INSPEÇÃO DE VASOS DE PRESSÃO UTILIZANDO ENSAIO DE ULTRA- SOM COMPUTADORIZADO E A NORMA API RP 579. Celso Mário Ferreira dos Santos PETROBRAS/UN-BA/ST/EMI. Antonio Alves Gama PETROBRAS/UN-BA/APMG/SMS. José Spínola da Rocha PETROBRAS/UN-BA/APMG/SMS. José Roberto Malandrino Filho PASA. Everaldo Alves Tadeu PASA. Hérico dos Santos Tadeu PASA. Trabalho apresentado na 6 Conferência Sobre Tecnologia de Equipamentos, Salvador, agosto, 2002. As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade dos autores. 1
SINOPSE Apresentaremos um caso prático do uso da norma API RP 579, referente a perda de espessura em uma ampola. Essa inspeção segue a tendência do uso de novos critérios de análise dos equipamentos, considerando os danos acumulados em serviço. Para obter os valores de espessura de parede, foi contratada a PASA para executar a inspeção de ensaio de ultra-som computadorizado (C-Scan). 2
1. INTRODUÇÃO A aplicação da inspeção tradicional, baseado em normas de projeto é válida para a maioria dos equipamentos. Enquanto os cálculos baseados em normas de projeto estiverem satisfazendo, esses cálculos poderão ser utilizados. Alguns equipamentos requerem normas menos conservativas, orientadas para a adequação ao uso. A norma API RP 579 é uma dessas normas com aplicação em vasos de pressão, objeto desse trabalho. A utilização da norma API RP 579 permite em muitos casos manter um equipamento em operação quando a norma de projeto esteja condenando o seu uso. Permite também, limitar as intervenções de manutenção. Inspecionamos 9 ampolas com ensaio de ultra-som computadorizado (C-Scan). Nesse trabalho, vamos apresentar o resultado de uma dessas ampolas, aplicando a norma API RP 579 comparando os resultados com o ASME VIII, Div. 1, norma utilizada no projeto. 2. HISTÓRICO Três ampolas possuem acesso para inspeção interna. As outras seis ampolas não possuem acesso para inspeção. Era do nosso conhecimento que todas as 9 ampolas estavam com corrosão interna. Nas ampolas sem acesso interno tínhamos verificado corrosão na ocasião da retirada de flanges (desconectados) em 1993, além de medidas de espessuras efetuadas. Em 1999 realizamos a inspeção interna nas 3 ampolas com acesso. Nessa ocasião foram encontradas perdas de espessura no corpo na geratriz inferior. A perda de espessura dessas ampolas foi avaliada pelos critérios do M.P.C (Materials Properties Council). Segundo o critério, os vasos foram aprovados para continuarem em operação. Foi aplicado revestimento interno de fibra de vidro após a inspeção para barrar o processo corrosivo e recomendado nova parada de um dos vasos em 2001 para avaliação do revestimento. Nas seis ampolas sem acesso interno precisavámos de uma técnica de inspeção que possibilitasse um mapeamento em quase toda a extensão dos equipamentos. Definimos o seguinte : Ampolas com acesso - Substituição da opção de retirada de um vaso de operação para análise do revestimento, pela inspeção dos 3 vasos pela técnica C-Scan. Evitou-se todo o problema que o equipamento poderia sofrer após a retirada de operação (limpeza, oxidação, etc). Foi realizada inspeção nas 3 ampolas para posterior análise pelo 3
API RP 579. Ampolas sem acesso - Inspeção dos 6 vasos pela técnica C-Scan para posterior análise pelo API RP 579. A opção da escolha da medição de espessura ser através da técnica C-Scan foi em virtude da maior qualidade das aquisições e das extensões dos equipamentos : Ampolas com acesso - Comprimento entre tangentes (CET) - 24000 mm Ampolas sem acesso - Comprimento entre tangentes (CET) - 30000 mm 3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Nesse tópico vamos comentar sobre a norma API RP 579. Inicialmente a norma define para avaliação quanto a perda de espessura o uso da seção 4 referente a perda de espessura generalizada. O procedimento pode ser aplicado para corrosão uniforme ou localizada. Os cálculos são feitos para verificar se o equipamento avaliado na parte corroída, pode continuar operando ou ter sua pressão reduzida. É um procedimento mais conservativo do que a seção 5 da norma API 579. Caso seja necessário utilizaremos a seção 5. A seção 4 baseia-se na espessura média corroída. Vamos utilizar o cálculo do nível 1 da seção 4 existente no API 579. Durante a descrição do trabalho vamos definir os conceitos utilizados nos cálculos. 4. UTILIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO DE ENSAIO DE ULTRA-SOM Para inspeção dos corpos das ampolas as mesmas foram divididas em áreas. Cada área foi denominada como uma "varredura". Essas varreduras procuraram cobrir toda a extensão das ampolas, exceção das regiões com berços e bocais que impediam a movimentação/acoplamento do equipamento de inspeção. Na ampola objeto desse trabalho, ocorreram 41 varreduras. O comprimento de cada varredura foi de 500 mm. 4
Foram utilizadas malhas de varredura de 49 x 49 nos eixos X e Y e velocidade de 400 mm/s de varredura. Houve em alguns casos isolados a não aquisição de pontos de espessura. A varredura foi realizada na geratriz inferior. Em cada varredura o equipamento iniciava na parte superior da meia-cana e terminava na outra parte superior. O equipamento contornava a curvatura do corpo, enquanto o cabeçote percorria o sentido longitudinal. A foto I apresenta detalhes do equipamento durante a inspeção. Foto I 5. APRESENTAÇÃO DOS DADOS DO EQUIPAMENTO Dados do vaso de pressão : Código de projeto - ASME VIII Div. 1 Diâmetro interno - 1,22 m Comprimento entre tangentes - 24,0 m Fluido - gás natural com condensado contendo enxôfre e água. Pressão de operação normal - 3344 kpa (34,1 kgf/cm²) Temperatura de operação ( C) - ambiente 5
Pressão de projeto (P) - 3677 kpa (37,5 kgf/cm²) Pressão de ajuste da PSV - 3677 kpa (37,5 kgf/cm²) Temperatura de projeto ( C) - ambiente Sobre-espessura de corrosão (C) - 3 mm Eficiência de soldas (E) - casco e tampos - 100% Radiografia - casco e tampos - total Material de casco e tampos - ASTM-A 516 Gr. 60 Tensão admissível (S) - 103421 kpa (15000 psi) Tipos de tampos - esféricos Fabricante - Usiminas N de série - 6179 Ano de fabricação - 1987 Pressão de teste hidrostático - 5521 kpa (56,3 kgf/cm²) Espessura nominal do casco - 25 mm Espessura nominal das calotas - 16 mm 6. RESULTADOS CÁLCULO UTILIZANDO O ASME VIII DIV. 1 E A MENOR ESPESSURA ENCONTRADA Iremos analisar o corpo do vaso que é a região que contêm corrosão. Considerando a menor espessura encontrada no corpo nessa inspeção (16,13 mm) na varredura 12 o valor da PMTP (pressão máxima de trabalho permitida) pelo ASME VIII, será : P SET R + 0, 6t =...(1) P = 2693 kpa (27,46 kgf/cm²) Portanto, utilizando o ASME e a menor espessura encontrada, a PMTP é inferior a pressão de operação. AVALIAÇÃO PELA SEÇÃO 4 DO API RP 579 Cálculo das espessuras mínimas requeridas do corpo (t min ) O cálculo para as condições de projeto é de acôrdo com o ASME VIII div. 1 : [P (R + FCA)] = +C SE - 0,6 P tmin...(2) 6
t min = 25,33 mm A corrosão futura (FCA) poderia ser zero devido ao vaso ser revestido, porém consideramos : 0,1875 mm. Estabelecimento da Espessura Média, Desvio Padrão das Medidas e do Coeficiente de Variação. Estabelecemos com a contratada uma distância de 49 mm entre os pontos para realização de medição de espessura. As varreduras que apresentaram problemas de baixa espessura foram : 12, 13, 14, 15, 24, 26, 30 e 37. Utilizando as espessuras nas proximidades da região corroída, obtemos as seguintes tabelas das varreduras citadas. Tabela I - Espessuras da varredura 12 próximas aos pontos de baixa espessura 147 196 245 295 343 392 1617 26,44 26,6 26,82 26,54 26,82 27,15 1568 26,71 27,15 27,04 27,26 27,15 26,76 1519 20,08 27,04 20,08 22,6 1470 27,53 27,42 27,64 27,53 27,75 27,7 1421 27,64 27,64 27,64 27,75 27,64 27,48 Tabela II - Espessuras da varredura 12 próximas a outro ponto de baixa espessura 0 49 98 147 196 1127 26,49 26,93 26,71 26,93 26,44 1078 26,76 26,27 26,60 26,93 27,20 1029 26,11 26,11 25,17 26,22 26,05 980 26,22 26,98 16,13 27,04 27,09 931 24,85 25,61 24,35 25,61 882 26,71 26,71 27,81 27,42 27,42 Tabela III - Espessuras da varredura 13 próximas ao ponto de baixa espessura 49 98 147 196 245 1274 27,31 26,93 27,64 27,09 27,26 1225 26,71 27,37 27,04 27,26 26,82 1176 27,04 27,48 17,12 27,15 27,15 7
1127 26,82 26,76 26,27 26,76 26,76 1078 27,15 27,04 26,54 26,60 27,42 Tabela IV - Espessuras da varredura 14 próximas ao ponto de baixa espessura 0 49 98 147 196 1029 26,71 26,87 26,93 27,15 26,98 980 26,76 27,31 26,98 26,98 26,98 931 25,89 18,49 26,54 26,71 27,26 882 25,61 27,09 27,31 27,26 26,71 833 26,82 26,93 26,87 26,87 26,49 Tabela V - Espessuras das varreduras 15 e 14 próximas aos pontos de baixa espessura na varredura 15. VARREDURA 15 VARREDURA 14 343 392 441 0 49 98 196 27,70 27,48 26,27 26,98 27,42 27,59 147 27,31 27,64 27,48 27,70 98 26,44 26,49 16,46 26,87 27,31 27,53 49 26,60 20,52 27,26 27,31 26,60 0 27,09 27,09 27,09 27,59 27,48 27,48 Tabela VI - Espessuras da varredura 24 próximas aos pontos de baixa espessura 98 147 196 245 295 343 1421 27,26 27,26 27,26 27,42 27,31 27,31 1372 26,93 27,31 26,49 26,38 27,15 27,15 1323 28,30 17,56 28,46 28,57 20,74 1274 26,87 27,26 27,26 27,09 27,09 27,31 1225 26,82 27,15 26,71 27,53 27,20 27,20 8
Tabela VII - Espessuras da varredura 26 próximas ao ponto de baixa espessura 196 245 295 343 392 1568 27,15 26,93 27,59 27,48 27,48 1519 27,15 27,20 27,20 1470 27,42 27,20 28,35 27,15 27,53 1421 26,54 18,22 26,76 26,93 26,33 1372 26,22 26,60 27,15 26,44 27,04 1323 26,54 27,91 26,71 26,71 26,65 Tabela VIII - Espessuras da varredura 26 próximas a outro ponto de baixa espessura 245 295 343 392 441 588 27,48 28,57 27,81 26,93 27,26 539 28,57 27,42 27,37 27,20 490 26,98 28,57 27,42 27,53 27,48 441 26,98 27,86 18,93 392 26,93 27,31 26,93 27,81 343 27,26 27,86 0,00 294 26,87 26,71 26,98 27,81 Tabela IX - Espessuras da varredura 30 próximas a ponto de baixa espessura 196 245 295 343 392 1029 25,89 25,72 26,33 26,33 26,05 980 27,15 26,93 25,89 27,04 26,33 931 26,49 26,00 26,27 27,04 882 26,87 27,20 16,46 25,72 25,61 833 25,12 22,71 24,13 23,37 25,45 784 27,09 27,15 27,20 26,87 27,37 9
Tabela X - Espessuras das varreduras 37 e 38 próximas ao ponto de baixa espessura na varredura 37. VARREDURA 38 VARREDURA 37 343 392 441 0 49 98 196 27,20 26,98 26,54 26,38 27,04 26,82 147 26,82 26,49 26,65 26,54 98 27,15 26,71 26,82 26,16 27,09 26,71 49 26,82 27,15 26,49 26,65 26,76 0 24,02 24,13 24,13 17,78 23,80 23,80 Com os valores das tabelas acima podemos obter os valores de espessura média, desvio padrão das medidas e o coeficiente de variação das medidas (COV). Tabela XI - Valores para obtenção do COV Ponto Espessura medida [mm] 1 2.. N (t FCA) (t FCA) 2 S 1 ( ti FCA) S2 ( t i FCA) = N i = N (3) (4) i 2 tavg S1 FCA = N tsd 1/ 2 S2 2 N (tavg FCA ) N N 1...(5) =...(6) 10
COV tsd = (tavg FCA )...(7) onde : t avg espessura média medida [mm]; FCA corrosão futura = 0,1875 mm; N número de pontos medidos; t SD desvio padrão das espessuras medidas [mm]; COV coeficiente de variação das espessuras medidas. Com os valores das tabelas de I a X aplicados na tabela XI obtemos os resultados citados na tabela XII: Tabela XII - Resultados I II III IV V S 1 738 751 661 658 711 S 2 19585 19590 17563 17379 18914 t avg FCA 26,37 25,91 26,43 26,31 26,4 S 2 / N 699,5 675,5 702,5 695,2 700,5 (t avg FCA) 2 695,4 671,4 698,7 692,3 694,8 t SD 2,066 2,069 2,005 1,715 2,425 COV 0,078 0,080 0,076 0,065 0,092 VI VII VIII IX X S 1 769 743 728 742 695 S 2 20521 19815 19694 19129 17969 t avg FCA 26,51 26,55 26,95 25,60 25,72 S 2 / N 707,6 707,7 729,4 659,6 665,5 (t avg FCA) 2 703 704,8 726,5 655,2 661,8 t SD 2,189 1,738 1,721 2,122 1,977 COV 0,083 0,065 0,064 0,083 0,077 Como todos os valores de COV foram inferiores a 10% (COV < 0,10), utilizaremos a espessura média ( t avg ) para avaliação das perdas de espessura. Não foi necessário estabelecer os perfis críticos de corrosão, pois os COV's foram inferiores a 10%. Analisando pelo nível 1 da seção 4, vamos verificar o critério de aceitação : Critério 1 - T am - FCA = t avg - FCA t min...(8) 11
Critério 2 - T mm - FCA ( máx [ 0,5 t min, 2,5 mm](9) T mm - menor valor medido em cada tabela (I a X) Tabela XIII - Verificação do critério de aceitação Critério 1 Critério 2 I 26,37 > 25,33 19,89 > 12,67 II 25,91 > 25,33 15,94 > 12,67 III 26,43 > 25,33 16,93 > 12,67 IV 26,31 > 25,33 18,30 > 12,67 V 26,4 > 25,33 16,27 > 12,67 VI 26,51 > 25,33 17,37 > 12,67 VII 26,55 > 25,33 18,03 > 12,67 VIII 26,95 > 25,33 18,74 > 12,67 IX 25,60 > 25,33 16,27 > 12,67 X 25,72 > 25,33 17,59 > 12,67 Conforme os resultados da tabela XIII os critérios 1 e 2 são satisfeitos em todas as varreduras analisadas. 7. CONCLUSÃO O API RP 579 Seção 4, nível 1 permite a operação do vaso nas condições atuais sem necessidade de redução da PMTP, resultado diverso do ASME VIII div. 1 utilizando a menor espessura que reduziria a PMTP do equipamento. A utilização da norma API RP 579 será disseminada na UN-BA para os casos que a PMTP do equipamento seja rebaixada no cálculo do ASME VIII principalmente se comprometer a pressão de operação. 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 12
1. "API Recommended Practice 579 - Fitness-for- Fitness", primeira edição, janeiro de 2000. 2. Donato, Guilherme Victor Peixoto - "Verificação de Perdas de Espessura em Vagões Tanque para Transporte de Amônia - CT-071/01", julho de 2001. 13