassante 28a. O diâmetro externo do colar 42 é prensado dentro do tubo 18 e pode ser

*··«····· · « » · • ··« · « · · < »»»· * « f» 4 ♦ ·· ** ♦ « » *♦· * · dimensionado de modo apropriado para cobrir uma área danificada 22 dentro do tubo 18 para evitar o vazamento através do tubo 18. A presença do colar 42 também pode impelir o tubo 18 radialmente para fora de modo que, no caso de um chapa de tubo revestida, a força radial direcionada para fora do tubo 18 causada pela presença do colar 42 pode colar as porções revestidas juntas. Opcionalmente, o colar 42 pode ser instalado dentro do tubo 18 sem o tampão de fluxo transpassante 28a adicional. Em algumas instâncias pode ser benéfico utilizar a montagem em duas peças que compreende o colar 42 e o tampão de fluxo transpassante para tubo 28a em uma instalação alternativa; isto é, o colar 40 e o um tampão de fluxo transpassante para tubo 28a são primeiro inseridos dentro do tubo 18 como mostrado na Figura 7. Subseqüentemente a ser ajustado por prensagem, o um tampão de fluxo transpassante para tubo 28a é removido. Uma solda circunferencial opcional pode ser igualmente adicionada entre a chapa de tubo e o colar 42. Nesse modo de realização, esse método de instalação modificado permitiría ao colar 42 prover os benefícios funcionais de um tampão de fluxo transpassante para tubo de tubo no método de reparo da presente invenção.

O tampão de fluxo transpassante 28 da presente invenção pode ser utilizado no reparo dos membros tubulares dispostos dentro de vários tipos de aparelhos, assim como vários tipos de unidades de processamento, incluindo, mas não limitado a, trocadores de calor, fomos, reatores e outros hardwares de manipulação de fluidos que tenham membros tubulares. Por exemplo, o método da presente invenção pode ser usado com ambos os refervedores de coluna de destilação, do tipo circulação forçada e do tipo termo-sifao, como aqueles usados na purificação de materiais que incluem, mas não se limitam a, ácido acrílico, ésteres de ácido acrílico, acrilonitrila e estireno. Esses refervedores podem incluir vasos separados que são conectados às colunas de destilação por elementos de cano, assim como dispositivos de transferência de calor integrais, tais como, por exemplo,

trocadores tipo baioneta que podem ser incorporados na porção inferior (cadinho) das colunas de destilação.

De modo semelhante, outros trocadores que compreendem membros tubulares, incluindo, mas não limitado a, condensadores, aquecedores, vaporizadores, radiadores, radiadores intercalados, e trocadores transversais, podem se beneficiar do uso do método da presente invenção. Esses podem ser encontrados em processos de fabricação de materiais que incluem, mas não se limitam a, ácido metacrílico, ésteres de ácido metacrílico, metacrilonitrila, e cianeto de hidrogênio. Por exemplo, o método da presente invenção é adequado para o reparo de pré-aquecedores, aquecedores e radiadores de reator craqueador casca-e-tubo, como aqueles empregados no processo para a produção de metracrilato de metil (MMA) ou ácido metracrílico (MAA), e descritos, por exemplo, na patente US 6.545.176, que é incorporada aqui, a título de referência, em sua totalidade.

O método da presente invenção também pode ser usado beneficamente com evaporadores de vapor de acendimento direto, assim como com evaporadores de recuperação de calor perdido associados com fomos, incineradores, oxidante térmico e sistemas de turbina a gás, que compreendam membros tubulares. O método da presente invenção é, por exemplo, adequado para o reparo de tubos dentro do evaporador de vapor de recuperação de calor perdido de um sistema de oxidante térmico, tal como aqueles sistemas empregados em processos para a produção de acrilonitrila, e descritos, por exemplo, em US 2004/0093860, que é incorporado aqui, a título de referência, em sua totalidade. Além disso, o método da presente invenção pode ser beneficamente empregado para reparar membros tubulares dentro de sistemas de refrigeração, radiadores, refrigeradores de conservação, e sistemas de condicionamento de ar.

Em adição aos exemplos mencionados acima, o método da presente invenção pode ser usado com trocadores onde o fluido de lado de

tubo é um gás de processo, em vez de um líquido, tal como, por exemplo, em trocadores de resfriamento usados na produção de ácido nítrico, ou gás de síntese (“syngas”). O método da presente invenção pode ser usado para o reparo de trocadores de resfriamento do tipo casca-e-tubo empregados na produção de cianeto de hidrogênio, vários modos de realização da qual são descritos, por exemplo, em US 2001/0040024, que é incorporado aqui, a título de referência, em sua totalidade. É previsto, além disso, que os tampões de fluxo transpassante da presente invenção possam ser beneficamente usados em combinação com arcos de metal, incluindo arcos de metal formados de inconel, alumina, sílica, carboneto de silício, e nitreto de silício, e descritos, por exemplo, em US 2001/0040024. De modo semelhante, membros tubulares em trocadores de gás-por-gás, tais como aqueles usados em pré-aquecedores e recuperadores de acendimento direto, também podem se beneficiar do método da presente invenção.

Como assinalado acima, o uso da presente invenção não está limitado a trocadores de calor e fomos e, desse modo, o método da presente invenção também pode ser empregado no reparo ou construção de quaisquer tipos de membros tubulares úteis para o transporte de fluidos. Por exemplo, a presente invenção pode ser usada para reparar reatores que compreendam tubos, tais como, por exemplo, reatores de oxidação parcial e reatores nucleares. Exemplos de reatores de oxidação parcial que compreendem tubos incluem, mas não são limitados a, aqueles usados na produção de (meta) acroleína, ácido (meta)acrílico, anidrido maleico, monômero de cloreto de vinil (VCM), e óxido de etileno. O método da presente invenção é adequado para o reparo de reatores que compreendem um ou mais membros tubulares de contenção de catalisadores, tais como aqueles reatores empregados em processos para a produção de acroleína e ácido acrílico a partir de hidrocarbonetos que incluem propileno e propano. Esses reatores sendo descritos, por exemplo, em US 6.384.274, que é incorporada aqui, a título de

referência, em sua totalidade.

Exemplo

Em um exemplo não-limitante, o presente método de reparo foi utilizado em um processo que envolve a produção de ácido metacrílico (“MA A”) e ésteres de ácido metacrílico (por exemplo, metacrilato de metil, “MMA”). Mais especificamente, o método da presente invenção foi empregado em um trocador de calor de casca-e-tubo que introduziu aquecimento dentro do processo para fracionar ou remover componentes orgânicos de uma torrente de resíduo que possui enxofre. O processo de fracionamento particular no qual o trocador de calor particular é disposto é explicado em detalhe no pedido de patente pendente US 2002/0192131 Al, a totalidade do qual é incorporada aqui a título de referência.

O trocador de calor de exemplo compreendeu aproximadamente 550 tubos de zircônio com um diâmetro interno de 1,370 polegadas (3,48 centímetros, “cm”). Esses tubos foram rolados e soldados por selo a uma chapa de tubo revestida de zircônio. A chapa de tubo revestida de zircônio compreendeu uma chapa de tubo de revestimento de zircônio de espessura nominal de 3/8 de polegada (0,95 cm) revestida por estampido a uma chapa de tubo de reforço de aço-carbono de espessura nominal de 5 cm. O resíduo que possui enxofre, compreendendo ácido sulfurico e água, foi continuamente circulado através do lado de tubo do trocador a uma temperatura entre 115°C (240°F) e 143°C (290°F). A casca do trocador compreendeu aço-carbono. Vapor a pressão média (aproximadamente 5,2x10⁵Pa manométrico (75 psig)) foi utilizado como meio de aquecimento de lado de casca.

Sob vários anos de serviço comercial, um total de aproximadamente 10% dos tubos originais no trocador de calor tinha sido danificado. Esses danos foram identificados por inspeções de rotina e então tratados por selagem dos tubos danificados usando-se tampões sólidos

convencionais, em combinação com uma solda por selo circunferencial entre cada tampão e a chapa de tubo. Selando-se esses tubos, foi possível retomar o trocador ao serviço de processo de ffacionamento. Contudo, o impacto de tamponar os tubos danificados foi uma perda de aproximadamente 10% da superfície de transferência de calor disponível do trocador, com uma perda correspondente em capacidade de produção.

Após um período subsequente de operação comercial, uma inspeção mecânica identificou 97 tubos adicionais com significativa corrosão de zona afetada pelo calor, incluindo: dano de solda circunferencial, corrosão significativa de parede de tubo interna, e perfuração da parede do tubo. No caso dos tubos perfurados, a evidência de corrosão da chapa de tubo de reforço e resultante delaminação na chapa de tubo revestida também foi identificada.

Dada a extensão do dano, não era prático utilizar tampões sólidos convencionais para selar os tubos danificados, visto que isso resultaria na perda de outros 20% da superfície de transferência de calor restante do trocador, forçando o processo de ffacionamento a operar significativamente abaixo da capacidade de produção desejada. Foi proposto empregar-se o método de reparo da presente invenção a fim de impedir a despesa de uma completa substituição do trocador de calor de zircônio.

De acordo com o método de reparo da presente invenção, o interior de cada um dos tubos danificados foi primeiro alargado usando-se um afilador Jamo convencional de tamanho #12 (5 centímetros por metro (0,6 polegadas por pé)). A profundidade exata do afilamento variou alguma coisa de tubo para tubo, dependendo da extensão do dano do tubo, das dimensões do tampão de fluxo transpassante, e da profundidade relativa de cada tubo. Tipicamente, contudo, o dispositivo de alargamento foi inserido dentro dos tubos a uma profundidade entre 0,01 metros (0,5 polegadas) e 0,05 metros (2 polegadas).

Após o afilamento, um tampão de fluxo transpassante de zircônio longo 0,05 metros (2 polegadas) do tipo descrito na Figura 4 foi então inserido a mão dentro da extremidade do tubo. A superfície externa do tampão de fluxo transpassante foi afilada ao longo do seu comprimento de modo que o diâmetro externo de sua extremidade traseira era de cerca de 0,04 metros (1,49 polegadas) e o diâmetro externo de sua porção dianteira era de cerca de 0,03 metros (1,39 polegadas). O tampão de fluxo transpassante teve um diâmetro interno constante ao longo de seu eixo de 0,028 metros (1,125 polegadas). O tampão de fluxo transpassante foi então guiado manualmente para dentro do tubo usando-se um martelo até que o tampão estivesse completamente assentado. Em geral, o tampão de fluxo transpassante encontrou-se totalmente assentado quando ele obteve uma profundidade entre 0,01 metros (0,50 polegadas) e 0,445 metros (1,75 polegadas) para dentro do tubo. Após o assentamento, uma solda de selo circunferencial entre a chapa de tubo e o tampão de fluxo transpassante foi adicionada.

Com os reparos completados, o trocador de calor retomou ao serviço de processo de fracionamento e funcionou sem perdas notáveis de área de superfície de transferência de calor. Após nove meses de operação contínua à capacidade de produção desejada, o trocador foi uma vez mais desligado e inspecionado. Nenhum novo dano significativo foi identificado e nenhum reparo foi exigido. Nenhum dano visível foi encontrado sobre os tampões de fluxo transpassante e o trocador retomou uma vez mais ao serviço de processo de fracionamento. Desse modo, pode ser visto a partir desse exemplo que o método de reparo da presente invenção é efetivo no reparo de tubos danificados e nas delaminações de chapas de tubo revestidas, sem impedir o fluxo através do tubo.

A presente invenção descrita aqui, portanto, é bem adaptada para levar a cabo os objetivos e atingir os fins e vantagens mencionados, assim como outros inerentes a mesma. Enquanto vários modos de realização

da invenção foram dados com propósitos de exposição, numerosas mudanças nos detalhes de procedimento podem ser feitas para cumprir com os resultados desejados. Por exemplo, a presente invenção pode ser usada para reparar ambos os refervedores de coluna de destilação, do tipo por circulação forçada e do tipo por termo-sifao, tais como aqueles usados na purificação de ácido (meta)acrílico e ésteres de ácido (meta)acrílico. A presente invenção também pode ser usada para reparar trocadores de resfriamento, onde o fluido de lado de tubo é um gás, ao invés de um líquido, tal como, por exemplo, em aparelhos usados na produção de cianeto de hidrogênio, ácido nítrico, ou gás de síntese (“syngas”). Adicionalmente, a presente invenção não está limitada a trocadores de calor, mas pode ser usada no reparo de quaisquer tipos de membros tubulares úteis para transportar fluidos. Além disso, a presente invenção pode ser empregada em trocadores de calor fabricados de maneira nova, tanto como medida preventiva contra a erosão quanto para colar junto seções de uma chapa de tubo revestida. Adicionalmente, a característica protetora da presente invenção pode ser utilizada sobre trocadores de calor existentes não-danificados a fim de prevenir a erosão nos tubos. Essas e outras modificações semelhantes irão prontamente sugerir-se àqueles experientes na técnica, e são pretendidas para serem abrangidas dentro do espírito da presente invenção exposta aqui e do escopo das reivindicações

anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de formação de uma chapa de tubo laminada que tem pelo menos duas seções com orifícios de tubo, dito método compreendendo:

5 posicionar cada uma das mencionadas seções adjacentes umas as outras;

alinhar os orifícios de tubo sobre cada seção adjacente umas com as outras;

caracterizado pelo fato de inserir pelo menos um tampão de 10 fluxo transpassante nos mencionados orifícios de tubo alinhados com força suficiente para encaixar de modo seguro cada seção de chapa de tubo de modo a formar uma chapa de tubo laminada.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o mencionado pelo menos um tampão de fluxo transpassante tem

15 um eixo longitudinal e um orifício ao longo do mencionado eixo que é adaptado para permitir o fluxo fluir através do mesmo, e o mencionado tampão de fluxo transpassante é afilado.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a chapa de tubo laminada é disposta dentro de um aparelho

20 selecionado a partir do grupo que consiste de um trocador de calor, um reator e um forno.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado adicionalmente pelo fato de compreender a soldagem do mencionado tampão de fluxo transpassante à chapa de tubo laminada.

Petição 870180000600, de 03/01/2018, pág. 10/11

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