Nelson Patrício Júnior
Resumo
Os ciclones são equipamentos instalados dentro de grandes vasos de pressão em refinarias da indústria do petróleo para fazer a separação de mistura de gás com catalisador fluidizado em unidades que produzem gasolina de alta octanagem e gás liquefeito de petróleo (GLP), através do rentável processo de Craqueamento Catalítico Fluido (Fluid Catalytic Cracking – FCC). Os ciclones têm componentes tubulares esbeltos de eixo vertical, os quais no regenerador operam parcialmente submersos em fluido catalítico em movimento muito turbulento. Vibrações induzidas pela ação fluido-dinâmica têm levado esses componentes à ruptura por fadiga e conseqüentes prejuízos industrial e comercial. No presente trabalho várias técnicas e métodos são combinados para realizar a modelagem numérica da estrutura de ciclones sob ação fluido-dinâmica; e com o auxílio desse modelo analisar o comportamento dinâmico estrutural e estimar vida útil à fadiga das juntas soldadas dos travejamentos e dos componentes tubulares esbeltos da estrutura de ciclones. As respostas dinâmicas dessa estrutura com componentes tubulares sujeitos a vibrações induzidas pelo fluido turbulento são obtidas por meio da modelagem analítica-numérica-computacional, utilizando para isto, parâmetros disponíveis na literatura técnica, e de resultados de medições experimentais das variações aleatórias de pressões geradas pelo movimento do fluido catalisador. Uma estrutura real de ciclones que apresentou falhas precoces por fadiga é utilizada como caso de análise, e os dados da documentação das falhas servem para validar qualitativamente a modelagem adotada e também corroborar quantitativamente as estimativas de vida útil à fadiga.
Abstract
Cyclones are equipments assembled inside of huge pressure vessels in refineries of the petroleum industry so as to separate catalyst from gas streams in the profitable FFC (Fluid Catalytic Cracking) units which produce large portions of gasoline and liquefied petroleum gas (LPG). This work combines several techniques and methods, develops a numerical model of the cyclones structure subjected to fluid dynamic loadings; and with this has been evaluated the structural dynamic behavior and estimated the fatigue life of welded joints of bracings and of the slender tubular parts of the cyclones, which are partially immersed in catalyst fluidized bed in turbulent motion. The dynamic responses of the slender tubular parts of the cyclones subjected to vibration induced by the turbulent fluid motion were obtained with an analytical-numerical-computational model, by using parameters available in the technical literature and the results of experimental measurements of the random fluctuations of pressure generated by the fluid motion. A real cyclone structure which failed prematurely was adopted as the case model, and the data log of the failures is used to validate qualitatively the developed numerical modeling and also to corroborate quantitatively the fatigue life estimative.
