Purga com gases inertes

A purga com gases inertes para admissão e exaustão de gases e vapores combustíveis em ambientes confinados, como fornos com atmosfera controlada, tanques de gás, equipamentos de processo e tubulações, são procedimentos de segurança necessários nas ocasiões de partida/comissionamento e de parada/descomissionamento. Este procedimento pode ser frequente, como na operação de fornos, ou eventuais nas ocasiões de manutenção, inspeção e ensaios não destrutivos periódicos.

Na admissão de um gás combustível num ambiente confinado com ar em seu interior, existe a condição insegura da formação de uma mistura inflamável em algum momento e/ou certa região. O risco de ignição desta mistura inflamável, ocorrendo uma fonte ou condição de ignição, pode gerar uma deflagração, explosão ou detonação, dependendo da velocidade de combustão e do consequente acréscimo de pressão no ambiente confinado. De forma análoga, ambientes com gases ou vapores combustíveis poderão exigir sua drenagem para atmosfera ou queima em flare.

Habitualmente costuma-se considerar como referência os campos de inflamabilidade dos gases combustíveis, considerando suas misturas com ar, cujos limites estão indicados na Tabela 1 para condições ambientais de 25°C e pressão atmosférica ao nível do mar.

Assim, a tabela mostra que o campo de inflamabilidade do hidrogênio é muito amplo, situando-se entre 4% de hidrogênio + 96% de ar e 75% de hidrogênio + 25% de ar.

Para evitar tal condição insegura com gases combustíveis, preconiza-se a utilização de um gás inerte, geralmente nitrogênio ou gás carbônico, tanto na partida/comissionamento anteriormente descrito como na purga/descomissionamento. Assim, para que misturas inflamáveis não sejam formadas em nenhuma etapa e a operação possa ser feita com total segurança, o procedimento não deverá cruzar a área do triângulo de inflamabilidade. A Fig. 1 mostra os triângulos de inflamabilidade (áreas hachuradas) para GLP ou propano, metano, hidrogênio e monóxido de carbono, onde a introdução do nitrogênio como gás inerte gerou uma nova dimensão, transformando o campo de inflamabilidade (linha) em triângulo de inflamabilidade (área).

A Fig. 1 permite uma fácil observação do comportamento de cada procedimento. O segmento A-G representa as misturas de gás e ar. Quando o volume interno está cheio de ar e inicia-se a admissão de gás, a mistura gás-ar desloca-se sobre a reta do ponto A (100% ar) para o ponto G (100% gás), atravessando assim o triângulo de inflamabilidade, representado pela área hachurada, entre os pontos LI (limite inferior de inflamabilidade) e LS (limite superior de inflamabilidade). A rota oposta neste mesmo segmento de reta, partindo-se do ponto G até o ponto A, representa a purga de um volume interno iniciando com 100% de gás e terminando com 100% de ar. Nestes dois casos não foi usado gás inerte e ocorreu a condição insegura da travessia do triângulo de inflamabilidade, quando poderia haver um acidente caso houvesse uma fonte de ignição como faísca, centelha ou superfície com temperatura elevada.

A alternativa do comissionamento do gás com a aplicação do gás inerte, neste caso nitrogênio, seria representada sobre o segmento A-N, partindo-se do ponto A no sentido de N. Note-se que não seria necessário aplicar o nitrogênio até atingir o ponto N (0% de ar e oxigênio), pois o triângulo de inflamabilidade termina antes. Na rota oposta (purga de gás com nitrogênio antes da aeração), partindo-se do ponto G em direção ao ponto N, pode-se aplicar conceito similar.

Além da inertização, a purga para a atmosfera de misturas de um gás combustível com um gás inerte deve ser feita com o auxílio de um flare (tocha) para sua queima, evitando a emissão de gases combustíveis que poderiam contaminar ou gerar riscos locais. Esse flare pode ser do tipo fixo, de grande porte como existe em refinarias, siderúrgicas integradas, ou de pequeno porte como em fornos de tratamento térmico. Ou, então, do tipo móvel ou transportável – instalado temporariamente apenas durante as ocasiões para purgas eventuais, conforme mostra a Fig. 2.

A instalação do flare transportável exige precauções similares a dos flares fixos, como pilotos com alimentação de gás independente, dispositivos contra retrocesso de chama e distâncias de segurança.

Concluindo, pode-se afirmar que a análise dos processos de purga com gases inertes torna-se mais completa quando se considera o triângulo de inflamabilidade. As estratégias de purga parcial, contornando-se o triângulo sem atravessá-lo, possibilitam a economia do gás inerte. Mas sempre deve ser considerada uma folga no trajeto de contorno como fator de segurança, pois as mistura gasosas nem sempre se comportam de forma homogênea em todo o volume considerado durante as purgas.