A decisão do forro: Trinta anos combinando plástico com veneno

Você já viu o que o gás ácido faz com o aço carbono? Eu tenho. Não é bonito. O aço não enferruja como no ar. Ele racha. De dentro para fora. Pequenas linhas que você não consegue ver até o dia em que chegam lá fora e tudo para bem rápido.

Comecei neste negócio em 1994, recém-saído da escola de metalurgia, trabalhando para um fabricante de tubos em Ohio. Minha primeira semana de trabalho, eles me levaram para ver um fracasso. Linha de aço carbono de doze polegadas, transportando água produzida de um poço de xisto. Três anos de serviço. O fundo do cano parecia uma esponja. Buracos por toda parte. A operadora perdeu um quarto de milhão de dólares em tempo de inatividade.

Foi quando eu aprendi: o aço é forte, mas o aço é estúpido. Não sabe como se proteger. Você tem que protegê-lo.

Isso é o que os forros fazem. Eles são o sistema imunológico do seu cachimbo.

---

O problema: O que você está realmente bombeando?

Antes de escolher um forro, você precisa responder a uma pergunta. Não é o que está na folha de especificações. O que realmente está no cano?

Eu trabalhei no Oriente Médio, 2008. O cliente disse “gás ácido, 2% H2S, seco.” Recomendamos PTFE. Instalado trinta quilômetros. Seis meses depois, falhas. Muitos deles.

Acontece que, não estava seco. A água estava condensando nos pontos baixos. O H2S dissolvido naquela água. Feito ácido sulfúrico. Não é forte, mas forte o suficiente. E o PTFE? Estava tudo bem. Mas o anel de apoio não foi selado corretamente. O ácido ficou atrás do forro. Corroeu o aço de fora para dentro, se isso faz sentido. O forro ficou perfeito. O cano era lixo.

Essa é a questão dos forros. Eles só funcionam se todo o resto funcionar também.

Mesa 1: Meios corrosivos comuns e seus mecanismos

A química importa. A temperatura importa. A pressão importa. A taxa de fluxo é importante. Tudo importa.

---

A família do forro: Quem é quem no mundo do plástico

Deixe-me apresentar você aos jogadores. Eu trabalhei com todos eles. Gostei de alguns. Odiava os outros. Aprendi com todos.

PTFE: O Velho Rei

Politetrafluoretileno. Teflon para a maioria das pessoas. O avô dos plásticos de alto desempenho.

No que é bom: Quase tudo. Quimicamente inerte até cerca de 260°C. Nada gruda nisso. Coeficiente de atrito tão baixo que você dificilmente consegue medi-lo.

No que é ruim: Preço. Fluxo frio. Permeação.

Fórmula 1: Taxa de permeação (Primeira Lei de Fick)

$J=-d\times \frac{dC}{dX}$

J=-d×dXdC​

onde:

• $J$

  J = Fluxo de permeação

• $d$

  d = Coeficiente de difusão

• $dC\mathrm{/}dX$

  dC/dX = Gradiente de concentração

PTFE tem D relativamente alto para moléculas pequenas. hidrogênio, vapor de água, gases leves. Eles passam direto. Não rápido, mas rápido o suficiente.

Eu vi isso em uma linha de cloro no Texas. Tubo de aço revestido com PTFE, dez anos, funcionando bem. Então eles mudaram o processo. Pressão mais alta. De repente, cloro estava permeando através do revestimento, atacando o aço por trás dele. O forro parecia perfeito. O cano estava falhando de fora para dentro.

Nós consertamos isso ventilando o anel. Perfurou pequenos furos no aço para permitir que o gás permeado escapasse. Funcionou bem depois disso.

Mesa 2: Desempenho de PTFE por meio

PFA: A atualização

Perfluoroalcóxi. Pense nisso como o PTFE mais jovem, primo mais flexível. Mesma resistência química. Melhores propriedades mecânicas.

O que há de diferente: PFA pode ser processado por fusão. Isso significa melhores soldas, superfícies mais lisas, menos porosidade. Ele também suporta temperaturas mais altas brevemente, embora a classificação contínua seja semelhante.

A captura: Custa mais. Sobre 20-30% mais que PTFE. Às vezes vale a pena, às vezes não.

Usei PFA em um trabalho no Mar do Norte. Gás de alta pressão, condensado, algum H2S, um pouco de água. O cliente queria o melhor. Forros PFA, anel ventilado, portas de monitoramento. Custou uma fortuna. Mas essa linha funciona há quinze anos sem nenhum problema. Às vezes você recebe o que pagou.

PP: O burro de carga

Polipropileno. Barato. Alegre. Faz o trabalho em muitos lugares.

Limite de temperatura: 80-90° C. É isso. Acima disso, fica macio. Acima de 100°C, é inútil.

Resistência química: Bom para ácidos e bases em temperaturas moderadas. Não é bom para oxidantes fortes. Não é bom para hidrocarbonetos – eles fazem inchar.

Fórmula 2: Taxa de inchaço

$S\mathrm{\%}=\frac{V_{SWÓLLEn}-V_{ÓR\mathrm{EU}G\mathrm{EU}nAL}}{V_{ÓR\mathrm{EU}G\mathrm{EU}nAL}}\times 100$

S%=VouEUGentãoL​VSWÓtudoEn​-VouEUGentãoL​​×100

Se S% > 10%, você tem um problema. O forro se expande, fivelas, bloqueia seu cano.

Eu vi isso em uma linha de água produzida no Permiano. Forro PP, 80°C água, algum transporte de petróleo. Depois de dois anos, o forro estava inchado 15%. Parecia uma cobra que engoliu uma cabra. Solavancos em todos os lugares. Fluxo reduzido pela metade. Tive que substituir toda a linha por PE.

PE: A data barata

polietileno. Ainda mais barato que PP. Usado para água, águas residuais, Produtos químicos leves.

Limite de temperatura: 60°C para HDPE. 80°C para PEX (reticulado). Acima disso, Não.

Resistência química: Bom para ácidos e bases em baixa temperatura. Não é nada bom para hidrocarbonetos. Eles transformarão o HDPE em um gel.

A vantagem: Preço. e resistência. PE é quase impossível de quebrar. Você pode vencer, largue isso, arraste-o por uma vala, e ainda funcionará.

Usei PE para uma linha de rejeitos no Canadá. 40° C, ácido suave, muitos sólidos. O forro PE durou doze anos. Substituí pela mesma coisa. Às vezes barato é inteligente.

borracha: A velha escola

Borracha natural, neoprene, butilo, EPDM, nitrila. Borrachas diferentes para trabalhos diferentes.

O que a borracha faz bem: Resistência à abrasão. Flexibilidade. Selagem. Amortecimento.

O que a borracha não faz bem: alta temperatura. ácidos fortes. Orgânicos.

Mesa 3: Seleção de forro de borracha

Especifiquei borracha butílica para uma linha de ácido fosfórico na Flórida. 80° C, 40% ácido, alguns sólidos. A borracha durou oito anos. Quando nós puxamos, o forro ainda era flexível. O aço por trás dele era perfeito. Isso é uma vitória.

Revestimentos Epóxi: A opção fina

Não é realmente um forro. Mais uma tinta grossa. 0.5mm a 2 mm de espessura, geralmente.

Onde funciona: Produtos químicos leves, baixa temperatura, sem abrasão. Pense em água potável, águas residuais suaves, exposição atmosférica.

Onde falha: alta temperatura, ácidos fortes, flexão, abrasão, vazio.

Fórmula 3: Vida útil do revestimento (Minha regra prática)

$L=\frac{T}{K\times C\times T}$

L=K×C×TT​

onde:

• $L$

  L = Vida útil em anos

• $T$

  T = Espessura do revestimento (mm)

• $K$

  K = Constante (0.1 para epóxi)

• $C$

  C = Fator de concentração química

• $T$

  T = Fator de temperatura

Para um epóxi de 1mm em 10% H2SO4 a 40°C:

$L=1\mathrm{/}(0.1\times 2\times 1.5)=3.3$

L=1/(0.1×2×1.5)=3.3 anos. Não é ótimo.

Vi um revestimento de epóxi falhar em seis meses em um serviço de ácido clorídrico. A especificação dizia que deveria durar cinco anos. Alguém esqueceu de contar ao ácido.

---

A Matriz de Seleção: O que vai para onde

Depois de trinta anos, aqui está minha folha de dicas. Não está em nenhum livro didático. É exatamente o que funciona.

Mesa 4: Seleção de revestimento por serviço

Aqui está a coisa sobre esta mesa: é um ponto de partida, não é um ponto final. Cada trabalho é diferente. Cada fluido é diferente. Cada ciclo de temperatura é diferente.

---

Os modos de falha: Como os forros morrem

Já vi revestimentos falharem de mais maneiras do que posso contar. Aqui estão os maiores sucessos.

Permeação

O gás passa pelo forro, ataca o aço por trás. O forro parece perfeito. O cano é um lixo.

Como consertar: Ventile o anel. Faça furos no aço. Deixe o gás escapar. Monitore a pressão no sistema de ventilação. Se você ver pressão, você tem permeação. Se você ver líquido, você tem um vazamento.

Fórmula 4: Requisito de ventilação do anel

$A_{VEnT}=\frac{Q\times L}{P\times V}$

AVEnT​=P×VQ×L​

onde:

• $A_{VEnT}$

  AVEnT​ = Área de ventilação necessária

• $Q$

  Q = Taxa de permeação

• $L$

  L = Comprimento do tubo

• $P$

  P = Contrapressão permitida

• $V$

  V = Velocidade do gás

Projetei um sistema de ventilação para uma linha de gás ácido em Alberta. 20 quilômetros, 12-Polegadas, Tubo de aço revestido com PTFE. Calculamos a taxa de permeação, aberturas dimensionadas de acordo. Vinte anos depois, ainda trabalhando.

Colapso

Vácuo no tubo de aço revestido. O forro suga para dentro. Fluxo de blocos.

Fórmula 5: Pressão Crítica de Colapso

$P_C=\frac{2E}{1-n^2}\times {\left(\frac{T}{d}\right)}^3$

PC​=1-n22E​×(dT​)3

onde:

• $P_C$

  PC​ = Pressão de colapso

• $E$

  E = Módulo de elasticidade

• $n$

  n = Razão de Poisson

• $T$

  T = espessura do revestimento

• $d$

  d = Diâmetro do revestimento

Os revestimentos finos desmoronam facilmente. Os revestimentos grossos colapsam com mais força.

Eu vi isso em uma linha de injeção de ácido na Louisiana. As bombas desligaram repentinamente. Vácuo formado. O revestimento PP desabou como uma lata de refrigerante pisada. Custa uma fortuna para substituir.

Como consertar: Use forros mais grossos. Instale disjuntores a vácuo. Projete o sistema para que isso não aconteça.

Expansão térmica

O tubo esquenta. O aço se expande. Liner se expande mais. Fivelas de forro.

Fórmula 6: Diferença de expansão térmica

$\mathrm{d}L=({\mathrm{um}}_{L\mathrm{EU}nER}-{\mathrm{um}}_{STEEL})\times L\times \mathrm{d}T$

dL=(umLnoé​-umSTsimL​)×L×dT

O PTFE expande cerca de dez vezes mais que o aço. Aqueça 100°C, e uma seção de 10 metros cresce 15mm a mais que o aço. Para onde vai esse comprimento extra? Ele fivela.

Como consertar: Cole o forro. Ou projete loops de expansão. Ou opere dentro de uma faixa estreita de temperatura.

Ataque Químico

Forro errado para o trabalho. Ele se dissolve, incha, rachaduras, ou suaviza.

Mesa 5: Avisos de compatibilidade química

Eu especifiquei PP para uma linha de benzeno uma vez. Grande erro. O benzeno a 50°C inchou o PP como uma esponja. Tive que substituir por PTFE. Me custou um cliente.

---

Os estudos de caso: Empregos reais, Lições reais

Deixe-me explicar três trabalhos. Cada um me ensinou algo.

Caso 1: A linha de gás ácido que quase nos matou

Localização: Alberta Ocidental, 2010
Serviço: gás natural, 5% H2S, 2% CO2, rastrear água
temperatura: 40-60° C
Pressão: 1200 libras por polegada quadrada
Comprimento: 15 quilômetros
Diâmetro: 10-Polegadas

A Escolha: Revestimento PTFE, 3mm de espessura, anel ventilado.

O que deu certo: O PTFE lidou perfeitamente com o H2S. Sem corrosão. Sem problemas de permeação. As aberturas nunca mostraram pressão.

O que deu errado: Durante um desligamento, a linha esfriou rápido. O PTFE contraiu mais que o aço. Nas flanges, o revestimento foi puxado para trás da face de vedação. Quando eles reiniciaram, o gás ficou atrás do revestimento no flange. Pressurizou o anel. Explodiu a ventilação.

A correção: Redesenhamos as conexões de flange. Adicionado um mecanismo de travamento que mantinha o revestimento no lugar independentemente da temperatura. Custo extra, mas funcionou.

O que eu aprendi: Os ciclos de temperatura são mais importantes do que a temperatura constante. Sempre projete para o pior caso.

Caso 2: A linha de ácido que durou dois meses

Localização: Luisiana, 2015
Serviço: 30% Hcl, alguns orgânicos
temperatura: 70° C
Pressão: 150 libras por polegada quadrada
Comprimento: 500 metros
Diâmetro: 6-Polegadas

A Escolha: Forro PP, 4mm de espessura. Alguém pensou que economizaria dinheiro.

O que deu errado: Tudo. O PP não foi classificado para HCl a 70°C. Nós dissemos a eles. Eles não ouviram. Depois de dois meses, o forro estava quebradiço. Rachaduras por toda parte. O ácido atingiu o aço. Pinhole vaza em seis lugares.

A correção: Substitua por PTFE. Custa três vezes o que custaria o trabalho original.

O que eu aprendi: Barato é caro. Sempre.

Caso 3: A linha de lama que não morreria

Localização: Nevada, 2018
Serviço: Rejeitos de mineração de ouro, 30% sólidos, PH 2-3
temperatura: 30-40° C
Pressão: Atmosférico
Comprimento: 3 quilômetros
Diâmetro: 8-Polegadas

A Escolha: Borracha natural, 6mm de espessura.

O que deu certo: A borracha absorveu a abrasão como um campeão. Depois de cinco anos, medimos a perda da parede. Menos de 1mm. O aço por trás dele era perfeito.

O que deu errado: Nada. Essa linha ainda está funcionando.

O que eu aprendi: Às vezes, os métodos antigos são os melhores. A borracha existe desde sempre por uma razão.

---

As novidades: Para onde estamos indo

Revestimentos condutores

A eletricidade estática se acumula em tubos de plástico. Pode causar faíscas. Em serviço inflamável, isso é ruim.

Novos revestimentos possuem negro de fumo ou outros enchimentos condutores. Eles dissipam a estática. Seguro para hidrocarbonetos.

Forros de camada dupla

Dois plásticos diferentes, coextrudado. A camada interna é resistente a produtos químicos. A camada externa se liga ao aço. O melhor dos dois mundos.

Eu vi uma demonstração disso em uma feira no ano passado. PTFE interno, exterior PE modificado. Resistência de união três vezes maior que o padrão. Coisas interessantes.

Forros inteligentes

Sensores de fibra óptica embutidos no revestimento. Eles medem a temperatura, variedade, mesmo presença química. Monitoramento em tempo real da saúde do liner.

Caro agora. Será padrão em dez anos.

Mesa 6: Tecnologias emergentes de revestimento

---

O Processo de Decisão: O que eu realmente faço

Depois de trinta anos, aqui está meu processo. Não é complicado.

Etapa 1: Obtenha os dados reais

Não é a folha de especificações. Os dados reais. O que há no tubo de aço revestido? A que temperatura? Com que pressão? Por quanto tempo? Qualquer transtorno? Quaisquer desligamentos? Quaisquer ciclos de limpeza?

Etapa 2: Elimine os nãos óbvios

Temperatura muito alta para PP? Eliminar. Hidrocarbonetos presentes? Elimine a borracha (exceto nitrila). Oxidante forte? Elimine tudo, exceto PTFE/PFA.

Etapa 3: Faça uma lista dos possíveis

Você geralmente acaba com duas ou três opções. PTFE para as coisas difíceis. PP para as coisas fáceis. Borracha para abrasão.

Etapa 4: Considere o sistema

Quanto tempo dura o tubo? Quantos acessórios? Quantos flanges? Tubos longos favorecem revestimentos mais baratos. Muitos acessórios favorecem revestimentos mais flexíveis.

Etapa 5: Pense no fracasso

Se este forro falhar, O que acontece? Um vazamento pinhole? Uma ruptura catastrófica? Quão ruim é a consequência? Consequências ruins justificam transatlânticos caros.

Etapa 6: Faça a chamada

Então você escolhe. E espero que você esteja certo.

---

Mesa 7: Meu cartão de referência rápida

✅ = Bom, ⚠️ = Cuidado, ❌ = Não

---

O que digo aos jovens engenheiros

Um jovem engenheiro me perguntou uma vez: “Como posso saber qual forro escolher?”

Eu disse: “Você não. Na verdade. Você faz seu melhor palpite com base nos dados que possui. Então você assiste como um falcão. E quando falha – porque algo sempre falha – você aprende com isso.”

Ele parecia desapontado. Queria uma fórmula, Eu penso. Uma árvore de decisão. Uma resposta garantida.

Não há um.

Há apenas experiência. E dados. E prestando atenção. E ser humilde o suficiente para admitir quando você está errado.

Aquela linha de gás ácido em Alberta? Aquele com o problema do flange? Nós consertamos. Mas eu ainda penso sobre isso. Ainda me pergunto o que mais eu perdi.

Esse é o trabalho. Você nunca para de aprender. Você nunca para de se preocupar. Você simplesmente fica melhor em saber com o que se preocupar.