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, 2002. As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade dos autores
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.
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.
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.
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. 2.2. 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 1998. 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.
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). 2.3. 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.
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.