Carlos Henrique Francisco de Oliveira PETROBRAS S.A. Claudio Soligo Camerini PETROBRAS S.A.

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1 PIG INSTRUMENTADO da PETROBRÁS RESULTADOS e PERSPECTIVAS Carlos Henrique Francisco de Oliveira PETROBRAS S.A. Claudio Soligo Camerini PETROBRAS S.A. Trabalho apresentado no XXI Congresso Nacional de Ensaios Não Destrutivos, Salvador, agosto, As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do(s) autor(es).

2 SINOPSE Os pigs instrumentados têm sido largamente utilizados como uma das ferramentas básicas de avaliação da integridade de dutos. Este fato não é diferente na PETROBRÁS, onde o número de inspeções com pigs têm crescido continuamente nos últimos 10 anos. Até pouco tempo atrás, a PETROBRÁS só contava com os serviços de pigs instrumentados a partir de empresas estrangeiras. Em 1998, uma opção caseira foi viabilizada, com a utilização de tecnologia da própria PETROBRÁS, que através do seu Centro de Pesquisas - CENPES vem desenvolvendo pigs instrumentados há mais de 14 anos. Atualmente, o CENPES possui uma equipe para prestação de serviços de inspeção de dutos com pigs instrumentados magnéticos, atendendo as bitolas de 6 à 16 polegadas, certificada pela ISO 9002, tendo realizado à partir do ano de 2000, mais de 40 operações, num total de 850 quilômetros de dutos. Estes serviços tiveram grande contribuição nas campanhas de inspeções de alguns órgãos da companhia, gerando significativa economia para a empresa. 2

3 1. Introdução A PETROBRAS conta atualmente com uma malha de dutos na ordem de km, sendo que uma parcela destes dutos, nas unidades operacionais mais antigas, apresentam idade superior a 40 anos. Os códigos e práticas internacionais, recomendam a inspeção periódica dos dutos com pig instrumentado, para garantir a integridade estrutural do duto e a conseqüente manutenção operacional do mesmo, fornecendo dados para subsidiar as decisões quanto a necessidade de ações preventivas ou corretivas no duto, conforme a situação. A necessidade constante de utilização destes serviços, fornecidos inicialmente por empresas estrangeiras que cobram altos valores pelos serviços, conduziu a PETROBRAS, em 1992, através de seu Centro de Pesquisas (CENPES) por intermédio do Setor de Tecnologia de Materiais Equipamentos e Corrosão (TMEC) à iniciar projetos de pesquisas para capacitação e nacionalização da tecnologia de inspeção por pigs instrumentados. À partir destes projetos a PETROBRÁS desenvolveu pigs instrumentados magnéticos para atender às bitolas de 6 à 16. Estes pigs têm sido utilizados largamente nos dois últimos anos nas inspeções de dutos em diversas unidades da empresa, gerando uma economia significativa para a companhia. O objetivo deste trabalho é apresentar de forma resumida o histórico destes desenvolvimentos, das inspeções realizadas com os pigs instrumentados magnéticos, avaliação do estágio atual da tecnologia e tendências futuras. 2. Pig instrumentado magnético Princípio de Funcionamento Os pigs instrumentados magnéticos utilizam magnetismo como princípio físico de funcionamento. Um campo magnético é aplicado sobre a superfície de interesse, sensores colocados na parte central deste campo monitoram de forma contínua o fluxo magnético e detectam a fuga do magnetismo proveniente de descontinuidades volumétricas, especialmente devido à corrosão. Estes pigs normalmente se deslocam no interior dos dutos de forma autônoma, impulsionados pelo próprio fluido, sendo capazes de armazenar os registros da operação em curso para análise e avaliação posteriores. Os pigs são considerados de baixa resolução quando apresentam pequeno número de sensores, informando o resultado da inspeção de forma qualitativa, em percentuais ou níveis de corrosão (leve: 0-30%; moderada: 30-50% e severa: acima de 50%). Estes são considerados de alta resolução quando apresentam elevado número de sensores, permitindo com auxílio de softwares modernos, melhor caracterização e quantificação das descontinuidades. 3

4 3. Desenvolvimento 3.1. Histórico O desenvolvimento dos pigs (1) pelo CENPES, executado através do TMEC, foi efetuado em duas fases distintas. Na primeira fase foi iniciado em 1992, um projeto de pesquisas tendo como principais objetivos o desenvolvimento da base tecnológica utilizada nos pigs finalizando com a confecção de um protótipo de pig de baixa resolução para utilização em dutos de diâmetros 12 e 14. Este projeto foi encerrado em JAN 1995 com a conclusão da montagem e testes do primeiro protótipo do pig, montado para a bitola de 14. Nos testes finais executados no loop de testes no Terminal de Campos Elísios (DTSE) e em uma linha industrial do próprio DTSE os resultados obtidos foram considerados satisfatórios e promissores indicando para a continuidade do desenvolvimento. A figura 1 mostra detalhes deste pig. Figura 1 Foto do pig montado para 14 Uma segunda fase do desenvolvimento foi iniciada em Julho de 1995 com os objetivos de consolidar a tecnologia desenvolvida, tornando-a mais confiável, implementar as melhorias necessárias nos sistemas eletrônico e de software, as alterações necessárias no sistema mecânico para adaptação do protótipo para utilização em outras bitolas e capacitar a equipe para a execução das atividades correlacionadas de laboratório e campo. O projeto e confecção de um pig para diâmetro de 10, menor diâmetro possível após otimização da eletrônica (hardware), foi iniciado e completamente concluído em Agosto de

5 Como resultados positivos desta fase, destacam-se: A conclusão do desenvolvimento dos equipamentos para diâmetros de 10 e 12 adaptável para as bitolas de 14 e 16 com maior versatilidade e confiabilidade operacional. A realização de testes de campo em dutos em unidades operacionais da PETROBRÁS: Terminal Centro Sul - SP (DTCS), Terminal do Sul (DTSUL), Exploração & Produçaõ - BA (E&P-BA) e DTSE. Características construtivas dos pigs: Construção modular para passagem em curvas 3D (raio de curvatura = 3 x diâmetro) Sensores - Bobinas indutivas; Baterias de Niquel-Cádmio (recarregáveis); Odômetros digitais (2); Eletrônica embarcada padrão PC DX2/66. - Número de canais disponíveis: 32 - Freqüência: 512 Hz - Capacidade da armazenamento: HD 3,2 Gb Para o desenvolver os pigs para os diâmetros de 6 e 8, em função das dimensões reduzidas, novos projetos mecânico e eletrônico foram necessários. Inicialmente foram desenvolvidos o projeto mecânico das duas ferramentas e a redução dimensional dos sensores (bobinas) necessárias à nova montagem restando como desafio final, sob a responsabilidade do Centro de Telecomunicações (CETUC) da Pontifícia Universidade Católica RJ (PUC-RJ), o desenvolvimento do hardware nas dimensões compatíveis com as dimensões do respectivo vaso projetado para acondicionar a eletrônica do menor pig (6 ) à ser utilizada também no pig de 8. Para este novo hardware, novos softwares embarcados foram também desenvolvidos. A conclusão da fabricação, testes e início das operações em campo, destes pigs, ocorreram no ano de As características principais destas ferramentas são listadas abaixo: Construção modular possibilitando a passagem um curvas 3D; Sensores Bobinas indutivas de dimensões reduzidas; Baterias Alcalinas (descartáveis); Odômetros analógicos (2); Eletrônica padrão TDS. - Número de canais disponíveis: 40 - Freqüência: 333 Hz 3.2. Parceria A estratégia utilizada nos desenvolvimentos, seguindo uma tendência do setor, de trabalhos conjuntos com universidades e centros de pesquisas, o CENPES - TMEC contratou a PUC-CETUC para os desenvolvimentos de toda parte eletrônica, o software embarcado de aquisição, software de visualização e softwares para a análise de dados do pig, ficando a cargo do TMEC a coordenação geral do projeto e também 5

6 a responsabilidade pelo desenvolvimento dos projetos mecânico, da base magnética e de sensoriamento do pig. Esta parceria, iniciada em 1992, junto ao primeiro projeto do pig, se mantém até a presente data, sendo que no escopo atual consta, alem da continuidade dos novos projetos em desenvolvimento para modernizar as ferramentas existentes, a manutenção das partes eletrônicas (hardware e software) dos pigs em operação e na participação conjunta na execução das inspeções de campo. 4. Processo de prestação de serviços Os primeiros testes de campo com os pigs foram realizados no período de Jan./1995 à Out/1997 quando foram executadas inspeções em dutos do DTCS, DTSUL, DTSE e E&P-BA. A realização destes testes de campo somados aos conhecimentos adquiridos na realização de todas as atividades de laboratório relativas ao desenvolvimento dos pigs, conferiram suficiente capacitação á equipe e confiabilidade das ferramentas, para o inicio das atividades de inspeção de dutos com os pigs desenvolvidos pelo CENPES, objetivo principal do projeto. Para viabilizar a execução destes serviços, iniciados á partir de 1998, as seguintes implementações foram executadas: Elaboração de procedimentos para todas as etapas do processo; Construção de um laboratório específico para a montagem e manutenção dos pigs; Construção de um laboratório de eletrônica; Criação da área para análise dos dados; Redimensionamento da equipe com admissão de técnicos para as áreas de eletrônica e análise de dados; Treinamento de todo pessoal envolvido na atividade; Processo de certificação da atividade de prestação de serviços, baseado na norma ISO 9002, concluído em Mar Recursos humanos A equipe de prestação de serviços por pig é composta atualmente por: Engenheiro de Equipamentos (1) Coordenador geral dos desenvolvimentos; Técnico de Inspeção de Equipamentos (1) Coordenador dos serviços e atividades de campo; Técnico de mecânica (2) Análise dos dados; Técnico de eletrônica (2) Desenvolvimentos, manutenção e atividades de campo; Projetista mecânico (1) Desenvolvimentos e atividades de campo; Mecânico de manutenção (1) Manutenção e montagens; Equipe da PUC (flutuante) Desenvolvimentos e apoio nas atividades de campo. 6

7 Observa-se que os recursos humanos disponíveis, têm sido alterados continuamente, ao longo dos desenvolvimentos dos projetos processo de execução dos serviços de inspeções no campo, em função das diversas movimentações de pessoal ocorridas no período. Estes recursos foram utilizados para execução das duas atividades. A equipe para execução das inspeções no campo é composta no mínimo por dois Técnicos: Um Técnico do TMEC Responsável pela operação, montagem e manutenção do pig; Um técnico de eletrônica da PUC ou TMEC Para apoio e manutenção da eletrônica e softwares Serviços As etapas do processo de prestação de serviço com pig, são descritas abaixo. Para cada uma das fases listadas, existe um procedimento específico a ser seguido, gerando o seu respectivo registro. Estes registros são armazenados em meio eletrônico, todos indexados pelo número do serviço técnico correspondente. Este fato possibilita a manutenção de um histórico dos serviços e, se necessário, a rastreabilidade do processo. Solicitação do serviço Efetuado formalmente pelo cliente ao TMEC, adicionado ao envio de relatório da tubulação; Análise critica O TMEC analisa o relatório verificando se as condições informadas permitem que a solicitação seja aceita. Se a avaliação for positiva, um serviço técnico é aberto para acompanhamento de todo o processo. Se for negativa, o TMEC solicita as alterações necessárias ao cliente; Programação do serviço - O TMEC faz programação prévia para a execução da inspeção de acordo com a disponibilidade de recursos, comunicando posteriormente ao cliente para o aval deste. Nesta fase é também informado ao cliente as condições mínimas necessárias para a execução da inspeção; Condicionamento do duto - Nesta fase são efetuadas, quando necessário, a limpeza e calibração do duto à ser inspecionado. A condição de limpeza interna do duto normalmente determina o sucesso da operação, uma vez que, os sensores do pig funcionam em contato direto com a superfície interna do duto. Como os pigs normalmente suportam pequenas restrições de diâmetro, a verificação da geometria interna do duto é necessária para garantir condições de deslocamento seguro do pig durante a corrida. Estas atividades são, neste caso, efetuadas pelo setor solicitante; Execução da corrida - Nesta etapa, são executadas, nas dependências do órgão solicitante, as definições e verificações finais para a execução da inspeção, a corrida, a transferência dos dados, a desmobilização e envio do pig ao CENPES ou outro órgão; Análise dos dados - Efetuada nas dependências do TMEC, onde os dados coletados são devidamente tratados e analisados para a emissão do relatório da inspeção; Correlação É a verificação, pelo cliente, da veracidade das informações; Avaliação do serviço O Cliente avalia através de relatório próprio a qualidade do serviço prestado, encerrando o processo. 7

8 A tabela a seguir apresenta um resumo dos serviços técnicos executados pelo TMEC para inspeções de dutos à partir de PIG MAGNÉTICO - HISTÓRICO Dados do duto Dados da corrida Denominação Orgão Diam. Extensão Data Fluido 2000 Osvol DTSE 10" 58km Exe. 12/01/2000 Gasolina RP-A/ET-B E&P-RNCE 12" 7,3km Exe. 19/04/2000 Petróleo R-9 DTCS 10" 2,1km Exe. 10/05/2000 Gás natural Camboatá/S. Sebastião E&P-BA 8" 30km Exe. 31/05/2000 Exe. 20/06/2000 Água Água Itaparica/Aratu E&P-BA 8" 14km Exe. 03/06/2000 Gás natural D. João/S. Paulo E&P-BA 8" 9km Petróleo Araças/Recife E&P-BA 12" 37km Exe. Set/2000 Petróleo Exe. dez./2000 Gás natural Liv/Gmr E&P-RNCE 10" 142km Exe. abril/2001 Gás natural Exe. 10/07/2001 Gás natural Emc-j/Ap-a E&P-RNCE 8" 8,2km Exe.30/08/2000 Petróleo Rfq/Liv E&P-RNCE 8" 30km Exe. Out/2000 Gás natural NH FAFEN-BA 6 29,7km Exe. nov/2000 Amônia 8 GLP DTSE 8 18,4km Exe. 27/12/2000 GLP Exe. 08/01/2001 GLP 2001 Liv-Lorena E&P-RNCE 10 11km Exe. abril/01 Óleo AP A/CAM CEN E&P - RNCE 13 3/8 14Km Exe. 07/07/01 Petróleo CAM B/CAM CEN E&P - RNCE 13 3/8 5 Km Exe. 06/07/01 Petróleo EMISSARIO EFLUENTES FAFEN-SE 10 30,35km Exe. 05/10/01 Água EST. S. PAULO/RLAM E&P - BA 8 4 Km Exe. 06/07/01 Óleo EST. S. PAULO/RLAM E&P - BA 12 4Km Exe.out/01 Óleo CX UPGN S E&P - BA 8 15 Km Exe 20/06/01 Exe. 05/07/01 Carmo-Almeida/São Exe. 06/01 Petróleo E&P-BA 8 5 Km Sebastião Exe. 09/07/01 Petróleo OPASC Transpetro Diesel Km Exe. 20/07/01 DTSUL marítimo Ornit 6 Transpetro 6 13,8 Km Exe. 26/09/01 LCO Orsul 6 Transpetro 6 24,1 Km Exe. 24/09/01 GLP ETJ / ETB UN-RNCE 12 6,2 Km Exe. 12/09/01 Petróleo ET-C / ET-A UN-RNCE 8 3,5 Km Exe. 13/09/01 Petróleo ET-R / ET-A UN-RNCE 8 3 Km Exe. 13/09/01 Petróleo 2002 UPGN C/Santana E&P/BA 6" 14Km Exe. 17/01/02 Gás UPGN C Camaçari E&P - BA Km Exe. 15/02/02 Gás UPGN S Camaçari E&P - BA Km Exe. 21/02/02 Gás Aratu/Camaçari E&P/BA 10" 19Km Exe.mar./2002 Gás IMT 3-RUC 4 E&P - BSOL 14 36,3Km Exe. abril/2002 Gás Gás Gás 8

9 4.3. Discussão dos resultados O volume de operações realizadas no período de Janeiro de 2000 à Abril de 2002 (vide histórico acima) onde foram efetuadas inspeções em 29 dutos correspondendo a 47 operações de campo, aproximadamente 850 Km de dutos proporcionou uma economia para a empresa, através da utilização dos pigs do CENPES, estimada em US$ ,00 ( 850Km x US$ 2.000,00 preço médio por Km cobrado por operadoras estrangeiras). A versatilidade dos pigs que foram utilizados para inspeção em dutos de transporte de produtos diversos como: Petróleo, gasolina, água, GLP, gás natural, etc., onde foram necessárias algumas adaptações às condições operacionais, obtendo-se bom desempenho nas operações de maior complexidade como por exemplo, nas inspeções de oleodutos com alto teor de parafina onde as condições de limpeza são importantíssimas e também nos gasodutos onde as altas velocidades presentes, normalmente de difícil controle, expõe os componentes eletrônicos dos pigs, à limites excessivos de vibração. A execução das atividades de prestação de serviços de inspeção de dutos com pig, de acordo com os procedimentos do sistema ISO, onde são executados registros para cada etapa efetuada, contribuíram alem da manutenção da certificação em Março de 2002, para a formação de um cadastro de informações que serviram como base para a continuidade dos desenvolvimentos. 5. Estágio atual dos desenvolvimentos A utilização freqüente dos pigs nas inspeções de campo, evidenciou a necessidade da continuidade do desenvolvimento dos projetos; de melhorias no hardware e software que foram, gradativamente, sendo incorporadas ao produto no decorrer do processo. Descrevem-se abaixo as melhorias efetuadas que merecem destaque. Projeto de sensores (suporte e bobina) de dimensões reduzidas em ralação aos utilizados inicialmente, viabilizou a montagem dos pigs de 6 e 8, e também da substituição dos sensores dos pigs de 10 e maiores, possibilitando a obtenção de maior densidade de sensores na montagem. Esta nova configuração permite uma melhor caracterização dos defeitos; Utilização de baterias alcalinas (descartáveis) de fácil aquisição e reposição em substituição às baterias de Níquel-Cádmio (recarregáveis); Revisão do projeto mecânico dos odômetros para conferir maior rigidez e substituição do reed-switch (sinal digital - pulsos) pela utilização de elementos hall (sinal analógico- onda senoidal) para redução do erro; Projeto para capacitação tecnológica para a utilização de sensores tipo hall, seguindo a tendência de substituição das bobinas, conduzido pelo departamento de física da PUC-RJ onde, uma unidade experimental foi construída, permitindo a simulação das condições operacionais (defeitos, magnetização, deslocamentos, etc) do pig. Os resultados dos testes já executados apresentaram resultados promissores. Este fato certamente possibilitará, em futuro próximo, a montagem do pig de alta resolução. 9

10 Como os sensores hall efetuam medida absoluta do campo magnético independente da velocidade, eles têm sido utilizados em pigs especiais onde a detecção da corrosão interna é o principal objetivo; A utilização de modernos componentes na eletrônica embarcada (padrão PC-104) aliados à nova versão do software de aquisição de dados conferiram grande versatilidade ao conjunto, que atualmente admite configurações distintas, onde itens como ganho, número de canais e tipo de sensores (bobina ou de efeito hall), podem ser alterados de acordo com a aplicação. As características da eletrônica embarcada na versão atual: Eletrônica tipo PC-104 / MHz Número de canais disponíveis 340 (dependente da configuração) Freqüência 512 Hz Capacidade da armazenamento HD 20 Gb 6. Perspectivas 6.1. Licenciamento A atividade de prestação de serviços por pig foi criada inicialmente para a implantação da tecnologia desenvolvida, através da utilização dos pigs nas inspeções de dutos na companhia, objetivo principal do projeto. A grande utilização dos pigs nos últimos anos confirmaram o sucesso do desenvolvimento e da atividade de prestação de serviço, que no estágio atual, já se caracteriza como atividade de rotina, fato este que discorda dos objetivos maiores de um Centro de Pesquisas. Dessa forma, seguindo modelo anterior, objetivando também na focalização dos recursos para atividades consideradas prioritárias, a PETROBRÁS - CENPES está conduzindo um processo de licenciamento da Tecnologia de inspeção por pig à uma empresa brasileira. Desta forma, a PETROBRÀS terá como benefícios o recebimento de royalties e também poderá em breve, contar estes serviços à partir de uma empresa brasileira, aumentando a concorrência na oferta dos serviços e diminuindo os custos das inspeções Outros projetos Pig para inspeção de Risers e Linhas Especiais : Com o objetivo de inspecionar linhas convencionalmente não pigáveis, está sendo desenvolvido no TMEC, o projeto de um pig tracionador. Este pig é dotado basicamente de duas unidades, sendo a primeira o módulo tracionador e a segunda o módulo de inspeção. O módulo tracionador funcionará como um pequeno trator que permitirá ao módulo de inspeção atingir regiões de difícil acesso, vencendo curvas e deslocando-se na vertical tanto quanto na horizontal, operando ainda em condições não convencionais. As características do módulo de inspeção dependerá do método de inspeção que se deseje utilizar. O pig tracionador é dotado de motor elétrico e é alimentado via umbilical, pelo qual também é feito seu controle e transmissão de dados da inspeção, permitindo uma análise "on-line". 10

11 Magus Pig Magus é também um pig para linhas convencionalmente não pigáveis. É dotado de sensores magnéticos do tipo proximidade (efeito hall), assim como sensores de ultra-som, daí a origem de seu nome, pig magnético e ultra-sônico. No projeto atual, os sensores estão montados para permitir a inspeção da geratriz inferior de dutos de 42 abrangendo um arco de aproximadamente 500mm com os sensores magnéticos e, 175mm para os sensores de ultra-som. A montagem sobre rolamentos e um sistema de pêndulo mantém os sensores sempre na geratriz inferior, quaisquer que sejam as solicitações impostas ao conjunto. O Magus é facilmente adaptável à grandes diâmetros e pode ser utilizado de forma autônoma ou com um cabo umbilical. Flex-pig O duto que liga a plataforma de Cherne 1 ao ponto A (PCE1-24 ) na bacia de Campos, tem em seu percurso, severas restrições causadas pelo desalinhamento de acessórios, já comprovados através da inspeção com pig geométrico. Existe grande expectativa de existência de corrosão interna no duto. Sendo o Flex-pig é o único pig que não sofre danos ao percorrer este duto, uma adaptação especial esta sendo efetuada para instrumentação de um Flex-pig para a inspeção deste duto. Sensores de proximidade, tipo hall, são montados em 50 sapatas, numa coroa que está fixa ao redor do corpo do Flex-pig com o menor espaçamento possível enquanto que os vasos da eletrônica e baterias são montados internamente ao corpo deste. Esta será uma inspeção pioneira e seu sucesso certamente abrirá o caminho para outras aplicações similares. 7. Conclusões Os níveis de confiabilidade e desempenho alcançados pela tecnologia de pigs desenvolvidos pelo CENPES, confirmados com as inspeções de dutos executadas, credenciam os pigs, como uma alternativa viável, no processo de inspeção de dutos PETROBRÁS, muitas vezes, substituindo com sucesso, às ferramentas estrangeiras, podendo serem utilizados por exemplo, em inspeção de dutos menos prioritários ou mesmo novos. A continuidade de desenvolvimento de novos sensores e eletrônica, certamente possibilitarão em futuro próximo, a construção de um pig de alta resolução. Logo, deve ser continuada independentemente da estratégia à ser seguida pela PETROBRÀS. 8. Referências Bibliográficas. (1) Camerini, C.S., Santana, A.C.C.M., Oliveira, C.H.F. Desenvolvimento do Pig Magnético 16 ª Mesa Redonda, CENPES PETROBRÁS, Dezembro,

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