AVALIAÇÃO DE DESCONTINUIDADE TIPO TRINCA DETECTADA NO VASO DE NITROGÊNIO

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Afonso Botelho Canela
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1 AVALIAÇÃO DE DESCONTINUIDADE TIPO TRINCA DETECTADA NO VASO DE NITROGÊNIO Controle de revisões Rev Descrição Verificação Aprovação Data RESPONSÁVEIS TÉCNICOS Preparação e verificação Aprovação ART n 0

2 1. OBJETIVO Este relatório tem por objetivo avaliar a possibilidade de continuidade operacional do Tanque de Armazenamento de Nitrogênio, instalado no XXXX. 2. DOCUMENTOS TÉCNICOS APLICÁVEIS PR-EN-001/05 - Planejamento e realização do serviço PR-EN-003/05 - Preparação de superfície para realização de inspeção, ensaios e testes PR-EN-016/05 - Realização de Líquidos penetrantes PR-EN-017/05 - Medição de espessura por ultra som - Abaixo de 60 o C. PR-EN-009/05 - Inspeção em estruturas metálicas API Seção IX ASSESSMENT OF CRACK-LIKE FLAWS 3. IDENTIFICAÇÃO DO VASO DE PRESSÃO Nome: Tanque de Nitrogênio; Nº: XXXXX Categoria NR-13: I Data da última inspeção/evento: XXXX A Figura 1 ilustra as principais cotas do equipamento.

- Realização de Líquidos penetrantes PR-EN-017/05 - Medição de espessura por ultra som - Abaixo de 60 o C.

3 Figura 1 - Detalhe das principais cotas do Tanque de Nitrogênio 4. IDENTIFICAÇÃO E DIMENSIONAMENTO DA TRINCA A trinca foi detectada durante a realização da Inspeção Técnica de Segurança Periódica em 21/08/2008, conforme Figura 1. O comprimento foi definido pelo Ensaio de Partículas Magnéticas (Figura 3 e Figura 4), porém, no dimensionamento da profundidade o ultra-som não obteve sucesso, levando a cogitar a hipótese que a mesma está no máximo a 3 mm de profundidade (região onde o US é limitado) Figura 2 - Visão geral do posicionamento da trinca no vaso

4 7 mm Figura 3 - Dimensionamento do comprimento da Trinca Figura 4 - Localização da trinca do Vaso A solução de cálculo, através da API 579, foi utilizada com objetivo de permitir a parada programada do Tanque de Nitrogênio para reparo. Foi utilizada abordagem conservadora neste cálculo, utilizando profundidade máxima de 3 mm para trinca em questão, pois além desta profundidade haveria sinal na técnica de ultrassom (US). 5. METODOLOGIA DE CÁLCULO 5.1. DADOS DO EQUIPAMENTO Pressão de Projeto: 42,0 kgf/cm²) Temperatura de Projeto: 40 C Eficiência de junta: 1,0

Foi utilizada abordagem conservadora neste cálculo, utilizando profundidade máxima de 3 mm para trinca em questão, pois além desta profundidade

5 Local da descontinuidade: no cordão de solda circunferencial Superfície de localização: Externa Tipo de Descontinuidade: Trinca transversal Orientação da descontinuidade: perpendicular ao cordão da solda Comprimento da solda (2c): 7 mm Profundidade da descontinuidade da superfície externa: 3,0 mm Tratamento Térmico: sim Código de Projeto: ASME Seção VIII, Div. 1 Especificação do material; SA 515 Gr. 70 Espessura do vaso: 31,5 mm Método de Inspeção para determinação do comprimento: Partículas magnéticas. Método de Inspeção para determinação da profundidade: Ultra-som 5.2. DADOS DA INSPEÇÃO Foi detectada uma descontinuidade localizada no reforço da solda circunferencial próxima na superfície externa do componente. Para efeito da avaliação considere-se somente a maior descontinuidade sendo esta a mais critica AVALIAÇÃO NÍVEL I (PARÁGRAFO 9.4.2) PASSO 1 DEFINIÇÃO DAS CONDIÇÕES DA AVALIAÇÃO Temperatura do componente no momento da pressurização, T: 25 C Pressão: 42 kgf/cm² PASSO 2 DIMENSÕES DA DESCONTINUIDADE Profundidade da descontinuidade, a: 3 mm Comprimento da descontinuidade, 2c: 7 mm

1 Especificação do material; SA 515 Gr. 70 Espessura do vaso: 31,5 mm Método de Inspeção para determinação do comprimento: Partículas magnéticas.

6 PASSO 3 ESCOLHA DA FIGURA PARA ACEITAÇÃO DA DESCONTINUIDADE Direção da Figura Componente Tipo de Junta Descontinuidade Escolhida Cilíndrico Circunferencial Perpendicular à junta Figura PASSO 4 ESCOLHA DA CURVA PARA AVALIAÇÃO Localização da descontinuidade: na solda Profundidade máxima: 3,0 mm Espessura do componente: 31,5 mm Profundidade máxima permitida: 6,35 mm Há evidencia de tratamento térmico pós-soldagem => Usa 1-t(linha tracejada) Curva B PASSO 5 DETERMINE A TEMPERATURA DE REFERENCIA Da tabela 3.3 para ASTM A 515 Gr.70 => Curva A 24

PASSO 4 ESCOLHA DA CURVA PARA AVALIAÇÃO Localização da descontinuidade: na solda Profundidade máxima: 3,0 mm Espessura do componente: 31,5 mm

7 Da Figura 3.3 para t= 31,5 => T ref = 24 C PASSO 6 DETERMINAR O COMPRIMENTO MÁXIMO DA DESCONTINUIDADE Temperatura para entrada na figura 9.16, (T-Tref+55,6 C) (T-Tref+55,6) =( ,6)=56,6 C Da figura verificamos que o comprimento máximo permitido é de 10 mm.

8 PASSO 7 RESULTADOS Profundidade limitante: 6,35 mm (Atual: 3,0mm) => Aprovado Comprimento máximo permitida: 10 mm (Atual: 7,0mm) => Aprovado 5.4. AVALIAÇÃO NÍVEL II (PARÁGRAFO 9.4.3) Probabilidade de categoria de falha (p f ): 10-3 Coeficiente de variação de Carga: 0,1 Fator de Segurança Parcial Cargas: 1,5 Fator de Segurança Parcial Resistência de fratura: 1,0 Fator de Segurança Parcial Tamanho da descontinuidade: 1, PASSO 1 CONDIÇÕES PARA AVALIAÇÃO Pressão para avaliação: 42,0 kgf/cm² (597,38 psi) Temperatura para Avaliação: 40 C PASSO 2 DETERMINAR A DISTRIBUIÇÃO DAS TENSÕES Tensão Primária, P m P m =(P/E)(R/t +,06) P m =19388,79psi (1363,17 kgf/cm²) Máxima Tensão Primária, P max (Considerando teste hidrostático) Tensão admissível na temperatura de projeto(s): 20ksi (1406,14 kgf/cm²) Tensão admissível na temperatura ambiente (S a ): 20ksi (1406,14 kgf/cm²) P max = 1,5*P m (S a /S)=29083,18 psi (2044,75 kgf/cm²) Tensão residual σ r ys = (2671,66 kgf/cm²) + 10ksi (703,07 kgf/cm²) = 48ksi (3374,73 kgf/cm²)

3) Probabilidade de categoria de falha (p f ): 10-3 Coeficiente de variação de Carga: 0,1 Fator de Segurança Parcial Cargas: 1,5 Fator de Segurança Parcial Resistência de fratura: 1,0 Fator de

9 σ r (x) =48 ksi (3374,73 kgf/cm²) PASSO 3 Tensão mínima de ruptura, S rupt = 70 ksi (4921,49 kgf/cm²) Tensão mínima de escoamento, S esc = 38 ksi (2671,66 kgf/cm²) T ref = 75,2 F (24 C) T=77 F (25 C) K ic =33,2+2,806exp(0,02(T-(T ref )+100))=54,69ksi in K ic =33,2+2,806exp(0,02(77-(75,2)+100))=54,69ksi in PASSO 4 - DIMENSÕES DA DESCONTINUIDADE a= 3 mm (0,118 ) 2c= 7 mm (0,276 ) => c= 3,5 mm (0,138 ) PASSO 5 T = T - T ref T = 77 75,2 = 1,8 Tabela F.6 K mean mat (sigma =1) = 1,63*54,69ksi in = 89,14 ksi in Tabela 9.2 R ky =(K mean mat/s esc )= 2,34 in a= 0,118 Para COV =0,1 e p f =10-3 => R c =1,4 R ky >R c => PSF s =1,5; PSFk=1,0; e PSFa=1,0 Assim; Pm=19388,79*1,5= 29083,18 psi Pb=0 Kmat=89,14*1=89,14 ksi in

10 a=0,118*1,0=0, PASSO 6-TENSÃO DE REFERENCIA Solução da tensão de referência (RCSCLE1 App. D parágrafo D5.10) a= 3 mm (0,118 ) 2c= 7 mm (0,276 ) => c= 3,5 mm (0,138 ) λ =(1,818*c)/ (R*a) λ =0,126 M t = 1,013 M s = 1,001 P b = 0 σ ref =29119,3 psi PASSO 7 RAZÃO DE CARGA L r =σ ref /S esc =0, PASSO 8 FATOR DE INTENSIDADE (APP.C) Para R/t=54 c/a=1,17 a/t= 0,1 Como a avaliação leva em consideração só tensão de membrana somente os dados para G 0 são necessário.

σ ref =29119,3 psi 5.4.7. PASSO 7 RAZÃO DE CARGA L r =σ ref /S esc =0,766 5.4.8. PASSO 8 FATOR DE INTENSIDADE (APP.

11 G0 A0=1,23637 A1=-0,86162 A2=1,551 A3=-0,41351 A4=-2,68248 A5=3, A6=-1,45956 β = 2φ/π Na base do defeito φ=90 β = 1 G 0 =1,05 Na ponta do defeito φ =0 β = 0 G0=1,236 Q=2,13 Para φ=90 K I =17,2 ksi in Para φ=0 K I =20,3 ksi in PASSO 9-TENSÃO DE REFERENCIA SECUNDÁRIA Sr σ ref =(Raiz(9*(1,001*48000)²))/3 Sr σ ref =48059,64 psi

12 PASSO 10-FATOR DE REDUÇÃO DE TENSÃO σ P ref = 29119,3 psi σ rupt =70000psi σ esc =38000psi σ f =( )/2=54000psi S srf = min[{1,0;1,4-(29119,3/54000)}} = 0, PASSO 11 K SR I K SR I na base(φ=90) =9279,15 psi in na ponta(φ=0) =10922,9 psi in PASSO 12 FATOR DE INTERAÇÃO DE PLASTICIDADE SR L r = 48059,64*0,54/38000=0,683 L p SR r =0,766 e L r =0,683=> =0,0682 e =0,335 / 0 =1,203 SR Já que (0 L r 4) =1,203 0 = PASSO 13 Assim Kr na base do defeito (φ=90)= 0,32; e nas pontas (φ=0)= 0,37 Para o material Lr(max)=1,0

min[{1,0;1,4-(29119,3/54000)}} = 0,54 5.4.11. PASSO 11 K SR I K SR I na base(φ=90) =9279,15 psi in na ponta(φ=0) =10922,9 psi in 5.4.12.

13 Do diagrama FAD os dois pontos na base e nas pontas do defeito encontram-se dentro da região aceitável. Assim o defeito é aceitável. Na base do defeito, P1 (Lr,Kr)=(0,766, 0,32) Nas pontas do defeito, P2 (Lr,Kr)=(0,766, 0,37) Conclusão: O defeito de 7 mm em comprimento e 3mm em profundidade foi considerado aceitável pelo API 579 nos níveis I e II. 6. CONCLUSÃO O Tanque de Nitrogênio pode operar, nas condições máximas estabelecidas no item 5.1, com a trinca em questão. O cálculo através da API 579 indicou que as dimensões da trinca estão abaixo do limite estabelecido.

em profundidade foi considerado aceitável pelo API 579 nos níveis I e II. 6.

14 7. RECOMENDAÇÕES A análise contida neste relatório levou em consideração as condições previstas no item 5.1, não levando em consideração desvios operacionais, emergenciais etc. Em razão disto recomendamos a realização do reparo na próxima parada do equipamento. Até o reparo recomendamos que sejam realizados ensaio de partículas magnéticas e Ultrassom no prazo máximo de 06 meses ou quando houver situações que levem o vaso a operar acima das condições previstas no item 5.1 deste relatório. Recomendamos a realização de Ensaio de emissão acústica para verificar a existência de outras trincas, não detectadas nas técnicas tradicionais e alteração no plano de inspeção, deste equipamento, incluindo a realização de ensaio de emissão acústica nos Eventos Externos, garantindo 100% de detectabilidade de possíveis trincas.

Até o reparo recomendamos que sejam realizados ensaio de partículas magnéticas e Ultrassom no prazo máximo de 06 meses ou quando houver situações que levem o vaso a operar acima das condições

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