Inspeção em equipamentos pressurizados e tubulações industriais

No final dos anos 90 e início dos anos 2000 o cenário brasileiro passava por um período com alto volume de investimentos na área de infraestrutura, tanto por iniciativa do estado quanto privada. A exploração de petróleo acumulava uma alta expectativa de crescimento, a indústria de alimentos & bebidas estava se estabilizando porém apresentando uma participação no PIB do país na casa dos 10% e outros setores como telecomunicações, farmacêutica e agro impulsionando investimentos na área de refrigeração.

Todo esse investimento impulsionou uma área que nos últimos 20 anos apresentou um crescimento exponencial e formou muitos profissionais oriundos de outras áreas: a Manutenção.

Contudo muitos sites alcançaram uma idade caracterizada como meia vida, caso tenham recebidos investimentos em uma manutenção adequada, ainda lhe restam pelo menos mais 20 anos de operação, caso contrário, certos cuidados em relação à sua manutenção devem ser tomados.

Medição de espessura da parede como ferramenta para inspeção

A API 579-1/ASME FFS-1 estabeleceu um procedimento que se destina a realização de análises de adequação para operação de componentes pressurizados sujeitos a perda generalizada de espessura resultante da corrosão, erosão ou ambos. O procedimento pode ser usado para qualificar um componente para funcionamento contínuo ou para alterações nas condições de operação.

Os procedimentos de avaliação são baseados na espessura média da região analisada. Se forem identificadas perdas localizadas de espessura no componente, a abordagem pode produzir resultados conservadores. Para esses casos, a API 579-1/ASME FFS-1 fornece outros procedimentos que podem ser utilizados para reduzir o conservadorismo. Para a maioria das avaliações, recomenda-se primeiro realizar o procedimento apresentado abaixo.

Aplicabilidade e limitações do procedimento

Os procedimentos de avaliação podem ser usados para avaliar a perda de espessura em geral (uniforme ou local) que excede, ou está previsto para exceder, a corrosão tolerável antes da próxima inspeção programada. A perda de espessura generalizada pode ocorrer no interior ou fora do sistema de tubulações. O procedimento baseia-se numa avaliação realizada com base em leituras pontuais de espessura.

O procedimento de avaliação a ser utilizado em uma avaliação depende do tipo de dados disponíveis de espessura (leituras pontuais ou perfis), das características da perda de metal (generalizada ou local), e do grau de conservadorismo aceitável para a avaliação.

Os métodos de cálculo apresentados são fornecidos para ajustes das condições operacionais, caso os critérios de aceitação não sejam satisfeitos. Para componentes pressurizados, os métodos de cálculo podem ser usados para encontrar uma Pressão Máxima de Trabalho Admissível (PMTA).

Os procedimentos de avaliação só se aplicam aos componentes que não estão operando no regime de fluência. A temperatura de projeto deve ser menor ou igual ao dos valores apresentados na tabela abaixo:

As seguintes definições de componentes são usadas para determinação do tipo de avaliação permitida:

Componentes tipo A - um componente que tem equação de projeto que se refere especificamente a pressão (ou altura de enchimento para tanques) e/ou outras cargas, conforme o caso, para uma espessura de parede necessária.

Exemplos de componentes tipo A:

o Vaso de pressão cilíndrico e seções cônicas de cascas;

o Vaso de pressão e tanques de armazenamento esféricos;

o Cabeças esféricas, elípticas e torisféricas;

o Estreitamentos de tubulações;

o Cotovelos ou curvas da tubulação, que não têm ligações estruturais;

o Tanques de armazenamento com casas de seções cilíndricas.

Componentes tipo B - um componente que não tem uma equação de projeto que se refere especificamente a pressão (ou altura de enchimento para tanques) e/ou outras cargas, conforme o caso, para uma espessura de parede necessária. Esses componentes têm um procedimento de código de projeto para determinar uma configuração mínima aceitável. Componentes tipo B geralmente possuem uma grande descontinuidade estrutural e necessitam de reforços estruturais, ou necessitam de uma análise de tensões com base em uma determinada condição de operação, geometria e configuração de espessura. Estas regras normalmente resultam em um componente com uma espessura que é dependente de outro componente. Regras de projeto deste tipo têm interdependência de espessura a definição de uma espessura mínima em um componente é ambígua.

Exemplos de componentes tipo B:

o Bocais de tanques e vasos de pressão e conexões de tubulações;

o Zona de reforço em transições cônicas;

o Junções de cilindro para cabeça chata;

o Conexões integrais de tubulações;

o Flanges;

o Sistemas de tubulações.

Componentes tipo C - um componente que não tem uma equação de projeto que se refere especificamente a pressão (ou altura de enchimento para tanques) e/ou outras cargas, conforme o caso, para uma espessura de parede necessária. Além disso, esses componentes não têm um procedimento para código de projeto para determinar tensões locais.

Exemplos de componentes tipo C:

o Junções de casca com cabeça de vaso de pressão;

o Anéis de enrijecimento anexados a cascas;

o Suportes do tipo manga e luva em vasos de pressão;

o Junção da casca inferior para o fundo de tanques.

Os procedimentos de nível 1 ou 2 apresentados a seguir só se aplicam se todas as condições forem satisfeitas:

- Os critérios de projeto original estão de acordo com um código reconhecido ou padronizado;

- A região de perda de espessura tem contornos relativamente lisos, sem entalhes que possam atuar como concentradores de tensão;

- O componente não está em serviço cíclico.

As seguintes limitações nos tipos de componentes e cargas aplicadas são satisfeitas:

Avaliação de nível 1 - Componentes tipo A sujeitos à pressão interna ou pressões externas (cargas suplementares são assumidas como sendo insignificantes);

Avaliação de nível 2 - Componentes do tipo A ou B sujeitos a pressão interna, pressão externa, cargas suplementares, ou qualquer combinação dos dois.

Uma avaliação de nível 3 deve ser realizada quando as avaliações de nível 1 ou 2 não se aplicarem, ou caso as mesmas forneçam resultados muito conservadores.

Dados necessários para avaliação

Leituras de espessura são necessárias no componente onde ocorreu a perda de espessura para avaliar a perda generalizada de metal.

Os dados de espessura podem ser obtidos de duas maneiras:

- Leituras pontuais de espessura - leituras pontuais de espessura podem ser utilizadas para caracterizar a perda em um componente, caso não haja diferenças significativas nos valores de espessura obtidos em pontos locais de inspeção;

- Perfis de espessura - perfis de espessura devem ser usados para caracterizar a perda de espessura em um componente se há uma variação significativa nas leituras de espessura. Neste caso, a perda de espessura pode ser localizada, e um perfil de espessuras (obtido a partir de leituras realizado num reticulado) deve ser usado para caracterizar a espessura restante e tamanho da região onde ocorreu a perda de espessura.

Os valores de espessura utilizados na presente recomendação, para a avaliação da perda generalizada de espessura, são a média das medidas e a espessura mínima medida.

Se leituras pontuais são executadas para realizar a análise, assume-se que há uma perda generalizada de espessura no componente. Neste caso, são necessárias as seguintes ações para confirmar tal afirmação:

- Ensaios não destrutivos (END) adicionais devem ser realizados, como inspeção visual, radiografia, etc.;

- Um valor mínimo de 15 medições de espessura deve ser realizado. Em alguns casos, leituras adicionais podem ser necessárias, baseado no tamanho do componente, nos detalhes de construção e a natureza do meio que causou a perda de espessura;

- Se o Coeficiente de Variação (COV) das leituras de espessura for maior que 10%, então devem ser usados os perfis de espessura. O COV é definido como o desvio padrão dividido pela média.

Recomendações para a inspeção e requisitos de dimensionamento

As leituras de espessura são feitas através do ensaio de ultrassom (US). O método pode proporcionar alta precisão e pode ser utilizado para leituras pontuais e na obtenção de PCE’s (Perfil Crítico de Espessura). As limitações da técnica estão associadas com a preparação superficial da amostra.

As técnicas de preparação de superfície variam dependendo das condições da superfície, mas em muitos casos, a utilização de escova de aço é suficiente. No entanto, se a superfície apresentar muitas irregularidades pode ser necessário realizar o desbaste da mesma.

Se a perda de material for menor do que a corrosão/erosão admissível e ainda existir espessura admissível para a operação futura, nenhuma ação é requerida, a não ser o registro dos dados, caso contrário, uma avaliação será necessária.

Fontes:

1. Arquivo pessoal;

2. Avaliação de integridade e estimativa de vida útil de componentes de caldeiras em UTES - Grupo de trabalho de manutenção de usinas térmicas - GTMT/ABRAGE - Belo Horizonte, publicado em 23 de Maio de 2013.