Aumentando a Durabilidade de Plantas Petroquímicas com Resinas FRP Resistentes à Corrosão

Materiais compósitos são conhecidos por sua durabilidade em ambientes altamente corrosivos, mas para desempenho ótimo é essencial selecionar a resina certa para cada aplicação. O complexo petroquímico da Petrokemya, subsidiária da SABIC (Riade, Arábia Saudita), em Jubail, Arábia Saudita, produz uma variedade de produtos químicos de base como etileno, estireno, cloro, etanol industrial bruto e mais. Para o processo de produção, o complexo exigia uma unidade de combustão com vários componentes grandes e tubulações que devem resistir a ácido clorídrico sem corroer.

O projeto e fabricação do tanque de resfriamento, lavador, tanque de exaustão e vasos e tubulações associados foi encarregado a uma equipe que incluía o fabricante de equipamentos resistentes à corrosão Ollearis (Martorelles, Espanha), o contratante China Tianchen Engineering Corp. (TCC, Tianjin, China) e a empresa de engenharia John Zink Hamworthy Combustion (Tulsa, Oklahoma, EUA). Esses componentes precisavam resistir ao contato com ácido clorídrico, atender a vários desafios de design e ser uma solução econômica.

Compósitos reforçados com fibra de vidro foram escolhidos como material capaz de resistir aos produtos químicos altamente corrosivos, enquanto oferecem uma solução mais econômica do que ligas metálicas especializadas. Todos os componentes principais foram construídos em plástico reforçado com fibra (FRP), com algumas exceções menores, incluindo olhais de elevação e fixação (aço inoxidável), bicos de pulverização (termoplásticos ou metálicos) e enchimento do lavador.

Para fornecer a solução mais econômica enquanto satisfazia requisitos de desempenho, a Ollearis recorreu a três resinas Atlac da AOC (Collierville, Tennessee, EUA). "Selecionamos os tipos de resina usando o Guia de Resistência Química da AOC, bem como a expertise da equipe de serviço técnico da AOC, considerando os fluidos manuseados e as temperaturas de projeto detalhadas pelo cliente. Era necessário garantir que as resinas propostas funcionassem bem sob [as condições requeridas]", explica Adriano Ureña, gerente técnico da Ollearis.

A Ollearis selecionou a resina epóxi Novolac Atlac 590 para o tanque de resfriamento, que é a primeira fase do processo de limpeza de gás. O tanque mede 11,8 metros de altura com diâmetro interno (DI) de 3 metros. O desafio é que, quando operacional, o gás de exaustão da unidade de combustão entra neste tanque de resfriamento a uma temperatura de aproximadamente 300°C, e é então resfriado muito rapidamente pela água pulverizada de bicos perto da entrada de gás. O Atlac 590 foi escolhido para fornecer resistência à solução de ácido clorídrico e retenção de resistência nas temperaturas elevadas requeridas.

Para o lavador de 14,10 metros de altura, a chaminé de exaustão de 39,7 metros de altura da qual o gás limpo é liberado e o duto de 1,45 metros de comprimento conectando o lavador e o tanque de resfriamento, a resina éster vinílica epóxi bisfenol A Atlac 430 foi escolhida. Diz-se que é um produto versátil e padrão que corresponde às condições de temperatura comparativamente menos desafiadoras para esses componentes – as temperaturas de projeto do lavador e da chaminé atingem até 85°C. O lavador é exposto a solução de ácido clorídrico vinda do tanque de resfriamento, bem como solução de hidróxido de sódio presente na água de lavagem usada para neutralizar o ácido. A chaminé de exaustão também é exposta a ar contendo uma pequena quantidade de ácido clorídrico e cloro úmido.

Para o sistema de tubulação instalado ao redor do lavador e tanque de resfriamento, o poliéster insaturado bisfenol A Atlac 383 foi escolhido por sua resistência química contra fluidos ácidos e cáusticos a um custo menor que resinas éster vinílicas padrão.

O tanque de resfriamento, lavador e partes cilíndricas da chaminé foram fabricados via processo de manufatura híbrido, combinando filament winding úmido com uma camada externa de tecidos bidirecionais tecidos aplicados simultaneamente. Esta combinação produziu peças com melhores propriedades mecânicas tanto na direção circunferencial (do filament winding) quanto na direção axial (dos tecidos, que se alinham com o eixo da peça). A adição de tecido tecido também reduziu a porcentagem de peso de fibra de vidro por peça, de 70% para uma peça totalmente filament winding para 55%. Isso aumenta a quantidade de resina resistente à corrosão por peça. Outros componentes foram produzidos via hand layup.

Resolvendo desafios de design

A Ollearis enfrentou vários desafios ao projetar o equipamento para este projeto. Um desafio veio da necessidade de incluir uma camada de barreira de corrosão rica em resina na superfície interna do tanque de resfriamento, o que representava riscos de fissuração – ou craqueamento – devido a choque térmico durante a operação. A equipe melhorou a resistência do componente a choque térmico reforçando a barreira de corrosão com um véu de superfície de fibra de carbono.

Um segundo desafio foi que a Ollearis precisava encontrar uma maneira de suportar o peso do enchimento dentro do lavador – o enchimento é o material que remove os gases do ar que passa pelo lavador. Para resolver isso, a Ollearis instalou uma grade compósita abaixo do enchimento, suportada por uma borda compósita e duas vigas compósitas. A borda e as vigas têm seção transversal retangular oca, e a borda é preenchida com espuma de poliuretano. A borda foi fabricada diretamente no lavador cilíndrico filament winding como uma peça; a colagem após a fabricação representaria risco de descolamento devido às cargas do peso do enchimento. As vigas são suportadas por bicos compósitos especialmente projetados colados à carcaça do lavador.

Um terceiro desafio de design veio do fato de que o tanque de resfriamento e o lavador operam sob vácuo, mas têm fundos planos – painéis compósitos planos têm pouca resistência a pressão e vácuo e geralmente precisam ser muito espessos para suportar tais cargas, tornando-os caros de fabricar. Para atingir as metas do projeto, a Ollearis desenvolveu uma solução menos custosa usando uma construção sanduíche compreendendo um núcleo de tecido de fibra de vidro 3D impregnado com resina revestido com camadas de pele compósita, para reduzir o custo e peso de uma peça compósita sólida.

Para este projeto, os componentes compósitos foram projetados e entregues em 2016, com instalação final concluída em 2017.