INSPEÇÃO EM OPERAÇÃO DE TUBULAÇÕES ATRAVÉS DE TÉCNICAS CONVENCIONAIS E NÃO CONVENCIONAIS DE END. Autores*: Glaydston E. Evangelista (PETROBRAS/FAFEN/MISE/PIE-SE) Juvêncio Vieira Santos (PETROBRAS/ENGENHARIA/IEABAST/IERN/CMCO) Trabalho apresentado no III PANNDT -, realizado no período de 02 a 06 de junho de 2003, no Rio de Janeiro-RJ-Brasil. Palavras-chaves : Inspeção de tubulações em operação: Emissão Acústica, LP a quente. As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do (s) autor(es). 02 a 06 de Junho de 2003 / June 2 to 6 2003 Rio de Janeiro - RJ - Brasil 1
SINOPSE Palavras-chaves : Corrosão Sob Tensão (CST) em tubulações; Inspeção em operação por Emissão Acústica e LP a quente. A FAFEN-SE iniciou em julho de 1999, inspeção em operação, usando a técnica da Emissão Acústica (EA), associada às técnicas de inspeção visual e por líquido penetrante (LP) a quente, em algumas das principais tubulações de aço inoxidável isoladas com silicato de cálcio, da planta de Uréia, com o propósito de identificar previamente aquelas que apresentavam problemas de trincas por corrosão sob tensão (CST), e que ofereciam riscos à segurança, à continuidade operacional e ao meio ambiente. A adoção da técnica de inspeção em operação por EA, associada à do LP a quente, ocorreu em virtude do interesse da FAFEN-SE em encontrar um meio eficiente e mais rápido para inspecionar em operação os sistemas de tubulações, que viabilizasse o diagnóstico prévio de problemas e o planejamento e execução de manutenção preventiva, a fim de reduzir ao máximo possível as possibilidades de perda de produção e ocorrências de acidentes causados por falhas (vazamento,) das tubulações durante a campanha operacional. A redução do volume de serviço em parada foi outro forte motivo para a busca de técnica alternativa para realização de inspeção em operação. 1 INTRODUÇÃO A Unidade de Uréia da FAFEN-SE entrou em operação em 1982, e ao longo de sua campanha operacional tem apresentado um baixo índice de ocorrência de falhas nas suas tubulações que, em grande parte, é construída de aço inoxidável revestido com silicato de cálcio, operam sob temperatura entre 40 ºC e 180 ºC, pressão entre 2,0 e 210 kg/cm² e diâmetros entre 4,0 e 22. Nos últimos anos, algumas das tubulações têm falhado (trincas, fraturas, vazamentos) por corrosão sob tensão (CST) causada pelo isolamento térmico de silicato de cálcio, provocando perda de produção devido a redução da capacidade e até parada da unidade para reparos. A FAFEN-SE iniciou em julho de 1999, inspeção em operação das principais tubulações, usando a técnica da Emissão Acústica (EA). Ver descrição da técnica no item 2.2, associada às técnicas de inspeção visual e por líquido penetrante a quente, com os objetivos de obter um diagnóstico das condições físicas das tubulações, e detectar o maior número possível de pontos afetados pela CST, a fim de repará-los ou substituí-los preventivamente em parada programada, reduzindo ao máximo possível as possibilidades de ocorrência de falhas futuras. O objetivo desse trabalho é: apresentar de forma comparativa os resultados obtidos através das três técnicas de inspeção acima citadas; destacando a eficácia das técnicas de inspeção visual e por LP na detecção e diagnóstico de CST causada por isolamento térmico de tubulações; bem como, proporcionar um debate que traga divulgação e esclarecimento sobre a aplicação da EA e das demais técnicas e ferramentas de inspeção em serviço de tubulações de aço inoxidável. 2
2 INSPEÇÃO 2.1 - CRITÉRIOS PARA REALIZAÇÃO DA INSPEÇÃO Devido às dificuldades em se efetuar inspeção em operação em 100% das tubulações, foi selecionada uma amostra utilizando critérios, tais como: importância operacional das tubulações (se interrompe ou não a produção), diâmetro, pressão e temperatura de operação. Apesar de ter sido definido também priorizar a inspeção dos pontos inferiores após longos trechos verticais devido à maior probabilidade de contaminação pelo contato com águas de chuvas, foram inspecionados também trechos horizontais e inclinados. Assim sendo, foram priorizadas e selecionadas para inspeção por emissão acústica, tubulações de grande importância operacional, com diâmetro maior ou igual a 4, que operassem com pressões mais elevadas e sob temperatura entre 40 ºC e 120ºC (faixa em que a literatura diz ser mais favorável para a ocorrência de CST). A inspeção foi efetuada com as tubulações operando em condições normais de pressão e temperatura, na seguinte seqüência: inspeção por EA; inspeção visual após remoção do isolamento térmico, cobrindo toda a extensão inspecionada, com especial atenção aos pontos indicados para reavaliação pela EA; e inspeção com LP a quente nos pontos indicados pela EA ou pela inspeção visual. Foram inspecionadas 10 tubulações, perfazendo um total de aproximadamente 222 metros, com diâmetros entre 4 e 20. Ver tabela 2 anexa. 2.2 - DESCRIÇÃO DAS TÉCNICAS EMPREGADAS 2.2.1 - LP a Quente Utilizou-se procedimento elaborado e qualificado pela PETROBRAS/ENGENHARIA/SL/SEQUI a pedido da FAFEN-SE. Foram utilizados materiais conforme tabela 1 abaixo: Tabela 1 FABRICANTE REFERÊNCIA COMERCIAL PENETRANTE MÉTODO DE APLICACÃO PENETRANTE REMOVEDOR REFERÊNCIA COMERCIAL REVELADOR MÉTODO APLICAÇÃO REVELADO R Metal-chek VP - 302 Pincelamento R - 502 D - 702 Aerossol A faixa de temperatura para aplicação do procedimento é de 60 a 120ºC. 2.2.1 Emissão Acústica (EA) A técnica empregada, baseada no Código ASME, Sec. V, Artigo 13, foi a seguinte: Monitoramento da linha sem alteração na condição de serviço, em trechos de até 20m, através de um sistema portátil de 2 sensores, com recurso de ajuste automático do limite de referência, com monitoramento periódico. Implementando-se além da aquisição de parâmetros convencionais de EA, o registro do espectro de freqüência dos sinais e; análise através da atividade registrada em cada trecho monitorado. O monitoramento de cada região durou cerca de 2 horas gerando arquivos armazenados em meio magnético e posteriormente enviados à PASA para análise. Foi realizado treinamento pela PASA de pessoal da FAFEN-SE, para a aquisição e armazenamento dos dados gerados pelo ensaio através da utilização de software específico. 3
2.3 Avaliação dos resultados A Emissão Acústica indicou 40 pontos para avaliação complementar, segundo uma ordem de prioridade definida em função da intensidade e características das atividades das indicações detectadas pelo ensaio. A inspeção visual confirmou que apenas 3 dos 40 pontos indicados pela EA apresentavam sinais e evidências de CST. Constatou também a existência de mais 10 pontos com indícios de CST dentro da região inspecionada pela EA, que não foram detectados por esta técnica.. Detectou-se também outros 3 pontos fora da região inspecionada pela EA, A inspeção por LP a quente, revelou-se muito eficaz e confirmou a presença de descontinuidades lineares ramificadas típicas de CST nos pontos indicados pela inspeção visual. Ver fotos 1 e 2. Em função da inspeção visual e por LP, foram recomendadas substituições de 4 curvas e 3 niples em 4 tubulações. 2.3 Reinspeção por EA Face ao grande interesse da FAFEN-SE em dispor de técnicas eficientes de inspeção para todos os seus equipamentos, inclusive tubulações, e devido aos resultados insatisfatórios apresentados pelo ensaio por EA na primeira etapa dos trabalhos, e em função dos bons resultados apresentados por esta técnica em outras inspeções anteriores em vasos de pressão da FAFEN-SE, e ainda devido ao interesse da empresa executante do ensaio (PASA) em aprimorar esta técnica, foi efetuada reinspeção por amostragem em algumas das regiões que apresentaram resultados conflitantes. Dessa vez, a seleção das tubulações foi realizada levando-se em conta as seguintes características: tubulação inicialmente testada pela EA, que apresentou indicações lineares durante a inspeção visual/lp, e que não foram detectadas pela EA nem indicadas para inspeção complementar; tubulação com pequeno vazamento por descontinuidade linear e; tubulação indicada para inspeção complementar pela primeira EA. Como os resultados da reinspeção não foram informados pela PASA consideramos como conclusivos os resultados aqui apresentados. 3 CONCLUSÃO Concluímos que os resultados obtidos, confirmaram a eficácia do procedimento e dos produtos para inspeção por LP a quente, qualificados pela PETROBRAS/ENGENHARIA/SL/SEQUI., possibilitando a execução da inspeção em operação, com maior eficiência e confiabilidade. Em função dos resultados apresentados pela inspeção visual e pelo LP a quente, verificamos que apesar das limitações devido às dificuldades de execução em operação, bem como da necessidade de remoção de longos trechos de isolamento térmico, essas duas técnicas se mostraram bastante eficazes para detecção de CST externa nas tubulações de aço inoxidável da FAFEN-SE com as unidades em operação; especialmente pelo aspecto característico que este tipo de corrosão apresenta naqueles materiais. Concluímos, também, que a técnica de Emissão Acústica empregada experimentalmente na inspeção em operação das tubulações, não apresentou os bons resultados obtidos em outras inspeções realizadas em vasos da FAFEN-SE, através das técnicas consideradas convencionais desse ensaio. 4
4 RECOMENDAÇÃO Embora os resultados apresentados pela EA não tenham sido satisfatórios, e em função de sua principal proposta (detectar descontinuidades relacionadas a CST em atividade nas tubulações, sob condições reais de operação) ser de grande interesse para a comunidade de inspeção, recomendamos que a PASA, ou outra empresa, prossiga com estudos e experimentos visando viabilizar esta técnica e torná-la confiável. 5
TAG DA TUBULAÇÃO PG-14 -B2L- 294 001 PG-20 -B1L- 294 003 PG-16 -A1L- 294 007 PG-4 A3K- 294 028 US-22 -B2L- 294 002 US-6 -A1L- 294 007 **CB-8 -B1L- 294 017 CB-8 -B1L- 294 016 ***CB-8 -B1L- 294 015 CB-8 -B1L- 294 014 CB-5 M1L- 294 019 ANEXO II TABELA 2: RESULTADO DO ENSAIO DE EMISSÃO ACÚSTICA VERSOS INSPEÇÃO VISUAL E POR L.P. EXECUTADO NAS TUBULAÇÕES DE INOX DA URÉIA. DE PARA PRES. OPERA. NORM/ MÁX Kgf/cm2 TEMP. OPER./ MÁX. ( C) % INSP. E.A COMPR. INSPECIO -NADO (mm) COMP. TOTAL DA TUBULA ÇÃO (mm) Nº DE ENSA- IOS REALI- ZADOS PONTOS INDACA- DOS PELA E.A PONTOS CONFIR- MADOS. T-401 P-431 17,5/20 127/180 64,14 25.655 39.998 1 6 0 TRINCAS NÃO INDICA- DAS PELA E.A. (REVELA- DAS POR E.V e L.P) SUBSTI- TUI- ÇÕES P-410 T-406 17,5/20 100/120 80,80 8.822 10.918 1 4 1 1 curva T-402 LV-202 2,0/3,0 114/130 50,06 19.457 38.861 2 8 0 T-404 PG-4-030 2,8/4,0 135/150 69,61 50.151 72.041 4 4 0 3 em regiões E.A e 3 fora T-401 P-403 25/28 155/180 45,65 5.426 11.879 1 1 0 T-402 LV-202 2,0/3,0 107/130 81,24 38.602 47.512 3 3 1 1 B-415B CB-8-016 24/25 100/110 100 4.147 4.147 1 2 2 2 1 curva e 1 niple B-415A B-402A 24/25 100/110 100 57.983 57.983 8 10 1 3 1 curva e 1 niple CB-8-014 B-415B 17/20 100/110 100 3.805 3.805 1 0 0 P-410 B-415A 17/20 100/110 100 8.765 8.765 2 3 0 1 1 curva e 1 niple B-402A CB-4-021 200/210 100/110 * 1 2 0 TOTAL 222.813 295.909 28 43 4 13 * INSPEÇÃO POR SPOOL **Foi confundida com a CB-8 -B1L-294014; ***Foi confundida com a CB-8 -B1L-294016 6
ANEXO I ROTEIRO FOTOGRÁFICO Foto 1: Trincas por CST na curva 02 da tubulação CB-8 -B1L-294017. Foto 2: Trincas por CST em curva da tubulação Cb-8 -B1L-294018. 7