12 a Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos COTEQ 2013 047 APLICAÇÃO DE ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS PARA DETECÇÃO, DIMENSIONAMENTO E MAPEAMENTO DE DANOS POR HIDROGÊNIO EM COLUNA LAVADORA DE CARBONO Mauro Araujo 1, Arilson Silva 2, Ruben Wageck 3, Nestor Reis 4 Trabalho apresentado durante a 12 a Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos. As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade dos autores. SINOPSE A coluna Lavadora de Carbono da Planta de Amônia da Vale Fertilizantes de Araucária sofreu ataque por hidrogênio, devido a corrosão por H2S e HCN, resultando na formação de trincas induzidas pelo hidrogênio HIC hydriogen Indulced Craking. A coluna foi inspecionada usando técnicas avançadas de Ultrassom para avaliação de sua integridade. Posteriormente a avaliação, o equipamento sofreu reparos e substituição de anel do costado onde os ensaios não destrutivos garantiram a qualidade das soldas. Os ensaios realizados foram Ultrassom Phased Array e Emissão Acústica durante o tratamento térmico e Teste Hidrostático. Posteriormente, a mesma avaliação de integridade foi feita em outra coluna Lavadora de Carbono usando novas técnicas de Ultrassom tais como aplicações especificas de phased array e mapeamento com A/B/C Scan automatizado, que serão abordadas e discutidas neste trabalho técnico. INTRODUÇÃO São discutidas as aplicações dos ensaios não destrutivos utilizados para detecção, dimensionamento e mapeamento preciso dos danos por hidrogênio na coluna lavadora de carbono, a fim de serem calculados por mecânica da fratura para definição de sua criticidade. (1) 1 Araujo Engenharia 2 Araujo Engenharia 3 Vale Fertilizantes 4 Vale Fertilizantes
RESULTADOS E DISCUSSÕES Coluna 1 - Após constatar trincas induzidas por hidrogênio na Coluna 1, foi determinado que seria substituído um anel do costado. As regiões mais afetadas pelos danos por hidrogênio seriam removidas com a troca do anel, mas existia uma preocupação em relação às regiões das novas soldas (anel novo X anéis antigos), que sofreria aquecimento localizado durante a execução da nova solda, podendo resultar em propagação de danos menores nos anéis antigos. Sendo assim, foi executado o exame por phased array nas regiões dos anéis antigos que receberiam a nova solda de união com o anel novo. O objetivo foi fazer o ensaio por phased array antes e depois da soldagem para verificar se os danos menores existentes nos anéis antigos se propagaram após a soldagem do anel novo. Não houve propagação de descontinuidades após a execução da nova solda. Figura 1 Regiões examinadas por phased array nas chapas antigas que receberiam soldagem com o novo anel.
O exame por emissão por emissão acústica indicou as regiões danificadas mapeadas pelas técnicas de ultra-som. O exame durante o tratamento térmico mostrou que não houve propagação das descontinuidades existentes correspondentes aos graus de danos menos severos, o que corroborou os resultados dos exames metalográficos executados durante a qualificação dos procedimentos de soldagem em chapas danificadas. O exame por emissão acústica executado após a execução dos reparos confirmou os resultados esperados, não foi detectada atividade associada à existência de danos e defeitos estruturalmente significativos; estes dados servem de base line para inspeções não intrusivas futuras. Figura 2 Croquis com a posição dos sensores e gráfico de temperatura durante o monitoramento por emissão acústica. Coluna 2: A coluna foi inspecionada a fim de identificar os mesmos tipos de danos por hidrogênio que ocorreram na Coluna 1. Foram executados ensaios de ultrassom A/B/C/D- Scan e Phased Array. O grau de danos por hidrogênio foi classificado conforme o seguinte critério, descrito abaixo: Grau A - Sem danos induzidos pelo hidrogênio Grau B - Danos pontuais com dimensões próximas das inclusões de material. Estágio inicial de acumulo de danos. Eco produzido pela descontinuidade possui amplitude menor que a produzida pelo eco de fundo Grau C - Danos pontuais, isolados, porém com interfaces completamente formadas entre as inclusões e o material. Eco produzido pela descontinuidade possui amplitude igual ou maior que a produzida pelo eco de fundo.
Grau D - Descontinuidades pequenas, correspondentes a interligação de descontinuidades pontuais. Neste grau de danos já se observa a perda total de eco de fundo em algumas regiões. Grau E - Descontinuidades lamelares de grandes dimensões produzidas pela interligação de pequenas descontinuidades, com ou sem trincas de ligamento. Figura 3 Classificação do grau dos tipos de danos por hidrogênio possíveis. Foram examinadas as principais regiões do costado conforme histórico da coluna, para que fossem detectados, dimensionados e mapeados os possíveis danos por hidrogênio. Foi utilizada a seguinte seqüência de ensaios: - Exame por ultrassom A/B-Scan manual O exame manual por A/B-SCan permitiu a inspeção por varredura em 100% da área de interesse do costado. Por ser manual, o ensaio proporciona maior velocidade de varredura do que quando utilizados scanners automatizados, evitando perda de tempo com mapeamento de áreas isentas de descontinuidades. - Exame por Ultrassom B/C/D-Scan automatizado Foi utilizado para mapeamento preciso das áreas com descontinuidades apontadas pelo A/B- Scan. Neste exame foi possível dimensionar e mapear o tamanho das áreas afetadas, já que com uso de feixe reto (perpendicular a superfície) somente descontinuidades paralelas ao sentido de laminação da chapa são detectadas.
- Exame por Ultrassom phased array Utilizado somente nas regiões apontadas pelo ultrassom B/C/D-Scan automatizado. Foi feita uma configuração de feixe sônico angular, capaz de detectar descontinuidades transversais e perpendiculares ao sentido de laminação da chapa, sendo possível desta forma detectar danos do tipo step wise cracking (trincas de ligamento). Figura 4 Ensaios de A/B-Scan (região em amarelo) para varredura de 100% das chapas. Ensaio de C/D-Scan (regiões em cor roxa) nas regiões onde o A/B-Scan detectou descontinuidades.
Figura 5 Resultado do exame C/D-Scan automatizado para mapeamento das áreas com descontinuidades. Figura 6 Exame por phased array com feixe angular para detecção de trincas de ligamento
Figura 7 Gráficos do exame por phased array mostrando as regiões com trincas de ligamento Todas as descontinuidades encontradas foram mapeadas e dimensionadas, a fim de serem calculadas por mecânica da fratura. Figura 8 Tabela com dimensionamento das descontinuidades encontradas. Conclusão: As técnicas de ensaios não destrutivos utilizadas nestes dois casos mostraram-se adequadas para detecção, registro e classificação do grau de danos por hidrogênio. Os registros são simples e adequados para monitoramento da evolução dos danos entre inspeções. Referencias Bibliográficas - API-579 (1)