APLICAÇÃO DA TÉCNICA ALTERNATING CURRENT FIELD MEASUREMENT (ACFM) NA AVALIAÇÃO DE EQUIPAMENTOS DE PROCESSAMENTO DO SETOR PETRÓLEO E PETROQUÍMICO

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1 APLICAÇÃO DA TÉCNICA ALTERNATING CURRENT FIELD MEASUREMENT (ACFM) NA AVALIAÇÃO DE EQUIPAMENTOS DE PROCESSAMENTO DO SETOR PETRÓLEO E PETROQUÍMICO Lucivaldo Ramos Brilhante (1) Socrates Fofano (2) Umberto Ezio Enrico Tomasi (3) (1) brilhante@petrobras.com.br(petrobras/sl/sequi) (2) fofano@petrobras.com.br (PETROBRAS/AB-RE/SIX) (3) umberto@petrobras.com.br(petrobras/sl/sequi) Trabalho apresentado no XXI CONAEND - Congresso Nacional de Ensaios Não- Destrutivos Salvador, agosto, As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade dos autores

2 SINOPSE Análise de resultados de aplicação da técnica de inspeção ACFM obtidos em ensaios de equipamentos são apresentados, mostrando sua grande potencialidade de uso na avaliação de sistemas industriais. Verifica-se que o ensaio apresenta elevada velocidade de execução sendo bastante tolerante a depósitos superficiais de características não-magnéticas e a condições deficientes de limpeza de resíduos orgânicos tipicamente encontrados em equipamentos de processo. O ensaio apresenta ainda como vantagens a possibilidade de registro digital da inspeção e a possibilidade de dimensionamento (comprimento, profundidade) das descontinuidades. Discute-se a necessidade do estabelecimento de critérios de aceitação, específicos para o ensaio, considerando suas peculiaridades e o modelo matemático utilizado no dimensionamento das indicações. Apresenta-se ainda o status quo da técnica na PETROBRAS em relação aos processos de normatização, desenvolvimento de prestadores de serviço e qualificação de pessoal.

3 1. INTRODUÇÃO A PETROBRAS tem se notabilizado pelo estímulo à inovação e investimentos em pesquisa e aplicação de novas técnicas preditivas e detetivas na avaliação de processos de evolução de danos induzidos ou não pelo meio em sistemas industriais. Objetivando prover os órgãos operacionais de recursos de inspeção que permitam aumentar a confiabilidade e disponibilidade das instalações industriais, a Gerência de Tecnologia de Equipamentos Estáticos do Refino constituiu um grupo de trabalho, denominado Grupo Tecnológico de Inspeção, com a missão de avaliar novas técnicas, validar resultados através de metodologias apropriadas, estabelecer critérios de aplicação e requisitos para a normatização, qualificação de prestadores de serviço e inspetores de ensaios. Uma das técnicas selecionadas dentro do programa de validação e utilização foi a Alternating Current Field Measurement (ACFM). Este trabalho faz breve abordagem dos fundamentos do ensaio, apresenta resultados obtidos em avaliação de equipamentos de processo de Unidades de Negócio da PETROBRAS-Refino e discute as perspectivas de sua aplicação considerando suas potencialidades. 2. CARACTERIZAÇÃO DO MÉTODO PRINCÍPIOS E APLICAÇÕES 2.1. Introdução à ACFM princípios e campo de aplicação Apesar dos princípios físicos relacionados ao comportamento de materiais submetidos a campos eletromagnéticos serem compreendidos há muito, o desenvolvimento de equipamento comercial específico para a técnica ACFM ocorreu somente no início da década de 90 por uma empresa do Reino Unido, inicialmente para a inspeção manual de trincas de fadiga em juntas soldadas. Hoje está sendo utilizada na avaliação de descontinuidades geradas por outros mecanismos de falha, estando disponível em aplicações semi-automáticas e automáticas. Essa técnica é capaz de detectar e dimensionar trincas na maioria dos metais em ampla faixa de temperatura ( ACFM não só detecta trincas abertas à superfície como também determina seu comprimento e profundidade) e está sendo usada em substituição à ensaios convencionais, como Partículas Magnéticas e Líquido Penetrante. A ACFM é uma técnica eletromagnética, derivada do ACPD (Alternating Current Potential Drop) na medida que mede quantidades absolutas de campos magnéticos superficiais produzidos por um campo magnético uniforme, induzido paralelamente à trinca/descontinuidade. Para um campo uniforme, a relação entre densidade de fluxo magnético e as correntes elétricas é a mostrada na figura 1. Quando a corrente é curvada, isto causa uma elevação na densidade do fluxo magnético perpendicular à superfície, caracterizando a borda da descontinuidade.

4 Figura 1 Comportamento das correntes induzidas em sistema ACFM (1) Como características evidentes da técnica têm-se:! Depende menos da habilidade do operador com relação aos outros métodos convencionais.! É fácil de se utilizar e não requer a remoção da pintura. Revestimentos não condutores em boas condições, com até 5 mm de espessura não apresentarão problemas para o ACFM, acarretando apenas pequenas alterações nos parâmetros de dimensionamento. Revestimentos mal aderidos poderão introduzir sinais semelhantes aos de lift-off e, com isso, diminuir a precisão do dimensionamento.! Alta velocidade de varredura (10 ~ 50 mm/s).! Não requer contato elétrico.! Portabilidade.! Apresenta a possibilidade de construção de sondas com geometrias variadas e arranjos de bobinas múltiplas, customizadas para aplicações específicas, inclusive.! Detecta e dimensiona a trinca quanto a seu comprimento e profundidade (dado importante para o acompanhamento da vida útil de um componente).! Permite o armazenamento dos dados por meio eletrônicos e posterior análise do ensaio, em aplicativos compatíveis com sistemas operacionais comerciais. (MSWindows ). A precisão de dimensionamento, todavia, é limitada pela precisão de modelos teóricos e validade de presunções teóricas. Dessa forma, apesar de apresentar sensibilidade para dimensionamento de comprimento, pode apresentar erro inerente ao método na determinação de profundidade da indicação.

5 A sensibilidade do método permite, com elevado grau de confidência, a determinação de indicações com comprimentos superiores a 5 mm, o que deve ser analisado do ponto de vista de adequabilidade para as condições usuais de aplicação/aceitação em sistemas industriais Apresentação e discussão de resultados obtidos em ensaios em equipamentos de processo A aplicação da ACFM na PETROBRAS teve início na avaliação de estruturas offshore a partir de Com os excelentes resultados propiciados pelo ensaio, a PETROBRAS iniciou processo de captação de conhecimento na realização do ensaio através da aquisição de equipamentos para análise e desenvolvimento de padrões de validação da técnica, certificação internacional de técnicos e elaboração de norma interna para execução do ensaio. Em julho de 2000 foi editada a Norma PETROBRAS N-2667 Inspeção Submarina ACFM, que define requisitos para realização do referido ensaio na avaliação de trincas induzidas por fadiga. Em novembro de 2000, durante a realização do 1º Encontro do Grupo Tecnológico de Inspeção (GTI) da PETROBRAS- Refino - coordenado pela Gerência de Tecnologia de Equipamentos Estáticos - no qual houve participação de outros segmentos da Companhia (CENPES e SEQUI), definiu-se pela criação de grupos técnicos que teriam como principal missão a avaliação de aplicabilidade de diversas técnicas de ensaios não-destrutivos ainda não utilizadas de forma sistematizada nas instalações do Refino, considerando as necessidades do Refino, potencial de aplicação, domínio tecnológico e disponibilidade comercial. Diversos ensaios de aplicação da técnica foram realizados. Relaciona-se a seguir condições e resultados obtidos em alguns desses ensaios conduzidos em equipamentos de processo: 1. Soldas de topo em vaso de pressão com resíduo oleoso aderente. Objetivo: Avaliar a resposta em situação de existência de depósito orgânico removível exclusivamente pelo uso de solventes, em meio de baixa corrosividade e sem formação de óxidos/sulfetos protetores. Material do equipamento: açocarbono A-283 gr C. 2. Soldas de topo em torre regeneradora de DEA (sem hidrojato/jateamento abrasivo) e em vaso do sistema de tratamento de águas ácidas. Objetivo: avaliar a resposta em situação de existência de película de sulfeto de ferro protetora de baixa espessura, elevada aderência e baixa condutividade elétrica em meio aquoso com possibilidade de ocorrência de fenômenos de fissuração pelo hidrogênio. Material dos equipamentos: aço-carbono, A-516 gr 60 com TTAT. 3. Soldas de topo em coletores de gás de forno. Objetivo: avaliar a resposta em situação de existência de película de sulfeto de ferro formada em temperaturas elevadas (~600 C), com características não protetoras e maior condutividade elétrica. Material do equipamento: aço inoxidável martensítico, A-240 TP 410.

6 A inspeção permitiu caracterizar as seguintes situações: Na condição 1, a presença do resíduo de óleo aderente não interferiu no resultado da inspeção e a técnica ofereceu uma grande vantagem com relação aos outros ensaios convencionais, que é o fato de poder ser realizada sobre o resíduo, sem perda da sensibilidade e representando uma economia de tempo e custo. Nas condições 2 e 3, a presença de uma película de sulfeto de ferro aderente, impossibilita a inspeção por ACFM, visto sua condutividade elétrica. Vale salientar, para fins comparativos com outras técnicas (PM) que, ao se utilizar ACFM para inspecionar as regiões de interesse a área a ser removida é menor do que a necessária para PM. Nota: a inspeção na condição 2, sem preparação prévia de superfície, parece ser promissora. Para tanto, dentro do programa de avaliação a ser detalhada pelo GTI, é importante a simulação dessas condições (descontinuidades com geometrias variadas em aços com películas formadas por espécies químicas resultantes da dissociação do ferro em meios aquosos contendo sulfetos) Normatização do ensaio e certificação O processo de implantação da qualificação e normatização teve início em outubro/1998 e foi concluído em agosto/2000. Hoje a técnica ACFM faz parte do Sistema Petrobras de Qualificação de Pessoal baseadas em normas de qualificação e execução do ensaio revisadas e/ou criadas para atender as necessidades da PETROBRAS. Vale ressaltar que o Sistema de certificação implantado no SEQUI é acreditado pelo TWI ( The welding Institute). 3. CONCLUSÕES a. Para as situações propostas, conclui-se que a técnica ACFM oferece condições de substituir os ensaios convencionais quanto à detecção de trincas de fadiga ( 5mm de comprimento limiar de detetabilidade) oferecendo algumas vantagens no que se refere a tempo de execução e ao custo. b. A presença da película do sulfeto de ferro (condutora) impossibilita a utilização da técnica sem a sua remoção. c. Apresenta elevada velocidade de varredura (da ordem de 4 a 6 m/min), para os casos onde o dimensionamento da indicação não seja requerido. O tempo de inspeção é reduzido em mais de 90% quando comparado com PM (sem o dimensionamento). d. A existência de resíduos/revestimentos/depósitos não condutores elétricos não interfere na execução do ensaio. e. A rugosidade da superfície introduz sinal espúrio de fácil caracterização por inspetores com experiência.

7 f. O registro permanente das inspeções oferece, sem dúvida alguma, uma vantagem sobre as outras técnicas superficiais (PM e LP) já que possibilita análise posterior desta inspeção. g. O modelo matemático utilizado para o dimensionamento de defeitos, considera a geometria de trincas por fadiga. Dessa maneira, a profundidade real de defeitos gerados por outros mecanismos apresenta erro inerente ao método de dimensionamento ( podendo inclusive impossibilitar sua determinação). h. A ocorrência de trincas ramificadas exige maiores tempos de inspeção, já que a varredura deve ser feita em diversas direções. i. O ensaio não se destina à avaliação de defeitos internos (mesmo subsuperficiais). j. O programa de validação deve contemplar aspectos relativos à avaliação da sensibilidade do ensaio em condições de trincas multidirecionais, a influência de sulfetos e outros produtos de corrosão usuais em instalações de processo, a influência de depósitos não contínuos, aspectos relativos à rugosidade superficial, geometria das sondas (considerando as condições normais de inspeção), entre outros aspectos a serem levantados durante a fase de testes. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. TSC Inspection Systems literature AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à PETROBRAS pelo suporte à realização e apresentação deste trabalho.