Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos

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1 Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos MATRIZ DE AVALIAÇÃO DE INSPEÇÃO EM SERVIÇO Pedro Feres Filho, Physical Acoustics South America, Rubens Leite, Petrobras, Fafen Camaçari, Jorge dos Santos Pereira, Zenith Engenharia e Representações, jspf@uol.com.br Helder Werneck, Petrobras, Refinaria Gabriel Passos, heldersw@petrobras.com.br Nestor Carlos de Moura, Physical Acoustics South America, gertec@pasa.com.br 19 a 21 de Agosto de Salvador /BA

2 6ª COTEQ Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos 19 a 21 de Agosto de Salvador /BA MATRIZ DE AVALIAÇÃO DE INSPEÇÃO EM SERVIÇO Pedro Feres Filho, Physical Acoustics South America, pedro@pasa.com.br Rubens Leite, Petrobras, Fafen Camaçari, rubensleite@petrobras.com.br Jorge dos Santos Pereira, Zenith Engenharia e Representações, jspf@uol.com.br Helder Werneck, Petrobras, Refinaria Gabriel Passos, heldersw@petrobras.com.br Nestor Carlos de Moura, Physical Acoustics South America, gertec@pasa.com.br Resumo A atividade de inspeção em serviço tem recebido diversas contribuições de tecnologias e documentos, com o objetivo de maximizar a disponibilidade de equipamentos e minimizar reparos inadequados. Entre as tecnologias disponíveis, encontram-se o ensaio de emissão acústica, e o ultrassom automatizado, inclusive na suas versões, B, C scan e TOFD (Time of Flight Diffraction). Quanto a documentos, existem as recentes publicações do API (American Petroleum Institute), API-579 (Fitness for Service) e API-580 (Risk Based Inspection). Este trabalho descreve uma metodologia de avaliação do emprego da combinação de técnicas de ensaios não destrutivos em serviço e a adequação ao uso, considerando a curva FAD (Fracture Assessment Diagram), na inspeção de equipamentos em serviço. Utilizamos um universo estatístico de 55 equipamentos, onde neles foram aplicadas as técnicas mencionadas e os resultados combinados em uma matriz de avaliação para verificação da efetividade da metodologia aplicada. A analise estatística revelou um alto grau de confiabilidade da metodologia aplicada (96%), e a inexistência de um resultado inadequado de avaliação, tornando o emprego da combinação de ensaios em serviço e os recentes documentos, uma valiosa ferramenta de inspeção em serviço e avaliação de integridade estrutural. 1-Introdução Para quem lida na área de Inspeção de Equipamentos em unidades industriais é muito fácil entender qual a real importância do seu trabalho. Na maioria das vezes, quando nada de extraordinário acontece, é porque se está colhendo os frutos do trabalho bem feito da inspeção preventiva. Entretanto, não podemos esquecer que este trabalho pode gerar interferências na produção e custos para a manutenção. Divulgar alguns temas relativos à inspeção é um dos objetivos deste artigo, onde procuramos discutir as maneiras mais adequadas de se elaborar um programa de inspeção adequado às necessidades dos equipamentos. As exigências de hoje são crescentes, tanto pela necessidade da obtenção de resultados (entendamos por resultados, a integridade e estanqueidade dos equipamentos estáticos) quanto pela redução dos custos de manutenção. Temos de fazer mais e

3 melhor que os padrões anteriores, por um custo cada vez menor. Para esta equação, só há uma solução: o emprego do conhecimento e da tecnologia. A principal preocupação da atividade de inspeção é a presença de mecanismos de danos que deterioram os equipamentos, sendo fundamental detectar e identifica-los. Estes mecanismos são os causadores de deteriorações que podem levar a acidentes com vazamentos e danos ao patrimônio, pessoas e meio ambiente. Devemos portanto, tomar como ponto de partida para a elaboração de um programa de inspeção, os mecanismos de danos atuantes em cada equipamento. São exemplos de mecanismos de danos: corrosão, corrosão-sob-tensão, fadiga, fluência, ataque pelo hidrogênio, etc.. Já há suficiente conhecimento disponível para determinar, antecipadamente, quais os mecanismos de danos que estarão atuando em um determinado equipamento e em quais situações. Exemplos disso são dois documentos publicados em 2000 pelo API American Petroleum Institute: API 579 ( Fitness for Service ) e API 580 ( Risk Based Inspection ), que caminham na direção da identificação, quantificação e avaliação da criticidade (utilizando os conceitos da mecânica da fratura) dos mecanismos de danos em equipamentos industriais. Os mecanismos de danos são geradores de deteriorações. Mecanismos distintos também apresentam como resultado danos distintos. Há técnicas de ensaios que podem ser utilizadas com o equipamento em suas condições normais de serviço. Outras apenas com o equipamento fora da condição de serviço. O ideal é efetuar toda a avaliação dos equipamentos em operação normal, para evitar interferências operacionais, excesso de demandas durante as paradas e principalmente para avalia-lo na mesma condição em que o mecanismo de deterioração está presente. Fora da condição de serviço, fadiga, fluência, por exemplo, não existem. Outro aspecto a acrescentar é que a retirada de serviço pode gerar mecanismos de deterioração não presentes na condição de serviço. São os casos de equipamentos que podem sofrer contaminação quando submetidos a atmosfera ambiente, umidade,...etc, como por exemplo aqueles que armazenam amônia. O quanto é preciso inspecionar para ter a garantia de identificar a presença de um mecanismo de dano? Existem mecanismos de danos que por sua característica localizada, exigem amostragens maiores, às vezes inspeções completas (ataque por hidrogênio, corrosão sob tensão). Outros mecanismos, pela sua característica generalizada, podem ser facilmente identificados pela inspeção amostral (corrosão generalizada). Os critérios para a aplicação da inspeção amostral devem ser cuidadosamente avaliados. Mesmo uma inspeção em 100% de todos cordões de soldas é uma inspeção por amostragem para os mecanismos de ataque por hidrogênio, ou mesmo para corrosão sob tensão. Eles podem estar presentes fora das áreas de soldas. Podem estar em regiões de tensões residuais secundárias, fato este muito freqüente. Quanto maior a amostragem, maior o valor da efetividade da inspeção. Um aspecto muito importante a ser avaliado nessa questão, é a contribuição da tecnologia através da seleção de ensaios-não-destrutivos que, por sua natureza, fornecem informações amplas e globais. Na determinação do quando inspecionar é necessário a quantificação (mensuração) dos danos, e comparação com as tolerâncias existentes. Existem alguns métodos utilizados para a determinação do quando inspecionar. Um critério mais amplo é a avaliação da confiabilidade do equipamento, contido na metodologia da Inspeção Baseada em Risco (IBR). Esta metodologia foi apresentada pelo API em recente publicação (BRD 581), e orienta os esforços de inspeção para os equipamentos que apresentam maior risco de falhar. O risco aqui considerado é o produto da probabilidade de falha de um componente pelo valor da conseqüência da falha (somatório das conseqüências patrimonial, aos negócios, ambiental e pessoal). Quanto maior o risco, ou quanto mais rapidamente o risco cresce, maior atenção deverá demandar o equipamento e consequentemente suas inspeções. Assim, os prazos entre inspeções serão variáveis, e dependerão exclusivamente do quanto se sabe (ou não se sabe) sobre um equipamento. Este critério está sendo largamente empregado para otimizar os trabalhos da inspeção. Importante: o termo otimizar deve ser entendido na forma literal, não apenas como reduzir. O que acontece, na prática, é que o

4 critério da IBR obriga a uma avaliação mais apurada dos equipamentos, e os prazos de inspeção que antes eram regidos por tabelas, passam a ser regidos pelo que se sabe sobre mecanismos de danos atuantes nos equipamento. Em termos conceituais, a IBR torna a inspeção menos preventiva e mais preditiva. Considerando aos conceitos e referências até aqui descritos, é importante que seja avaliada a oportunidade de realizar a inspeção dos equipamentos. Por que concentrar as inspeções durante as paradas, uma vez que estão disponíveis técnicas de monitoramento em serviço? Inspeção é uma atividade contínua e não pode ser concentrada nas paradas, especialmente nos dias atuais em que os intervalos entre elas estão cada vez maiores. Diante deste panorama é fundamental a aplicação de uma metodologia de inspeção em serviço, não só para garantir integridade dos equipamentos, mas também para manter uma rotina de atividade preditiva. 2-METODOLOGIA DE INSPEÇÃO E AVALIAÇÃO DE INTEGRIDADE EM SERVIÇO O objetivo da metodologia que será apresentada é o de realizar uma avaliação em serviço, contemplando a integração de diversas técnicas. A avaliação de integridade de equipamentos é uma tarefa multidisciplinar, onde a participação de especialistas em materiais, de inspeção, de ensaios, e ainda profissionais da área da mecânica da fratura é fundamental. A analise global da presença e localização de danos a integridade é feita através da técnica de emissão acústica. Ela, no entanto não fornece a morfologia dos defeitos, nem suas dimensões. Necessitamos portanto das técnicas de ensaios localizados (normalmente ultrassom e partículas magnéticas), para realização desta tarefa. Até este ponto, teremos o conhecimento da presença e localização do dano, sua morfologia e dimensões. O próximo passo é a avaliação de criticidade através da BS-7910 Guindance on Methods for Assessing the Acceptability of Flaws in Fusino Welded Structures : 1999 Britsh Standards. Por fim uma avaliação final quanto a adequação ao uso é aplicada utilizando o API-579 Fitness-for-Service Downstream Segment : 2000 American Petroleum Institute. O fluxograma abaixo é o resumo da metodologia de inspeção e avaliação em serviço, conforme descrita: MONITORAMENTO EM SERVIÇO POR EA ÁREAS ATIVAS RESULTADO ÁREAS INATIVAS LOCALIZAÇÃO, CLASSIFICAÇÃO, CARACTERIZAÇÃO END - DIMENSIONAMENTO REPARO / ADEQUAÇÃO ANÁLISE MECANICA DA FRATURA DECISÃO INSPEÇÃO PERIÓDICA BS-7910 API -579

5 3-MATRIZ DE AVALIAÇÃO DE INSPEÇÃO EM SERVIÇO. Considerando a metodologia apresentada, uma inovação na área de inspeção e avaliação de integridade, criamos uma forma de avalia-la, com objetivo de medir a confiabilidade dos resultados. Esta matriz foi desenvolvida na seguinte forma: Cinco categorias de situações podem ocorrer na aplicação desta metodologia. São elas: ➊Excelente: Técnica excelente e ajustada à mecânica da fratura. São as situações contidas na somatória das categorias previstas na tabela abaixo, ou seja, (I b) e (II + 2). ➋Boa: Técnica boa porém conservativa em relação aos atuais critérios da mecânica da fratura. É a situação contida na somatória das categorias previstas na tabela abaixo, ou seja (I a). ➌Aceitável: Mecanismos de degradação em estágios iniciais de evolução são fontes ativas para o ensaio de emissão acústica, apesar de suas conseqüências (defeitos detectáveis) ainda não serem notadas pelos ensaios não destrutivos localizados. É a situação contida na somatória das categorias previstas na tabela abaixo, ou seja, (I + 2). ➍ Adequado: É possível ocorrer em função do uso de critérios inadequados de avaliação de equipamentos em serviço. Critérios adequados surgiram a partir de 2000 com a introdução da mecânica da fratura e API 579 Adequação ao uso. No passado muitos equipamento em serviço portadores de descontinuidades inócuas sofreram intervenções corretivas desnecessárias. É a situação contida na somatória das categorias previstas na tabela abaixo, ou seja, (II a). ➎Indesejável: Falha no procedimento, na análise ou na instrumentação. É a situação contida na somatória das categorias previstas na tabela abaixo, ou seja, (II b). MATRIZ DE AVALIAÇÃO DA COMBINAÇÃO DE EMISSÃO ACÚSTICA, ENSAIOS LOCALIZADOS E A MECÂNICA DA FRATURA Resultado do ensaio de emissão acústica, conforme procedimento ASME e critérios IPAC I Áreas ativas. Podem Comprometer a integridade. Defeitos estruturais. Classificação IPAC D e E II Áreas inativas. Não comprometem a integridade Descontinuidades não estruturais. Classificação IPAC A, B ou C. Resultado dos ensaios complementares de partículas magnéticas e ultrassom 1 Ensaios complementares, confirmam a presença de defeitos 2 Ensaios complementares não confirmam a presença de defeitos Resultados da avaliação pela mecânica da fratura, conforme diagrama FAD; API 579 a Defeitos aprovados pelo diagrama FAD. Condição adequada ao uso b Defeitos reprovados pelo diagrama FAD. Condição inadequada ao uso

6 4-RESULTADOS DA MATRIZ DE AVALIAÇÃO DE INSPEÇÃO EM SERVIÇO. Utilizando a matriz de avaliação e os resultados obtidos em duas intervenções, Petrobras, Refinaria Gabriel Passos, Repag, Betim, MG e Petrobras Fafen, unidade de Camaçari, BA, totalizando 55 equipamentos, atingimos os seguintes resultados: RESULTADO MATRIZ DE AVALIAÇÃO FAFEN-REGAP OCORRÊNCIAS EXCELENTE BOA ACEITÁVEL ADEQUADO INDESEJÁVEL AVALIAÇÃO Estatisticamente, tomando os resultados acima, o índice de confiabilidade na somatória das situações Excelente e Boa, totalizam 96%, conforme pode ser observado abaixo, representando uma condição de alta confiabilidade. PERCENTUAL FAFEN-REGAP 2% 2%0% 32% BOA EXCELENTE 64%

7 5-CONCLUSÃO Os caminhos futuros da inspeção e avaliação de equipamentos, apontam cada vez mais na direção da somatória de conhecimento e tecnologia para aumento da segurança operacional e redução de custos. São dois temas que estarão agregados na rotina de inspeção, manutenção e operação de qualquer unidade industrial inserida no atual contexto internacional competitivo. A metodologia e resultados aqui apresentados é uma contribuição nesta direção. 6-BIBLIOGRAFIA BS-7910 Guindance on Methods for Assessing the Acceptability of Flaws in Fusino Welded Structures : 1999 Britsh Standards; API-579 Fitness-for-Service Downstream Segment : 2000 American Petroleum Institute; API-581 Risk-Based Inspection Base Resource Document : 1999 Americam Petroleum Institute;