AVALIAÇÃO DA TÉCNICA DE ULTRA-SOM À DISTÂNCIA APLICADA A UMA TUBULAÇÃO DE PETRÓLEO DA REDUC RESUMO

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1 AVALIAÇÃO DA TÉCNICA DE ULTRA-SOM À DISTÂNCIA APLICADA A UMA TUBULAÇÃO DE PETRÓLEO DA REDUC Leandro de Mendonça Thurler 1 Daniel Leite Cypriano Neves 1 Agildo Badaró Moreira 2 Ricardo de Oliveira Carneval 2 RESUMO Uma linha de petróleo, carga da destilação atmosférica U-1210 / REDUC, de diâmetro 762mm (30 ) e espessura 11mm (nominais), foi inspecionada por ultra-som à distância num comprimento total de 68m, em demonstração da técnica Teletest pela Plant Integrity Limited, grupo TWI. Esta consiste em transmitir onda ultra-sônica guiada ao longo da tubulação a partir de um bracelete instrumentado com transdutores em todo o seu perímetro. Eventuais anomalias (ex: perda de espessura) refletem o ultra-som de volta aos transdutores (emissores-receptores), sendo indicadas suas posições longitudinais com precisão melhor que 100mm. A faixa de alcance foi limitada a aproximadamente 30m em cada sentido, a partir do bracelete. Os resultados obtidos na REDUC indicaram cinco áreas de anomalias, onde foi realizado ensaio complementar de mapeamento de corrosão por ultra-som automático. Também foram realizadas medições de espessura por ultra-som em regiões diferentes das indicadas pelo Teletest, para verificar perdas de espessura não detectáveis pela técnica, dando um indicativo de sua precisão e determinando os serviços de manutenção nesta linha. 1 PETROBRAS / REDUC / MI / IE 2 PETROBRAS / CENPES / TMEC 02 a 06 de Junho de 2003 / June 2 to Rio de Janeiro - RJ - Brasil

2 1. INTRODUÇÃO A técnica de ultra-som a distância foi introduzida comercialmente através da Plant Integrity, na forma do Teletest, no início de 1998 para serviços de monitoração de tubos e oleodutos. É muito usada pela indústria de óleo e gás para detecção de corrosão e outras deteriorações que acarretem perda de material interna ou externamente aos tubos. Sua aplicação é voltada para regiões onde o acesso é difícil e o custo para a inspeção é elevado, para avaliar a condição de tubos de diâmetro entre 2 e 48 polegadas [1]. A principal vantagem é a possibilidade de analisar, a partir de um único ponto de teste, comprimentos longos, 30m (~100ft) ou mais em cada direção, podendo gerar redução dos custos de acesso aos tubos para inspeção e diminuição do tempo de remoção de isolamento, o que é necessário apenas na área onde os transdutores estão montados. Também permitem inspecionar áreas inacessíveis, como debaixo de braçadeira ou tubos enterrados, englobando toda a parede do tubo, ou seja, 100% de inspeção. Testes de campo demonstraram que este método é capaz de detectar corrosão <30% numa profundidade de espessura da parede e <25% circunferência. Estudos vêm sendo desenvolvidos para aprimorar a inspeção por ondas ultrasônicas guiadas, buscando maior precisão e sensibilidade de detecção, além da busca por resultados mais quantitativos [1, 2]. O objetivo da técnica é usar o ensaio de ultra-som a baixa freqüência para a descoberta de perda de espessura em grandes comprimentos de tubulações. O princípio consiste em utilizar ondas guiadas, que podem se propagar por distâncias longas em metais, com atenuação mínima, sendo refletidas por eventuais descontinuidades. Assim é possível examinar muitos metros de tubo a partir de um único ponto de teste, descobrindo as reflexões de características e defeitos na parede de tubo. O procedimento é mostrado esquematicamente na Figura 1.1 [1]. Figura 1.1. Princípio do ultra-som a distância [1] Em estudo realizado por Mudge [1], foi avaliada a sensibilidade da técnica. Uma frente de onda circular é transimitida ao longo da tubulação, de forma que a área possível de detecção é proporcional à seção circular da parede do tubo, conforme a figura 1.2 [1]. 2

3 Figura 1.2. O Teletest detecta uma área de perda de espessura proporcional à seção circular da parede do tubo, independente de ser corrosão interna ou externa, sendo somada a porcentagem total desta perda [1] Foram realizados estudos no intuito de determinar as respostas esperadas de perda de espessura em uma seção transversal da tubulação. Na figura 1.3 estão apresentados os resultados teóricos da amplitude do sinal em função desta perda, mostrando que sinais relevantes que o método se propõe a detectar são os equivalentes a 9% de perda de seção circular (acima do reporting level do gráfico). Observa-se que muitos pontos não estão alinhados com a curva. Isto é devido ao aspecto da falha: alvéolos profundos, com pequeno raio de circunferência, geram sinais maiores do que falhas rasas com a mesma porcentagem de perda, sendo por isso de mais fácil detecção [1]. Figura 1.3. Relação entre perda de espessura, como uma porcentagem da área da seção transversal do tubo, e amplitude de sinal [1] No presente trabalho foi realizado ensaio de ultra-som a distância, pela técnica Teletest da Plant Integrity, grupo TWI, seguido de mapeamento de corrosão por ultra-som automatizado, numa tubulação de petróleo (φ = 30 ). O objetivo foi comparar resultados, verificar a sensibilidade e aplicabilidade do ensaio, assim como definir serviços de manutenção nesta linha. 3

4 2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL Inicialmente foi realizada inspeção por ultra-som a distância, por ondas guiadas, em uma tubulação de petróleo, carga da destilação atmosférica U-1210 / REDUC, de diâmetro 762mm (30 ) e espessura 11mm (nominais), num comprimento total de 68m. Esta inspeção foi realizada em setembro de 2001 pela Plant Integrity Limited, grupo TWI, utilizando a técnica Teletest. Fluxo do produto Ponto 1 Ponto 2 ME Figura 2.1. Diagrama da linha inspecionada O ensaio foi realizado de acordo com o seguinte arranjo: 1) O bracelete instrumentado com os transdutores foi posicionado no ponto 1, conforme indicado na figura 2.1, e então feita a varredura, inicialmente na direção contrária ao fluxo da linha, cobrindo uma distância de cerca de 32m e posteriormente na direção do fluxo, cobrindo uma distância aproximada de 13m. 2) Em seguida foi realizado novo posicionamento do bracelete no ponto 2, conforme figura 2.1 e feita varredura na direção contrária ao fluxo, cobrindo uma distância em torno de 20m. Figura 2.2 Fotos da técnica de ultra-som à distância realizada na Reduc. 4

5 Após as análises dos resultados foram reportados cinco anomalias relevantes, também indicadas na figura 2.1. Em setembro de 2002, em trabalho conjunto CENPES/REDUC, foi realizado ensaio de mapeamento de corrosão por ultra-som automatizado nas regiões indicadas pelo Teletest, em uma indicada por ME e outra escolhida aleatoriamente. Foi utilizado o sistema CarneScan, apresentado na figura 2.3, com equipamento de ultra-som EPOCH III com cabeçote duplo cristal, sendo realizada varredura automática numa região de 600mm na direção longitudinal da tubulação e 800mm na direção circunferencial, em torno de cada ponto inspecionado. O objetivo foi confirmar as indicações da técnica de ondas guiadas e verificar eventuais anomalias em regiões não detectadas pelo teste. Figura Fotos do mapeamento por ultra-som utilizando o sistema CarneScan. 5

6 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 3.1. VERIFICAÇÃO DA LOCALIZAÇÃO DAS SOLDAS Nesta etapa do trabalho foram medidas as distâncias das soldas circunferenciais em relação ao ponto 1 de posicionamento do bracelete. O objetivo era avaliar as posições indicadas pelo Teletest, e a comparação está na tabela 3.1. Tabela 3.1. Posições das soldas indicadas pelo Teletest e por medições no local. Solda Posição Teletest (mm) Posição Trena (mm) Diferença (mm) Verificando os valores encontrados nota-se que a variação da localização longitudinal das soldas é de até 310 mm, com tendência de aumento com o aumento da distância, o que está fora do limite máximo de 100 mm dito pelo fabricante do sistema Teletest. 6

7 3.2. VERIFICAÇÃO DAS ANOMALIAS INDICADAS PELO TELETEST Figura 3.1 Resultados referentes ao ponto 1, sentido contrário ao fluxo [3]. 7

8 Figura 3.2 Resultados referentes ao ponto 1, sentido do fluxo [3]. 8

9 Não foi reportada nenhuma anomalia na região referente ao ponto 2, sentido contrário ao fluxo. Uma das regiões indicadas pelo Teletest encontrava-se com braçadeira devido à o- corrência de um furo na tubulação (ponto 6,3 m), impossibilitando a varredura pelo ultrasom automatizado. Com os valores obtidos pelo mapeamento de corrosão, montou-se uma planilha visando efetuar o cálculo de perda de massa em cada seção inspecionada para que a partir destes valores fosse possível a avaliação dos resultados do Teletest. Os resultados da inspeção nas quatro regiões estão apresentados abaixo: PONTO: 7,30 m Foi realizada inspeção por mapeamento de corrosão com uma malha de 560 mm x 2400 mm, ou seja, 360º do duto, com passo de 10 mm nas coordenadas x e y, resultados na Figura 3.4. Para esta malha e todas as seguintes, utilizou-se a escala de cores mostrada na Figura 3.3. Figura 3.3 Escala de cores indicando a faixa de espessura. Imagem Bscan (sentido longitudinal) Imagem Bscan (sentido circunferencial) Imagem Cscan Figura 3.4 Cscan, Bscan do ponto 7,3 m 9

10 Nesta malha inspecionada, a maior perda percentual de massa na seção foi de 13,65%. Já a perda pontual máxima foi de 75,28% PONTO: 3,14 m Foi realizada inspeção por mapeamento de corrosão com uma malha de 610 mm x 2400 mm, ou seja, 360º do duto, com passo de 10 mm nas coordenadas x e y, resultados na Figura 3.5. Houve um trecho não inspecionado devido à existência de suporte. Imagem Bscan (sentido longitudinal) Imagem Bscan (sentido circunferencial) Imagem Cscan Figura 3.5 Cscan, Bscan do ponto 3,14 m Nesta malha inspecionada, a maior perda percentual de massa na seção foi de 15,27%. Já a perda pontual máxima foi de 63,29% PONTO: 13,36 m Foi realizada inspeção por mapeamento de corrosão com uma malha de 550 mm x 800 mm, ou seja, 120º do duto, na geratriz inferior. Isto foi feito para todas as varreduras seguintes, a partir da confirmação de que a corrosão preferencial no duto inspecionado localizava-se na geratriz inferior. Utilizou-se passo de 10 mm nas coordenadas x e y, resultados na Figura 3.6. Imagem Cscan Imagem Bscan (sentido longitudinal) 10

11 Imagem Bscan (sentido circunferencial) Figura 3.6 Cscan, Bscan do ponto 13,36 m Nesta malha inspecionada, a maior perda percentual de massa na seção foi de 4,99%. Já a perda pontual máxima foi de 46,00% PONTO: 31,18 m Foi realizada inspeção por mapeamento de corrosão com uma malha de 560 mm x 660 mm, aproximadamente 120º do duto, com passo de 10 mm nas coordenadas x e y, resultados na Figura 3.7. Imagem Cscan Imagem Bscan (sentido longitudinal) Imagem Bscan (sentido circunferencial) Figura 3.7 Cscan, Bscan do ponto 31,18 m Nesta malha inspecionada, a maior perda percentual de massa na seção foi de 3,40%. Já a perda pontual máxima foi de 37,00%. 11

12 3.3. VERIFICAÇÃO DE REGIÕES NÃO INDICADOS PELO TELETEST Independente dos pontos indicados pelo Teletest, foi realizada a inspeção por ultrasom automatizado em duas regiões distintas não indicadas como anomalias PONTO: 36,00 m Neste ponto foi realizada previamente medição de espessura, onde se detectou relevante perda de material localizada. Por isso efetuou-se varredura por ultra-som automatizado. A malha utilizada foi de 600 mm x 670 mm, aproximadamente 120º do duto, com passo de 10 mm nas coordenadas x e y, resultados na Figura 3.8. Imagem Cscan Imagem Bscan (sentido longitudinal) Imagem Bscan (sentido circunferencial) Figura 3.8 Cscan, Bscan do ponto 31,18 m Nesta malha inspecionada, a maior perda percentual de massa na seção foi de 2,82%. Já a perda pontual máxima foi de 69,49% PONTO: 5,30 m Este ponto foi escolhido aleatoriamente numa região onde se esperava encontrar perda severa de espessura na geratriz inferior, pois ao longo de toda a linha, o acúmulo de água salgada nesta região favorece um processo corrosivo intenso. A varredura por ultrasom automatizado utilizou uma malha de 600 mm x 800 mm, 120º do duto, com passo de 10 mm nas coordenadas x e y, resultados na Figura

13 Imagem Bscan (sentido longitudinal) Imagem Cscan Imagem Bscan (sentido circunferencial) Figura 3.9 Cscan, Bscan do ponto 31,18 m Nesta malha inspecionada, a maior perda percentual de massa na seção foi de 6,32%. Já a perda pontual máxima foi de 70,59%. Tabela 3.2. Comparação das inspeções realizadas. Ponto Indicação Teletest Mapeamento de Corrosão Perda por seção (%) Perda Pontual (%) - 7,30 m Moderate Anomaly 13,65 75,28 2,72-6,30 m Moderate Anomaly Não inspecionado devido à braçadeira - 5,30 m Não indicado 6,32 70,59 3,24 3,14 m Minor Anomaly 15,27 63,29 4,04 13,36 m Moderate Anomaly 4,99 46,00 5,94 31,18 m Moderate Anomaly 3,40 37,00 6,93 36,00 m Não indicado 2,82 69,49 3,36 Espessura remanescente (mm) A Tabela 3.2 apresenta um resumo comparativo das inspeções realizadas. Observou-se inicialmente que os dois pontos não indicados pelo Teletest apresentaram perda de seção inferior a 9%, estando de acordo com a sensibilidade ( report level ) descrita pela Plant Integrity. Por outro lado, uma destas regiões apresentou perda de seção de 6,32%, enquanto pontos indicados como moderate anomaly pelo Teletest tiveram perda inferior, de 4,99% e 3,40%. A definição de minor ou moderate anomaly também se mostrou absolutamente imprecisa, já que uma perda de seção de 15,27% foi considerada como minor anomaly. Deve-se destacar também que uma perda de espessura localizada de 70,59% (espessura remanescente 3,24mm) não é detectável pela técnica, pois a perda na seção total é baixa. 13

14 4. CONCLUSÃO 1) A deterioração típica da linha inspecionada não é favorável à técnica de inspeção por ondas guiadas, pois o processo corrosivo se concentra fortemente na região da geratriz inferior ao longo de toda a tubulação. O fato de haver, por exemplo, descontinuidades acentuadas numa mesma direção, fazem com que o percurso sônico seja desviado, mascarando descontinuidades subseqüentes. Além disso, em virtude desta deterioração estar concentrada na geratriz inferior, como a análise feita pelo Teletest se baseia na perda de massa total por seção, os sinais de perdas concentradas são atenuados. 2) Os níveis de anomalia mostraram imprecisão, tendo inconsistência os resultados do Teletest quando comparados às espessuras encontradas pelo ultra-som automatizado. Não foram encontrados, ao menos na presente amostragem de inspeção, pontos não detectados pelo Teletest com perda de seção superior à sua sensibilidade. Porém deve-se fazer uma análise crítica da confiabilidade dos resultados, principalmente quando for elevado o grau de deterioração e quando existirem grandes perdas localizadas de espessura em seções com perda total baixa. 3) Independente da não conformidade dos resultados obtidos, como a técnica de ultra-som à distância ainda se encontra em desenvolvimento, não se pode condenar a sua aplicabilidade. Além disso, essa técnica pode ser utilizada em locais não acessíveis por outras técnicas convencionais, obtendo-se pelo menos um resultado qualitativo prévio, indicando a necessidade ou não de outros ensaios complementares. 4) É importante destacar que este trabalho direcionou a inspeção por amostragem numa linha com processo corrosivo conhecido ao longo de toda a sua extensão. As baixas espessuras encontradas justificaram a recomendação de inspeção para a troca integral deste trecho. Esta inspeção conjunta CENPES/REDUC serve como informação para planejar uma manutenção desta linha, que se parada em emergência acarreta a parada da unidade de destilação atmosférica U-1210, gerando uma perda de processamento de m 3 /dia. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] MUDGE, P. J., Field Application of the Teletest Long-Range Ultrasonic Testing Technique, NACE, February, [2] ROSE, J. L., Guided Wave Ultrasonic Pipe Inspection The Next Generation, 8 th European Conference on Non Destructive Testing, AEND, Barcelona, June, [3] SIMPSON, J. and HARRISON, J., Report - Demonstrations of Teletest Long Range Ultrasonic Pipe Inspection System at Selected Locations in Brazil, August,