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  1. 1. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 PREFÁCIO Esta Guia n0 4 substitui a antiga Guia n0 8 de Dezembro 6.12 Tabela Resumo de Técnicas De Inspeção .........24 de 1965 com base no documento ” Organização e 6.13 Tabela Resumo de Aplicação de Técnicas de Apresentação das Guias de Inspeção de Equipamentos Inspeção .............................................................................27 do Instituto Brasileiro de Petróleo” , emitido em Maio de 1996, que reformula a estrutura das Guias, apresentando 7 Registros de Inspeção ..............................................27 uma nova numeração e a priorização para um programa 7.1 Escopo / Abrangência ............................................48 de elaboração de outras Guias. 7.2 - Instrumentos Utilizados .......................................48 7.3 Indicações / Resultados .........................................48 7.4 Responsável pela Inspeção ..................................48 7.5 FALTA CONTEÚDO ver guia de guias. Sistema de Arquivamento ......................................48 1 Documentos de Referência ........................................2 2 Definições.......................................................................2 8.1 Códigos e Padrões de Construção ......................45 3 Descrição do Equipamento ........................................4 8.2 Materiais ...................................................................45 8.3 Partes de reposição ................................................45 8.4 Soldagem .................................................................45 8.5 Ensaios Não-Destrutivos .......................................46 8.6 Teste Hidrostático ....................................................46 8.7 Métodos Avançados de Análise e Adequação ao Uso 4 8 Causas Específicas de Deterioração e Avarias .12 4.1 – Quadros Resumos ...............................................27 4.2 Corrosão sob Tensão ..............................................30 4.3 Corrosão-Fadiga ......................................................33 4.4 Perdas de Espessura Internas .............................33 4.5 Corrosão Externa.....................................................38 4.6 Fragilização ..............................................................39 Reparos e Critérios de Aceitação...........................45 – Critérios de Aceitação ...................................................46 9 Freqüência e Programação de Inspeção .............46 4.7 Danos Mecânicos ...................................................41 9.1 4.8 Envelhecimento por Deformação .........................42 9.2 4.9 Falhas de Fabricação .............................................42 10 Intervalos de Inspeção............................................46 Ferramentas Auxiliares ...........................................47 Responsabilidade Pela Inspeção...........................14 4.10 Investigação e Análise de Falhas. ........................42 4.11 Causas Desconhecidas De deterioração ...........44 5 Preparativos Para Inspeção ....................................12 ANEXO 1 – Implicações e Atribuições Legais Sobre a Inspeção de Equipamentos 5.1 Análise da Documentação ....................................12 5.2 Condições Operacionais do Processo ................12 ANEXO 2 – Práticas de Inspeção 5.3 Ciclos de Parada e Partida do Equipamento .....12 BIBLIOGRAFIA Adicional Sugerida 5.4 Procedimento de inspeção ....................................12 5.5 Material e Equipamentos de Inspeção ................12 5.6 Preparação do Equipamento para o Serviço de Inspeção em Local Confinado ........................................13 5.7 6 Segurança e Proteção Individual do Inspetor.....13 Técnicas de Inspeção ...............................................14 6.1 Inspeção visual externa ..........................................14 6.2 Inspeção Visual Interna ..........................................18 6.3 Teste por Partículas Magnéticas ..........................18 6.4 Teste por Líquidos Penetrantes ............................19 6.5 Teste por Ultra-som .................................................19 6.6 Teste por Emissão Acústica ..................................21 6.7 Teste por Radiografia e Gamagrafia ....................21 6.8 Teste por Correntes Parasitas “Eddy Current” ...22 6.9 Termografia...............................................................22 6.10 Teste por ACFM .......................................................23 6.11 Teste de Pressão .....................................................23
  2. 2. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 1 INTRODUÇÃO 2.15- API 572- Inspection of Pressure Vessels Esta publicação tem por objetivo a apresentação de orientações, sugestões e recomendações, que podem ser seguidas, como práticas de trabalho para a inspeção de equipamentos. Esta Guia representa o consenso da comunidade de inspeção das empresas que compõem os Grupos Regionais e a Comissão de Inspeção de Equipamentos do IBP, não apresentando caráter de regulamentação ou lei. 3 DEFINIÇÕES Para os fins do presente documento, aplicam-se as seguintes definições: Alteração – mudança de característica do projeto original. Característica – propriedade diferenciadora, pode ser inerente ou atribuída, qualitativa ou quantitativa. Esta Guia se aplica a inspeção em serviço de vasos de Certificação – testemunho formal de uma qualificação pressão tais como torres, colunas, reatores, esferas, através da emissão de um certificado. acumuladores, não se aplicando a permutadores de calor, CREA – Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e fornos e caldeiras, que possuem guias específicas. Agronomia. Esta Guia orienta a inspeção em serviço de vasos de Defeito – não atendimento de um requisito relacionado a pressão, priorizando o caráter preventivo. Auxilia na um uso pretendido ou especificado. determinação dos diversos métodos de inspeção para a avaliação de integridade, da identificação do tipo e Descontinuidade – interrupção das estruturas típicas de extensão dos danos. uma peça, no que se refere à homogeneidade das 2 DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA características físicas, mecânicas ou metalúrgicas. Não é necessariamente um defeito. 2.1- Organização e Apresentação das Guias de Inspeção de Equipamentos do Instituto Brasileiro de Petróleo, Documento de autorização de trabalho - documento revisão 2, de 24/5/1996. oficial da Empresa para planejamento e controle de atividades com risco. Exemplo: Permissão de Serviço (PS), 2.2- API 510- Pressure Vessel Inspection Code: Permissão de Trabalho (PT). Maintenance Inspection, Rerating, Repair and Alteration Eficácia – extensão na qual as atividades planejadas são 2.3- ANSI/NB-23- National Board Inspection Code realizadas e, como conseqüência os resultados planejados alcançados. 2.4- NR-6 - Equipamento de Proteção Individual – EPI 2.5- NR-13 - Caldeiras e vasos de pressão 2.6- NR-15 - Atividades e operações insalubres 2.7- NR-20 - Líquidos combustíveis e inflamáveis 2.8- NR-25 - Resíduos industriais 2.9- NR-26 - Sinalização de segurança 2.10- ASME Sec. VIII, Div. 1 & Div. 2- Pressure Vessels Eficiência – relação entre o resultado alcançado e os recursos usados. Ensaio – determinação de uma ou mais características de acordo com um procedimento. Equipamento de Proteção Individual (EPI) –: todo dispositivo ou produto, de uso individual utilizado pelo trabalhador, destinado à proteção contra riscos suscetíveis de ameaçar a segurança e a saúde no trabalho. Especificação – documento que estabelece requisitos. Uma especificação pode se relacionar a atividades (por 2.12- ABNT NB-109- Projeto e construção de vasos de exemplo, especificação de ensaio) ou a produtos (por pressão soldados não sujeitos a chama exemplo, especificação de produto). 2.11- ASME Sec. V- Nondestructive Examinations 2.13- API Publ. 581- Base Resource Document- Risk Formulário – modelo impresso para preenchimento de Based Inspection relato de atividades e/ou resultados. 2.14- API RP 579- Fitness-for-service Inspeção – avaliação da conformidade pela observação e julgamento, acompanhada, se necessário, de medições, 2.15- API RP 571 Damage Mechanisms Affecting Fixed ensaios ou comparação com padrões. Equipment in the Refining Industry
  3. 3. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 Local confinado – qualquer espaço com a abertura limitada de entrada e saída de ventilação natural. Exemplos de locais confinados: interior de caldeiras, tanques, carros-tanques, reatores, colunas, galerias de esgoto, tubulações, silos, porões, etc. data do arquivo: 28/05/2004 Vaso de pressão – equipamento que contém fluido sob pressão interna ou externa. Verificação – comprovação, através de evidência objetiva, de que requisitos especificados foram atendidos. NOTA 1: A distinção entre os termos defeito e nãoMétodo de ensaio não-destrutivo – disciplina aplicada conformidade é importante, já que tem conotação legal, a um princípio físico em um ensaio não-destrutivo (por particularmente aquelas associadas à responsabilidade exemplo: ensaio por ultra-som). civil pelo fato do produto. Conseqüentemente, é conveniente que o termo defeito seja empregado Não-conformidade – não atendimento a um requisito. criteriosamente. Organização – grupo de instalações e pessoas com um conjunto de responsabilidades, autoridades e relações. Parte interessada – pessoa ou grupo que tem um interesse no desempenho ou no sucesso de uma organização. Plano de Inspeção – documento que especifica quais procedimentos e recursos associados devem ser aplicados, por quem e quando, a uma inspeção de um determinado equipamento ou de uma unidade industrial. PMTA – Pressão Máxima de Trabalho Admissível é o maior valor de pressão compatível com o código de projeto, a resistência dos materiais utilizados, as dimensões do equipamento e seus parâmetros operacionais. Procedimento – forma especificada de executar uma atividade ou processo, tratando de seqüências, métodos e prescrições. Processo – conjunto de atividades inter-relaciona-das ou interativas que transforma insumos em produtos, são planejados e realizados sob condições controladas para agregar valor. Qualificação – comprovação das características e habilidades, segundo procedimentos escritos e com resultados documentados, que permitem a um indivíduo exercer determinadas tarefas. Registro – documento que apresenta resultados obtidos ou fornece evidências de atividades realizadas (por exemplo: Relatório de Inspeção). Reparo – ação implementada sobre um equipamento não conforme a fim de recuperá-lo para o uso, sem modificar o projeto original. Requisito – necessidade ou expectativa que é expressa de forma obrigatória. Sentinela: pessoa orientada para ações de emergência, que se posiciona do lado externo do local confinado, monitorando as atividades dentro do equipamento. Técnica de ensaio não-destrutivo – modo específico de utilização de um método de ensaio não-destrutivo (por exemplo: ensaio de imersão por ultra-som).
  4. 4. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 4- DESCRIÇÃO DO EQUIPAMENTO Figura 1: Vasos de Pressão: nomenclatura – 1 de 2
  5. 5. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 Figura 2 Vasos de Pressão: nomenclatura – 1 de 2
  6. 6. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 Figura 3: tipos de vaso de pressão
  7. 7. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 Figura 4: Acessórios externos de vasos depressão
  8. 8. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 Figura 5: Peças internas de vasos de pressão
  9. 9. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 Figura 6: Suportes para vasos verticais
  10. 10. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 Figura 7: Tipos de tampos para vasos de pressão
  11. 11. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 Figura 8: Aberturas e reforços em aberturas de vasos de pressões
  12. 12. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 5 PREPARATIVOS PARAINSPEÇÃO data do arquivo: 28/05/2004 informações: Em qualquer atividade de inspeção, a preparação é Norma ou critério de aceitação; essencial para atingir os objetivos com eficácia e eficiência. Suscetibilidade a determinado tipo de descontinuidade Cada vaso de pressão deve ser analisado detalhadamente, ou falha; visando identificar deterioração específica ou inerente a seu serviço. No entanto, enumeramos as seguintes Local mais suscetível à deterioração. providências genéricas que podem ser adotadas antes 5.5 M ATERIAL E EQUIPAMENTOS DE INSPEÇÃO de iniciar a inspeção: Coletar desenhos, croquis e formulários, bem como das 5.1 ANÁLISE DA DOCUMENTAÇÃO ferramentas, materiais e instrumentos necessários para a Coletar todos os desenhos, folhas de dados técnicos e realização da inspeção do vaso de pressão; croquis do equipamento e observar as seguintes Verificar as condições e o funcionamento das ferramentas características: e dos instrumentos que serão utilizados na inspeção. - condições de projeto (fluido, pressão, temperatura, etc); Sugerimos que o inspetor leve para o local da inspeção - dimensões e aspectos de fabricação (tipo de calota, ou tenha disponível para quando necessário: espessuras dos componentes, acessórios internos, existência ou não de bocas de visita para acesso ao interior do vaso, etc); - materiais envolvidos; Analisar os últimos três relatórios de inspeção, visando constatar registro de alterações de projeto, ocorrência de deterioração ou defeitos e analisar criticamente os métodos de inspeção utilizados; Verificar se as recomendações de inspeção foram atendidas ou a existência de pendências. 5.2 CONDIÇÕES OPERACIONAIS DO PROCESSO Verificar registros operacionais das temperaturas, pressões e fluidos do processo; Verificar ocorrências operacionais que possam interferir na vida útil do equipamento, tais como: surto de sobrepressão, temperaturas acima da projetada, fluidos contaminantes não previstos, vibrações, vazamentos e cargas não previstas; Pesquisar a ação do fluido do processo e seus contaminantes nos materiais envolvidos, considerando as condições operacionais. Quando o equipamento operar com diversos fluidos e condições não definidas (por exemplo, vaso pulmão ou sump), recomenda-se uma análise para a pior condição; 5.3 CICLOS DE PARADA E PARTIDA DO EQUIPAMENTO ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? lanterna; luminária de segurança; martelo; pano, lixas, escova manual, espátula; marcador industrial; giz, lápis cera; faca, raspador, estilete; ímã; trena; paquímetro; micrômetro; prancheta com formulários e outros; sacos plásticos para amostragem; medidor de espessura por ultra-som; lupa; conjunto de líquido penetrante; máquina fotográfica; medidor portátil de dureza; nível; e espelho. 5.6 PREPARAÇÃO DO EQUIPAMENTO PARA O SERVIÇO DE INSPEÇÃO EM LOCAL CONFINADO 5.6.1 Limpeza O equipamento em que será realizado o serviço deve estar vazio, lavado, drenado, desgaseificado, purgado e esfriado. 5.6.2 Isolamento Recomenda-se o isolamento dos demais equipamentos de processo através de raquetes e flanges cegos ou, sempre que possível, desconectar as tubulações de entrada e saída dos equipamentos e vedá-las com flange Verificar os ciclos térmicos envolvidos (tensões térmicas); cego. Verificar data do início de operação do equipamento, ocorrência de hibernações e início de última campanha; 5.4 PROCEDIMENTO DE INSPEÇÃO Caso existam, utilizar os planos ou procedimentos de inspeção estabelecidos para o vaso. Caso não existam planos ou procedimentos de inspeção do equipamento, identificar métodos e técnicas de inspeção a serem utilizadas, bem como as seguintes
  13. 13. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar 5.6.3 arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 Atmosfera do Local Confinado A ventilação/exaustão permanente é fundamental para eliminar ou minimizar a presença de substâncias tóxicas e/ou inflamáveis e garantir a ausência de formação de misturas explosivas. Sempre que possível, a atmosfera do local deve estar isenta de misturas explosivas ou de substâncias tóxicas e/ou inflamáveis, tais como o sulfeto de ferro (FeS) que sofre combustão espontânea quando seco e exposto ao oxigênio. Recomenda-se que não seja permitida a entrada em locais confinados com atmosferas inertes, tais como nitrogênio (N2), dióxido de carbono (CO2), freon e outros tóxicos ou não, em que o teor de oxigênio esteja abaixo dos padrões aceitáveis, sem conjunto autônomo ou equipamento de ar mandado e sem o acompanhamento da sentinela de emergência descrito no item 6.7.3. O interior do local, nestes casos, deve ser monitorado contínua ou periodicamente com relação à explosividade, aos níveis percentuais de oxigênio, H2S e/ou outros gases prejudiciais à saúde. O monitoramento não deve ser efetuado apenas próximo à entrada do equipamento, pois não medirá a concentração efetiva de gases no interior do equipamento. 5.6.4 Dispositivos Auxiliares A adequação da iluminação e os acessos aos locais de interesse da inspeção devem ser observados de modo a verificar necessidade de montagem de andaimes e/ou instalação de luminárias. Recomenda-se iluminação com uma tensão abaixo de 50V para evitar acidentes provenientes de choques elétricos. data do arquivo: 28/05/2004 5.7.2 eQUIPAMENTOS E MEDIDAS DE SEGURANÇA ADICIONAIS Apesar de observado todo o procedimento necessário para a descontaminação do local confinado, substâncias tóxicas, inflamáveis ou explosivas podem ser liberadas lentamente de resíduos sólidos aderidos às paredes. Assim, se o equipamento opera normalmente com fluidos de processos que não permitam garantir a ausência de substâncias tóxicas no seu interior, para a entrada no local confinado, recomenda-se que o inspetor utilize: ? ? ? ? proteção respiratória isolante; roupa especial de proteção; permanência de sentinela equipada para socorro; cinto de segurança tipo “pára-quedista” para resgate, com corda de salvamento de comprimento suficiente para permitir sua saída do local confinado. Após a interrupção de trabalhos, por qualquer motivo, antes do seu reinício, todos os procedimentos de monitoração devem ser repetidos. 5.7.3 Sentinela de Emergência Aconselha-se não efetuar inspeção interna de um vaso de pressão sem a presença de uma sentinela. Independente do risco existente, para toda entrada em local confinado, é importante a presença de uma sentinela. A sentinela deve ser treinada sobre os procedimentos a tomar em situações de emergência. Ao sinal de qualquer anormalidade,estiver no local confinado,opara que saia inspetor que a sentinela deve orientar imediatamente. A sentinela deve posicionar-se de tal forma que, a qualquer momento possa prestar assistência ao inspetor A delimitação da área de trabalho e a colocação de avisos que estiver no interior do local confinado. de prevenção devem ser identificadas e determinadas pelo Em casos de emergência com o inspetor no local responsável pela segurança industrial. confinado, a sentinela deve acionar um alarme e aguardar a chegada de socorro. Em nenhuma circunstância, a 5.7 SEGURANÇA E PROTEÇÃO INDIVIDUAL DO INSPETOR sentinela deve entrar no local confinado sem o auxílio de 5.7.1 Documento de autorização de trabalho outros colaboradores e desprovido dos equipamentos de Recomenda-se que a entrada em local confinado para proteção. limpeza, inspeção ou manutenção seja efetuada após emissão de documento de autorização de trabalho por A sentinela não pode ausentar-se do local, caso o inspetor funcionário autorizado, mesmo que tenham sido ainda se encontre no interior do local confinado. observadas todas as etapas previstas para 5.7.4 Equipamentos Rotativos e/ou Energizados descontaminação. Quando o serviço for executado em equipamento com O inspetor deve informar-se com o emitente do documento partes móveis no seu interior (agitador, mexedor, etc), é de autorização de trabalho quanto aos riscos envolvidos, necessária a desenergização, a colocação de dispositivo às características e precauções referentes aos produtos que impeça o acionamento acidental do equipamento e, eventualmente presentes, aos riscos de alterações das sempre que possível, a desconexão dos cabos do motor. condições da atmosfera do local confinado quando da remoção de crostas, borras, bem como quanto aos Antes de qualquer trabalho com máquinas elétricas equipamentos de proteção individuais (EPI) requeridos. portáteis ou iluminação elétrica portátil em local confinado, 5.6.5 Sinalização
  14. 14. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 o inspetor deve verificar visualmente as condições das máquinas, luminárias, cabos e extensões. data do arquivo: 28/05/2004 7.1.1 Etapas da Inspeção Visual Externa 7.1.1.1 Condições de Operação Recomenda-se não utilizar, dentro do equipamento, cabos Como primeira ação da inspeção externa, deve ser verificado se o equipamento está operando em condições elétricos com emendas, ou condutores expostos. de pressão e temperatura compatíveis com o projeto. Trabalho acima dos limites de projeto compromete a 6 RESPONSABILIDADE PELA INSPEÇÃO segurança das pessoas, instalações e do meio ambiente. A NR-13 – Norma Regulamentadora para Caldeiras e Vasos de Pressão, define no subitem 13.10.6 que a inspeção de segurança de vasos de pressão deve ser conduzida por um Profissional Habilitado, podendo contar com a participação de Técnicos de Inspeção ou Inspetores. 7.1.1.2 É de responsabilidade do Profissional Habilitado, orientar a preparação das inspeções de segurança, participar das inspeções e revisar e assinar os Relatórios de Inspeção e o Registro de Segurança. 7.1.1.3 Aos Técnicos de Inspeção e Inspetores de Equipamentos cabe a responsabilidade de preparar as inspeções de segurança de acordo com as orientações do PH, executar as inspeções e elaborar e assinar os Relatórios de Inspeção. Juntas sobrepostas das chapas que compõem o capeamento metálico abertas ou mal feitas e trincas no recobrimento asfáltico das partes sem capeamento são áreas preferenciais para infiltrações. Mesmo para os vasos de pressão não enquadrados na NR-13, devem ser observadas as determinações dos CREAs quanto às responsabilidades sobre as inspeções. frouxas ou soltas e regiões com bolsões (grandes empolamentos). Por questões de segurança essas regiões devem ser abordadas com cuidado em vasos operando, nos quais o histórico mostre ocorrência de corrosão interna intensa, principalmente naqueles que operam em temperaturas altas. Em vasos fora de operação, todo o trecho deve ser removido para análise da causa. 7 TÉCNICAS DE INSPEÇÃO 7.1 INSPEÇÃO VISUAL EXTERNA Consiste de uma verificação visual detalhada da superfície externa do vaso de pressão e sistemas que o compõem, complementada sempre que necessário pela utilização de ferramentas auxiliares e aplicação de ensaios nãodestrutivos. Identificação e Instalação No texto da Norma Regulamentadora NR-13 estão descritas condições de identificação e instalação para os vasos de pressão nela enquadrados, e que devem verificadas durante as inspeções externas. Para os demais vasos, não existem regras definidas. Isolamento Térmico Inspecionar visualmente todo o isolamento térmico, buscando identificar locais de possíveis infiltrações de umidade, de águas de chuvas ou de sistemas de dilúvio. As regiões sob as plataformas do topo, quando existentes, e junto às conexões e olhais de suportes são as mais sujeitas a conterem falhas no isolamento térmico. Para os vasos verticais, observar com cuidado a região da junção do isolamento térmico com a proteção contra fogo A periodicidade das inspeções externas deve ser da saia. estabelecida em função das condições do processo e ambientais do local da instalação, e deve estar definida Deve-se remover trechos do isolamento térmico para no programa de inspeção do vaso de pressão, com o avaliar as condições das chapas do costado, devido cuidado para que não sejam ultrapassados os principalmente nos vasos de pressão que operam em limites definidos na legislação vigente. baixas temperaturas (isolados a frio). Para esses vasos, é necessária uma amostragem mais abrangente ou Para os vasos de pressão novos sujeitos a exigências mesmo a remoção total do isolamento, pois a experiência legais de inspeção, deve ser feita inspeção inicial no local mostra que pode haver condensação ou de umidade entre definitivo de instalação, atendendo ao disposto na a parede do vaso e o isolante térmico, com instalação de legislação vigente. processo corrosivo em áreas localizadas, estando o A inspeção externa pode ser realizada com o vaso de restante da superfície completamente sã. Essas áreas pressão em condições normais de operação, ou por estão localizadas principalmente nas partes inferiores dos vasos. ocasião das paradas do equipamento. Para que a inspeção possa ser conduzida de forma objetiva, cabe ao inspetor seguir o planejado na fase de preparação e cumprir completamente cada etapa da inspeção antes de passar para a seguinte. Muitos vasos de pressão possuem pintura anticorrosiva sob o isolamento térmico e, nesse caso, essa pintura deve ser inspecionada quanto à existência de falhas localizadas (rompimento da película). Para os vasos de pressão
  15. 15. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 isolados a frio, essas falhas propiciam o aparecimento de 7.1.1..4.4 Fendilhamento, Gretamento, áreas anódicas em relação ao restante da superfície. Enrugamentos e Presença de Pontos de Corrosão Dispersos pela Superfície Pintada. O capeamento metálico do isolamento deve ser verificado quanto ao estado físico e, se necessário, ser recomendada O aparecimento desses defeitos sugere: a substituição total ou parcial. ? em pinturas recentes: aplicação incorreta; ? em pinturas relativamente novas: esquema de 7.1.1.4 Pintura de Proteção pintura inadequado; Os defeitos mais comuns encontrados em pinturas de ? em pinturas velhas: término da vida útil do sistema. proteção de equipamentos industriais são os seguintes: Para todos esses defeitos, a reparação requer a aplicação do esquema de pintura completo. 7.1.1.4.1 Empolamentos Áreas queimadas ou com mudança de coloração em vasos Principais causas de empolamentos em pinturas: refratados internamente indicam possível avaria do ? presença de umidade, óleos, graxas ou de sujeiras refratário interno. Nesse caso, a inspeção visual deve ser durante a aplicação. Aparece em curto prazo após complementada por tomada de medidas de temperatura a aplicação; da chapa na região afetada, para verificação de possíveis ? operação do equipamento, mesmo por períodos riscos para a integridade do equipamento. curtos, em temperaturas acima do limite de É prática usual se recomendar a repintura total, caso a resistência da tinta. Aparecimento imediatamente área afetada resulte maior que 30% da superfície total. após a ocorrência. incompatibilidade entre camadas das tintas que compõem As normas ASTM D 610, D 659, D 661 e D 714 o esquema de pintura. apresentam padrões fotográficos que podem ser usados como auxiliares na avaliação de pinturas. ? intervalos inadequados entre as demãos, causando problemas de ancoragem entre as camadas; ? condições de processo que permitam formação de hidrogênio atômico. Pode haver empolamento da pintura, que nesse caso poderá aparecer de forma generalizada ou localizada. Para identificar a causa provável do empolamento, devese romper alguns deles e observar o interior da bolha, verificando se existe alguma forma de contaminação ou presença de água ou algum outro líquido. No caso de empolamentos por hidrogênio, o interior das bolhas estará sempre limpo e seco. O inspetor verifica ainda, se o empolamento, está restrito à tinta de acabamento ou atinge também a tinta de fundo. No primeiro caso deve recomendar recomposição da pintura de acabamento e, no segundo, recomendar o reparo ou repintura usando o esquema completo de pintura. 7.1.1.4.2 Empoamento As regiões dos vasos de pressão mais susceptíveis ao aparecimento de processos corrosivos devidos a falhas na pintura são: ? cordões de solda manuais: nessas regiões, devido às irregularidades da superfície, não há uniformidade da espessura da película protetora. ? topo do vaso: causada por baixa aeração, quando existem plataformas muito próximas ao casco. Essa forma de ataque é comum nos vasos esféricos, torres e cilindros de armazenamento de gases. Essas regiões são difíceis de serem retocadas. ? geratriz inferior dos vaso horizontais: causada por condensação de umidade. bocais e conexões: partes dos vasos onde a pintura está sujeita a danos mecânicos por ocasião das manutenções. ? Selas: quando o vaso é simplesmente apoiado nas selas (metálicas ou de concreto) ou fixado por cordões de solda intermitentes. ? Pedestais: causada por acúmulo de detritos depositados, por objetos largados por ocasião de manutenções ou por acúmulo de águas de chuvas. Significa deterioração superficial da pintura, de modo uniforme e progressivo, por ação de raios ultra violeta. Deve ser avaliada a intensidade do desgaste para decidir o que recomendar; refazer a pintura de acabamento ou todo o esquema, ou ainda, especificar um esquema mais A avaliação da pintura de proteção deve contemplar, além adequado. da verificação de defeitos, a conformidade das cores 7.1.1.4.3 Abrasão / Erosão empregadas com a legislação de segurança em vigor. Desgaste em áreas localizadas, devido à ação de partículas sólidas carreadas por ventos freqüentes em uma mesma direção. A avaliação deve se conduzida da A inspeção visual das chapas do costado dos vasos de mesma forma que o item anterior;
  16. 16. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar 7.1.1.5 arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 Inspeção das Chapas do Costado e Pescoço dos Bocais A inspeção visual das chapas do costado dos vasos de pressão deve ser meticulosa o bastante para que os problemas detectados possam ser avaliados com o cuidado necessário para que não sejam super ou subestimados. Deve-se pesquisar conforme tabela abaixo: Inspeção do costado e bocais Dano Parte afetada Causa Regiões de falhas dos revestimentos protetores. Regiões de acúmulo de umidade. Regiões afetadas por vazamentos de produtos. Corrosão localizada Qualquer parte do vaso Regiões com baixa aeração em relação ao conjunto. Regiões de contato com materiais dissimilares. Parte exposta das roscas das conexões roscadas. Porcas e parte exposta dos chumbadores. Recomendação para ação corretiva Análise do trecho corroído para tomada de decisão quanto a: a) conviver com a situação – nesse caso, recomendar ações para estacionar o processo corros ivo. b) reparar – recomendar o preenchimento por soldagem usando procedimento qualificado. c) substituição do trecho corroído – delimitar a área a substituir e recomendar a substituição. Atentar para a necessidade da emissão de projeto de alteração e reparo. Substituição das peças afetadas. Definir a ocasião adequada, aguardar parada ou substituição imediata. Estojos frouxos. Vazamento em junta de vedação Estojos frouxos ou apresentando escoamento. Conexões Reaperto dos estojos. Reaperto ou promover maior aeração dos estojos ou resfriar os estojos. Corrosão em faces de vedação de flanges. Instalar braçadeiras com selante. Correção ou substituição dos flanges. Falha da junta de vedação. Vazamento por furo em chapa. Corpo, tampos ou pescoço de conexão Analisar os riscos envolvidos e tomar decisão sempre baseada na preservação das pessoas, meio ambiente e instalações. Corrosão externa interna localizada. Retirar de operação para análise e definição da ação corretora. Corrosão sob tensão Trincas em chapas Chapas do corpo, Dupla laminação que aflorou à tampos ou pescoço superfície externa. de conexão Trincas nucleadas por inclusões internas. Cada caso deve ser analisado cuidadosamente, preferencialmente por um especialista. Tensões residuais de soldagem. Trincas em cordões de solda e zonas adjacentes. Soldas do corpo e dos tampos Empolamento por hidrogênio Chapas do corpo, tampos e pescoço de conexão. Tratamento térmico não adequado. Pressão causada por hidrogênio ou metano retido em descontinuidades internas. Geração de hidrogênio atômico no processo. Cada caso deve ser analisado cuidadosamente, preferencialmente por um especialista. Fazer análise da região afetada, dimensionando os empolamentos maiores e pesquisando a existência de trincas ao redor. Consultar literatura específica ou especialista. Sobrepressões. Deformações do costado Partes pressurizadas Aquecimentos localizados Tensões geradas por tubulações Fazer análise da integridade do equipamento acopladas ao vaso. Tabela 1: Inspeção do costado e bocais
  17. 17. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar 7.1.1.6 arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 Suportes e Bases dos Vasos de Pressão A inspeção visual desse componente deve estar sempre contemplada no planejamento da inspeção externa. Alguns pontos devem ser verificados com mais cuidado, como a saia dos vasos verticais na junção com o corpo, região sujeita a processos corrosivos localizados sob a proteção contra fogo. Deve ser verificada também a área exposta dos chumbadores e, com auxílio de um martelo de inspeção, avaliada a integridade das porcas de fixação do equipamento. A verificação desses pontos é muito importante nos vasos de pressão verticais, principalmente nas torres. data do arquivo: 28/05/2004 É comum as medições de espessuras coincidirem com as inspeções externas. O procedimento de inspeção deve ser consultado quanto às épocas previstas e as exigências de capacitação do pessoal executante e de calibração dos instrumentos de medição. 7.2 INSPEÇÃO VISUAL INTERNA Para a monitoração da integridade física, recomenda-se que o vaso de pressão seja inspecionado internamente, segundo uma freqüência adequada às suas condições de projeto, condições operacionais e de acordo com as legislações aplicáveis. A inspeção interna, de uma forma O concreto da proteção contra fogo e das bases deve ser geral, é realizada simultaneamente ou precedida pela verificado quanto à existência de trincas ou esboroamento inspeção externa. devido a corrosão das ferragens internas. As trincas dos As primeiras providências para a realização da inspeção suportes podem ser conseqüência de recalques e, nesse estão descritas no item 5 acima Preparativos para caso, se propagam a 45° da Inspeção, onde ressaltamos as medidas de segurança e proteção individual do inspetor. A inspeção visual interna é de grande importância para a identificação de mecanismos de danos internos, cujas Nos vasos de aço carbono, é comum a instalação de características sejam de ataques não uniformes e que processo corrosivo intenso no clip de fixação do cabo de seja difícil a sua localização por meio de Ensaios Não cobre ao vaso. O martelo de inspeção deve ser usado Destrutivos externos. para verificar a integridade da ligação. Em uma inspeção visual interna de um vaso de pressão, 7.1.1.8 Escadas e Plataformas. o inspetor dirige sua atenção para: O problema mais comuns encontrado nas escadas e ? no momento da abertura do vaso, verificar a plataformas é a corrosão devida a deterioração da pintura existência de depósitos, resíduos, incrustações, de proteção. Devem ser verificados com observando o tipo, quantidade e localização. Recolher amostras para análise, se necessário; ? inspecionar o costado, as calotas, cordões de atenção os degraus e guarda-corpos das escadas, pois solda e conexões quanto a deformações, trincas, da sua integridade depende a segurança do pessoal que corrosão e erosão, danos devido a limpeza ou acessa o equipamento. Para as plataformas, deve ser manutenção; em algumas situações, pode haver a verificada a existência de regiões com sinais de acúmulo necessidade de remoção de componentes internos de águas de chuvas. Nessas regiões, é recomendável do vaso. fazer um furo na chapa para a drenagem das águas, ? verificar a ocorrência de danos por hidrogênio; evitando o empoçamento. ? avaliar o estado interno das conexões quanto à corrosão e obstrução; 7.1.1.9 Dispositivos de Segurança ? verificar a integridade do revestimento interno Devem ser verificados; (“clad”, “lining”, pintura, refratários e outros ) quanto à corrosão, estufamentos, trincas nas o estado físico aparente e sinais de vazamentos; soldas, erosão; para dispositivos do tipo válvula de segurança ou alívio, ? examinar o posicionamento, a fixação e a se a pressão de abertura é menor ou igual à pressão integridade de componentes internos, quando máxima de trabalho; houver, tais como: distribuidores, tubulações, serpentinas, defletores, demister, ciclones, grades, se existem válvulas de bloqueio à montante ou à jusante antivórtice, parafusos e porcas; e e se, em caso positivo, estão instalados dispositivos contra identificar os locais a serem preparados para inspeção o bloqueio inadvertido. por Ensaios Não Destrutivos. A medição de espessura é O programa de inspeção deve ser consultado para verificar o ensaio de realização mais freqüente e tomado como se existe coincidência da inspeção externa do vaso com base para os cálculos das taxas de corrosão. a manutenção e calibração do dispositivo. 7.1.1.7 Aterramento Elétrico 7.1.1.10 Medição de Espessuras e Cálculo da Vida Residual
  18. 18. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar 7.3 T ESTE POR arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 PARTÍCULAS M AGNÉTICAS O ensaio por partículas magnéticas é usado para detectar descontinuidades superficiais e sub superficiais em materiais ferromagnéticos. São detectados defeitos tais como: trincas, junta fria, inclusões, gota fria, dupla laminação, falta de penetração, dobramentos, segregações, etc. Figura 9: Trinca detectada por partículas magnéticas via seca. O método de ensaio está baseado na geração de um campo magnético que percorre toda a superfície do material ferromagnético. As linhas magnéticas do fluxo induzido no material desviam-se de sua trajetória ao encontrar uma descontinuidade superficial ou sub superficial, criando assim uma região com polaridade magnética, altamente atrativa à partículas magnéticas. No momento em que se provoca esta magnetização na peça, aplicam-se as partículas magnéticas por sobre a peça que serão atraídas à localidade da superfície que conter uma descontinuidade formando assim uma clara indicação de defeito Figura 10: Esquema da origem do campo de fuga Alguns exemplos típicos de aplicações são fundidos de aço ferrítico, forjados, laminados, extrudados, soldas, peças que sofreram usinagem ou tratamento térmico (porcas e parafusos), trincas por retífica e muitas outras aplicações em materiais ferrosos. Para que as descontinuidades sejam detectadas é importante que elas estejam de tal forma que sejam data do arquivo: 28/05/2004 “interceptadas” ou “cruzadas” pelas linhas do fluxo magnético induzido; conseqüentemente, a peça deverá ser magnetizada em pelo menos duas direções defasadas de 90º. Para isto utilizamos os conhecidos yokes , máquinas portáteis com contatos manuais ou equipamentos de magnetização estacionários para ensaios seriados ou padronizados. Figura 11: Trinca em cordão de solda detectada por partículas magnéticas por via seca. O uso de leitores óticos representa um importante desenvolvimento na interpretação automática dos resultados. 7.5 T ESTE POR LÍQUIDOS PENETRANTES O ensaio por Líquidos Penetrantes é considerado um dos melhores métodos de teste para a detecção de descontinuidades superficiais de materiais isentos de porosidade tais como: metais ferrosos e não ferrosos, alumínio, ligas metálicas, cerâmicas, vidros, certos tipos de plásticos ou materiais organo-sintéticos. Líquidos penetrantes também são utilizados para a detecção de vazamentos em tubos, tanques, soldas e componentes. O líquido penetrante é aplicado com pincel, pistola, ou com lata de aerossol ou mesmo imersão sobre a superfície a ser ensaiada, que então age por um tempo de penetração. Efetua-se a remoção deste penetrante da superfície por meio de lavagem com água ou remoção com solventes. A aplicação de um revelador (talco) irá mostrar a localização das descontinuidades superficiais com precisão e grande simplicidade embora suas dimensões sejam ligeiramente ampliadas. Este método está baseado no fenômeno da capilaridade que é o poder de penetração de um líquido em áreas extremamente pequenas devido a sua baixa tensão superficial. O poder de penetração é uma característica bastante importante uma vez que a sensibilidade do ensaio é enormemente dependente do mesmo.
  19. 19. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 Geralmente, as dimensões reais de um defeito interno podem ser estimadas com uma razoável precisão, fornecendo meios para que a peça ou componente em questão possa ser aceito, ou rejeitado, baseando-se em critérios de aceitação da certa norma aplicável. Utiliza-se ultra-som também para medir espessura e determinar corrosão com extrema facilidade e precisão. Figura 12: Trinca superficial em peça fundida revelada por líquido penetrante Descontinuidades em materiais fundidos tais como gota fria, trincas de tensão provocadas por processos de têmpera ou revenimento, descontinuidades de fabricação ou de processo tais como trincas, costuras, dupla laminação, sobreposição de material ou ainda trincas provocadas pela usinagem, ou fadiga do material ou mesmo corrosão sob tensão, podem ser facilmente detectadas pelo método de Líquido Penetrante. Modernamente o ultra-som é utilizado na manutenção industrial, na detecção preventiva de vazamentos de líquidos ou gases, falhas operacionais em sistemas elétricos (efeito corona), vibrações em mancais e rolamentos, etc. Para atender a necessidade de inspeção de componentes de forma automática, rápida e menos susceptível aos erros de interpretação do inspetor, foram desenvolvidas técnicas de ensaios não-destrutivos acoplados a sistemas mecatrônicos de varredura e facilidades de tratamento de imagens. 7.5.1 Teste por IRIS O Internal Rotatory Inspection System – IRIS, uma das técnicas não convencionais, tem sido utilizado em tubos Detecta descontinuidades internas em materiais, de trocadores de calor e caldeiras, com resultados baseando-se no fenômeno de reflexão de ondas acústicas satisfatórios. Esse tipo de ensaio depende quando encontram obstáculos à sua propagação, dentro fundamentalmente da limpeza da superfície a ser inspecionada – uma vez que óxidos e carepas interferem do material. com os resultados, sendo este um de seus limitantes. Um pulso ultra-sônico é gerado e transmitido através de um transdutor especial, encostado ou acoplado ao Um transdutor é conectado ao dispositivo centralizador material. Os pulsos ultra-sônicos refletidos por uma colocado dentro do tubo a ser testado. Os pulsos ultradescontinuidade, ou pela superfície oposta da peça, são sônicos são emitidos pelo transdutor na direção do eixo captados pelo transdutor, convertidos em sinais do tubo, e refletidos por um espelho a 45º , de forma a eletrônicos e mostrados na tela LCD ou em um tubo de serem direcionados radialmente à parede do tubo. As reflexões das paredes interna e externa do tubo seguem raios catódicos (TRC) do aparelho. o mesmo caminho de retorno para o transdutor – o Os ultra-sons são ondas acústicas com freqüências acima intervalo de tempo entre o primeiro eco (parede interna) e do limite audível. Normalmente, as freqüências ultra- o segundo eco (parede externa) dá a medida da espessura sônicas situam-se na faixa de 0,5 a 25 MHz. da parede do tubo, se evidenciando a espessura mínima e os defeitos encontrados interna ou externamente. 7.5 T ESTE POR ULTRA-SOM Figura 13: Princípio básico da inspeção por ultra-som. Figura 14: Esquema de funcionamento do ensaio IRIS Uma restrição ao ensaio IRIS é a não detecção de trincas – além disso pode não detectar defeitos com
  20. 20. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 diâmetros menores ou iguais a 1,5 mm. A aplicação do a região de interesse a ser inspecionada, por apenas um ensaio é limitada para tubos com diâmetros entre 9 e 100 ou dois transdutores com diversos cristais independentes, mm. geralmente entre 64 e 128 cristais por transdutor, podendo ser ampliado de acordo com a aplicação. Tais transdutores 7.5.2 Teste por TOFD são pulsados de modo multiplexado e em paralelo A técnica de TOFD (Time-of-Flight Diffraction) é baseada obedecendo a algumas regras de foco programadas pelo no tempo de percurso da onda difratada na extremidade inspetor. de uma descontinuidade para determinação da sua profundidade dentro do material. Ao difratar, a onda sofre No caso de inspeção em soldas, a varredura perpendicular conversão de modo gerando múltiplos ecos que devem às mesmas é controlada eletronicamente, não havendo ser descartados. A fim de evitar a sobreposição destes movimento mecânico dos transdutores. ecos com os de interesse, se utilizam somente ondas longitudinais que, por possuírem maior velocidade, alcançarão primeiramente o receptor, enquanto as que sofreram conversão de modo, mais lentas, apresentarão ecos bem distantes dos de interesse A técnica utiliza dois transdutores, um emissor e um receptor para cobertura do volume de material a ser inspecionado. A aquisição de vários sinais de A-Scan armazenados sucessivamente ao longo de um cordão de solda permite a formação de uma imagem D-Scan, onde as amplitudes positivas e negativas do sinal ultra-sônico são decodificadas em termos de tons de cinza. funcionamento do sistema de varredura por phased array para dois diferentes ângulos de incidência. A técnica TOFD representa um grande avanço por permitir o registro gráfico da inspeção do cordão de solda por ultra- Com a técnica, o feixe sônico pode ser focado na região som. de interesse e de forma uniforme, garantindo precisão no dimensionamento de descontinuidades. 7.6 T ESTE POR EMISSÃO ACÚSTICA O princípio do método é baseado na detecção de ondas acústicas emitidas por um material em função de uma força ou deformação aplicada nele. Caso este material tenha uma trinca, descontinuidade ou defeito, a sua propagação irá provocar ondas acústicas detectadas pelo sistema. Figura 15: Dados de varredura do TOFD. (a) 136x128 C-Scan de solda de topo de chapa de aço com 25mm de espessura. (b) A-scan ao longo da linha AB. 7.5.3 Teste por Phased Array Os resultados do ensaio por emissão acústica não são convencionais. Na realidade este método não deve ser utilizado para determinar o tipo ou tamanho das descontinuidades em uma estrutura, mas sim, para se registrar a evolução das descontinuidades durante a aplicação de tensões para as quais a estrutura estará sujeita, desde que as cargas sejam suficientes para gerar deformações localizadas, crescimento do defeito, destacamento de escória, fricção, ou outros fenômenos físicos. Aplica-se a emissão acústica quando se quer analisar ou estudar o comportamento dinâmico de defeitos em peças ou em estruturas metálicas complexas, assim como O ultra-som phased array consiste basicamente na registrar sua localização. O ensaio por emissão acústica substituição de vários transdutores de ângulos permite a localização da falha, captados por sensores diversificados, os quais são necessários para cobrir toda instalados na estrutura ou no equipamento a ser monitorado.
  21. 21. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar 7.7 arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 T ESTE POR RADIOGRAFIA E GAMAGRAFIA O método está baseado na mudança de atenuação da radiação eletromagnética (Raios-X ou Gama), causada pela presença de descontinuidades internas, quando a radiação passa pelo material e deixar sua imagem gravada em um filme, sensor radiográfico ou em um intensificador de imagem. data do arquivo: 28/05/2004 do as descontinuidades em três dimensões o que nada mais é do que uma tomografia industrial. A radiografia também passou a ser realizada em processos dinâmicos (tempo real), como no movimento de projétil ainda dentro do canhão, fluxo metálico durante o vazamento na fundição, queima dos combustíveis dentro dos mísseis, operações de soldagem, etc. 7.8 T ESTE CURRENT” POR CORRENTES PARASITAS “EDDY O campo magnético gerado por uma sonda ou bobina alimentada por corrente alternada produz correntes induzidas (correntes parasitas) na peça sendo ensaiada. O fluxo destas correntes depende das características do metal. Figura 17: Exemplo de irradiador portátil para inspeção por gamagrafia. Praticamente as “bobinas” de teste têm a forma de canetas ou sensores que passadas por sobre o material detectam trincas ou descontinuidades superficiais, ou ainda podem ter a forma de circular, oval ou quadrada por onde passa o material. Neste caso detectam-se descontinuidades ou ainda as características físico-químicas da amostra. A radiografia foi o primeiro método de ensaio não destrutivo introduzido na indústria para descobrir e quantificar A presença de descontinuidades superficiais e subdefeitos internos em materiais. superficiais (trincas, dobras ou inclusões), assim como mudanças nas características físico-químicas ou da estrutura do material (composição química, granulação, dureza, profundidade de camada endurecida, tempera, etc.) alteram o fluxo das correntes parasitas, possibilitando a sua detecção. Figura 18: Exemplo de radiografia de solda usando a técnica de parede simples - vista simples. Raios-X industriais abrangem hoje várias técnicas: O ensaio por correntes parasitas se aplica em metais tanto ferromagnéticos como não ferromagnéticos, em produtos siderúrgicos (tubos, barras e arames), em autopeças (parafusos, eixos, comandos, barras de direção, terminais, discos e panelas de freio, entre outros). O método se aplica também para detectar trincas de fadiga e corrosão em componentes e estruturas aeronáuticas e em tubos instalados em trocadores de calor, caldeiras e similares. ? Radiografia: é a técnica convencional via filme radiográfico, com gerador de Raios-X por ampola de metal cerâmica. Um filme mostra a imagem de uma posição de teste e suas respectivas descontinuidades internas. ? Gamagrafia: mesma técnica tendo como fonte de radiação um componente radioativo, chamado de “isótopo radioativo” que pode ser o Irídio, Cobalto ou modernamente o Selênio. Radioscopia: a peça é manipulada a distância dentro de uma cabine a prova de radiação, proporcionando uma imagem instantânea de toda peça em movimento, portanto tridimensional, Figura 19: Ensaio por corrente parasita. É um método limpo e rápido de ensaios não-destrutivos, mas requer tecnologia e prática na realização e ? através de um intensificador de imagem acoplado a um monitor de TV. Imagens da radioscopia agru- interpretação dos resultados. Tem baixo custo operacional padas digitalmente de modo tridimensional em um e possibilita automatização à altas velocidades de software possibilitam um efeito de cortes mostran- inspeção.
  22. 22. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 circulará ao redor dos extremos e faces desta. Esta variação da corrente elétrica está associado um campo A inspeção termográfica (Termografia) é uma técnica não- magnético que será medido por pequenos detectores destrutiva que utiliza os raios infravermelhos, para medir existentes na sonda que permitem reconhecer as temperaturas ou observar padrões diferenciais de perturbações no campo induzido. distribuição de temperatura, com o objetivo de propiciar informações relativas à condição operacional de um Em se tratando de uma técnica de inspeção relativamente componente, equipamento ou processo. Em qualquer dos recente, recomenda-se que sejam realizadas várias sistemas de manutenção considerados, a termografia se inspeções em juntas soldadas de vasos de pressão com apresenta como uma técnica de inspeção extremamente posterior confirmação das descontinuidades indicadas útil, uma vez que permite: realizar medições sem contato pela técnica de partículas magnéticas. físico com a instalação (segurança); verificar equipamentos em pleno funcionamento (sem interferência na produção); Essa técnica é bastante utilizada para identificar trincas e inspecionar grandes superfícies em pouco tempo (alto de fadiga e trincas subsuperficiais. rendimento). 7.11 T ESTE DE PRESSÃO 7.9 T ERMOGRAFIA Os aplicativos desenvolvidos para a posterior análise das informações termográficas obtidas, como a classificação de componentes elétricos defeituosos, avaliação da espessura de revestimentos e o cálculo de trocas térmicas, permitem que esses dados sejam empregados em análises preditivas. Ao término dos serviços de inspeção e de manutenção, onde são recomendados e executados reparos que podem ter afetado a estrutura do vaso, torna-se necessário realizar testes de pressão que poderão ser feitos com água, ar, vapor, ou outro meio que proporcione igual efeito de pressão, sem aumento dos riscos inerentes ao teste. Aplicações de termografia: Manutenção preditiva dos sistemas elétricos de empresas geradoras, distribuidoras e transmissoras de energia elétrica; Monitoramento de sistemas mecânicos como rolamentos e mancais; Vazamentos de vapor em plantas industriais; Análise de isolamentos térmicos e refratários; Monitoramentos de processos produtivos do vidro e de papel; Acompanhamento de performance de placas e circuitos eletrônicos; Pesquisas científicas de trocas térmicas, entre outras possibilidades. A NR-13 exige uma periodicidade do teste de pressão em função das características do vaso e de suas condições operacionais. 7.11.1 Estanqueidade O teste de estanqueidade tem como objetivo assegurar a inexistência de vazamentos, sem considerar aspectos de integridade estrutural do equipamento. Vazamentos de acessórios internos de vasos de pressão causam perdas de eficiência, podendo ainda acarretar em acúmulo de produtos em locais não previstos do vaso, Na indústria automobilística é utilizada no desenvolvimento provocando deterioração do mesmo. Em vasos de e estudo do comportamento de pneumáticos, pressão, temos os exemplos, a saber: desembaçador do pára-brisa traseiro, no turbo, a) Estanqueidade das conexões e bocas de visita – são fechadas todas as conexões para preenchimento nos freios, no sistema de refrigeração, etc. Na siderurgia do vaso com o fluido de teste e observado se há tem aplicação no levantamento do perfil térmico dos vazamento pelas juntas, pelo simples exame visual, ou fundidos durante a solidificação, na inspeção de usando-se detectores apropriados em função do fluido revestimentos refratários dos fornos. A indústria química utilizado; emprega a termografia para a otimização do processo e b) Bandejas de torres de destilação – Neste teste, a no controle dos reatores e torres de refrigeração, a bandeja é inundada com água até a altura da chapa de engenharia civil inclui a avaliação do isolamento térmico nível do vertedor, sendo seu esvaziamento espontâneo de edifícios e determina detalhes construtivos das cronometrado. A inspeção visual da parte inferior da construções como, vazamentos, etc. bandeja indicará o número de gotas que vazam na unidade de tempo através das regiões de vedação do 7.10 T ESTE POR ACFM assoalho da bandeja; A técnica ACFM (Alternating Current Field Measurement), c) Chapas de reforço – O teste, nesse caso, consiste ou seja, medição do campo de corrente alternada tem em colocar ar comprimido ou gás inerte através de um como base uma corrente alternada que circula em uma niple com entalhe na extremidade, conectado ao furo de fina camada próxima à superfície dos materiais condutores ensaio. O entalhe no niple é para evitar o bloqueio de e não necessita de contato direto entre a sonda e a peça gás no caso de a extremidade do niple entrar em a ser inspecionada. contato com o casco do vaso. A chapa deve ser Quando uma corrente elétrica uniforme é aplicada numa pressurizada com uma pressão entre 0,7 a 1,0 Kgf/cm2. área sob inspeção com uma descontinuidade tipo trinca, Após 15 minutos de pressurização, deve ser colocada
  23. 23. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 sobre as soldas em teste uma solução formadora de bolhas. 7.11.2 Hidrostático Este teste é realizado quando o vaso e seus suportes e/ ou fundações não sustentam o seu peso com a água ou quando não for possível uma perfeita secagem para a Em geral, o teste hidrostático tem como finalidade a eliminação da água, restando traços que não são verificação da integridade estrutural do equipamento e se permitidos por motivos operacionais, ou quando houver baseia sempre na atual pressão máxima de trabalho acessórios internos que não possam ter contato com líquidos. admissível do vaso de pressão. Para a execução do teste hidrostático, deve ser Novamente, citamos o código ASME que estabelece que considerado o código de projeto, a instalação, as a pressão de teste não deve exceder o valor calculado condições de suportação e de fundação do vaso de pela expressão a seguir: pressão. P = 1,25.PMA.(S /S ) f q O teste hidrostático em vasos de pressão consiste na A pressão do teste é aumentada gradualmente até cerca pressurização com um líquido apropriado a uma pressão da metade da pressão de teste. Após ter sido alcançado cujo valor no ponto mais alto do vaso é a “pressão de este valor, a pressão no vaso é incrementada em 1/10 da teste hidrostático”. pressão de teste, até a pressão requerida. Em seguida, a Recomenda-se que o teste hidrostático não seja executado pressão é reduzida a 80% da pressão de teste e mantida numa temperatura do fluido abaixo de 15°C, para prevenir o tempo suficiente para a inspeção do vaso. fratura frágil, exceto para cascos de vasos integralmente Vale lembrar que o código ASME exige que todas as construídos com materiais adequados para baixas soldas em volta de aberturas e todas as soldas de ângulo temperaturas. com espessura maior do que 6 mm sejam inspecionadas Outra advertência segue para vasos construídos em aços por partículas magnéticas ou líquido penetrante para a inoxidáveis austeníticos, ou revestidos por eles, onde a detecção de possíveis trincas. concentração de cloretos na água não deve ultrapassar Como medida de segurança, o teste pneumático só deve 50 ppm para se evitar posterior corrosão sob tensão. ser adotado quando não houver outra alternativa. Além Como exemplo, citamos o código ASME na seção VIII, disso, durante toda a execução do teste, incluindo a divisão I, o qual determina que a pressão do teste completa despressurização do vaso, somente deverão ter hidrostático deve ser igual ou maior, em qualquer ponto acesso ao vaso e suas imediações as pessoas estritamente necessárias à execução do teste e inspeção do vaso, a: do vaso de pressão. Ptp = 1,5.PMA.(S f/Sq ), onde: PMA – pressão máxima admissível de trabalho do equipamento na situação corroída na temperatura de projeto; Sf – tensão admissível do material à temperatura do teste; e Sq – tensão admissível do material na temperatura de projeto. Este é o mínimo valor que o código estabelece. Caso o projetista ou o dono do equipamento deseje estabelecer um valor mais conservador, este deve se basear em um procedimento alternativo de acordo com o próprio código ASME. Na realização do teste hidrostático, costumam-se usar, no mínimo, dois manômetros aferidos para a leitura dos valores de pressão. Tais instrumentos devem ter um fundo de escala adequado ao valor da pressão de teste. 7.11.3 Pneumático
  24. 24. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 7.12 1.1 T ABELA RESUMO DE T ÉCNICAS DE INSPEÇÃO Técnicas de investigação e detecção de mecanismos de danos Classificação geral 1. Exames físicos Técnica Tipo de informação coletada Vantagens Limitações EXAME VISUAL: exame da região a ser inspecionada com visão direta ou com auxílio de pequena ampliação Marcas de abrasão, trincas de maior porte, amassamentos, etc. Pode ser executada no campo, sem necessidade de equipamentos especiais. Pode ser fotografado. Baixa resolução / detectabilidade. MICROSCOPIA (ótica ou eletrônica): ensaio de campo ou através de réplica metalográfica Microestrutura do componente, porosidades, microtrincas (se incidentes na região estudada). Indicações do comportamento metalúrgico do material, indicações de danos ainda em pequena escala Custo, dificuldade de se realizar no campo, limitação da área estudada. MAGNETISMO: aplicação por contato ou proximidade de elemento magnético. Identifica se o material é ou não ferro magnético. Identificação rápida e confiável para uma classificação geral do material (ligas ferríticas, de níquel ou cobalto) Variações de ligas e proporções (p.ex. soldas que contenham estruturas austeníticas). RESISTÊNCIA ELÉTRICA: aplicação de corrente contínua ou alternada ao material e medição de potencial resultante ou modificação do potencial Trincas abertas à superfície. Taxa de corrosão ou desgaste (técnica de monitoração contínua ou intermitente). Integridade do revestimento. Técnica simples e interpretação relativamente fácil. Detecção de trinca só pode ser precisa se a trinca for normal à superfície e sua largura 3 vezes maior do que sua profundidade. Calibração precisa. Pode exigir correção de temperatura. Técnica simples e rápida. Resolução até 0,5mm de extensão. Pode ser realizado registro fotográfico. Existem padrões internacionais. Somente detecta trincas abertas à superfície. O PENETRANTE PODE CONTAMINAR OS PRODUTOS DE CORROSÃO, EVENTUALMENTE TORNANDO SUA IDENTIFICAÇÃO QUÍMICA POSTERIOR IMPOSSÍVEL. Resolução depende fortemente da condição de limpeza da superfície e da habilidade do operador. Técnica simples e rápida. Melhor resolução e sensibilidade do que o líquido penetrante. Existem padrões internacionais. Somente detecta trincas próximas à superfície. O material a inspecionar deve ser magnético. O VEÍCULO PODE CONTAMINAR OS PRODUTOS DE CORROSÃO, EVENTUALMENTE TORNANDO SUA IDENTIFICAÇÃO QUÍMICA POSTERIOR IMPOSSÍVEL. INSPEÇÃO POR LÍQUIDOS PENETRANTES : aplicação e posterior revelação de líquidos penetrantes. INSPEÇÃO POR PARTÍCULAS MAGNÉTICAS: Indicações gerais de incidência de trincas abertas à superfície. Indicações gerais de incidência de trincas abertas à superfície ou não, desde que próximas à superfície.
  25. 25. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 Técnicas de investigação e detecção de mecanismos de danos Classificação geral Tipo de informação coletada Vantagens RADIOGRAFIA Indicação volumétrica da incidência / extensão / localização / orientação de trincas e defeitos Espessura do material limitado apenas pelo poder da fonte. Fácil de interpretar. Bom para geometrias complexas. Grandes áreas podem ser inspecionadas juntas. Existem padrões internacionais Usualmente a radiação penetra na transversal, dificultando a detecção de trincas radiais. Demanda cuidados especiais quanto à radiação. Requer equipamentos especiais e manuseio próprio. Temperatura limite aprox. de 50ºC EMISSÃO ACÚSTICA: detecção por transdutores de sinais acústicos refletidos pelos defeitos. Incidência e localização de trincas em evolução (particularmente em vasos de pressão pressurizados) Pode ser aplicado em grandes equipamentos, continuamente ou intermitente. Requer poucos equip amentos. Interpretação de moderada a difícil, demandando experiência. Técnica de emprego passivo. MEDIÇÃO DE TEMPERATURA: lápis térmico, giz, outros Medição da temp eratura da superfície, dentro da faixa especificada. Técnica rápida, simples e confiável. Não requer equipamento especial. Fácil interpretação Somente indica a temperatura da superfície. Baixa resolução (tipicamente de 50ºC). MEDIÇÃO DE TEMPERATURA: pirômetros de radiação, infravermelho, termografia Medição da temp eratura da superfície, em ampla faixa (-20ºC a 2000ºC ou mais) Técnica rápida, e relativamente simples. Detecção de radiação infravermelha pode indicar temperaturas sob isolamento, etc. Boa resolução (até 0,1ºC). Para termografia é possível registro em vídeo. Fácil interpretação. Técnicas com infravermelho sujeitas a erro se houver presença de vapor d’água e CO2, que absorve a radiação. Requer equipamento especial MEDIÇÃO DE PRESSÃO Pressão do fluido, contínua ou variação. Relativamente simples medição e interpretação. Equipamento simples e com boa resolução Pode exigir tomada de acesso especial. 2. Exames Químicos TESTE POR PONTOS: aplicação de reagentes para indicar a presença de componentes Presença ou ausência de elementos químicos na composição do material Relativamente simples e confiável. Fácil interpretação. Material simples Requer experiência do operador. Não indica a composição completa do material. Limitado a uma certa gama de materiais. 3. Exames mecânicos TESTE DE DUREZA: aplicação de um micro ensaio de dureza em área determinada do material Técnica simples e rápida. Interpretação fácil e imediata. Pode alterar a superfície e a estrutura do material, demandando cuidado e atenção na escolha do local a ser ensaiado. Mede apenas a dureza da micro região ensaiada. Técnica Dureza do material no local testado Limitações
  26. 26. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 Tabela 1: Técnicas de investigação e detecção de mecanismos de danos 7.13 1.1 T ABELA RESUMO DE APLICAÇÃO DE T ÉCNICAS DE INSPEÇÃO Nenhuma técnica de inspeção é considerada altamente efetiva para todos os tipos de danos. Para a maioria dos tipos, podem ser utilizadas mais de uma técnica, cada uma complementando a outra. Efetividade de Técnicas de Inspeção Mecanismos de danos Trincas Trincas superficiai subsuperfi s ciais conectadas Formação de microfissuras ou microvazios Transformaç Alterações ões dimensionai metalúrgicas s Técnica de inspeção t Perda de espessura nspeção visual in u Ultra-som feixe normal u ltra-som feixe 1-3 2-3 4 4 4 1-3 1-3 1-3 3-4 3-4 2-3 4 4 1-2 4 1-2 1-2 2-3 4 4 4 p artículas magnéticas lííquido penetrante 4 1-2 3-4 4 4 4 4 4 1-3 4 4 4 4 4 Emissão acústica Eddy current Flux leakage 4 1-3 1-3 3-4 4 4 3-4 1-2 1-2 1-2 3-4 4 4 4 1-2 4 4 4 4 4 4 1-3 3-4 3-4 4 4 1-2 4 1-3 4 4 4 4 1-2 4 4 2-3 2-3 2-3 1-2 4 4 ngular Radiografia M edições mensionais di etalografia M Empolam entos 1= altamente efetivo; 2= moderadamente efetivo; 3= possivelmente efetivo; 4= não utilizado normalmente Tabela 2: Efetividade de Técnicas de Inspeção 82 CAUSAS ESPECÍFICAS DE DETERIORAÇÃO E AVARIAS 8.1 2.1 QUADROS RESUMOS 2.1.1 Tipos Gerais e Características de Danos 8.2 Tipo de dano Descrição Perda de espessura ou de material. Remoção de material de uma ou mais superfícies; pode ser geral ou localizada. Trincas superficiais conectadas. Trinca conectada a uma ou mais trincas superficiais. Trincas subsuperficiais. Trinca sob a superfície do metal. Formação de microfissuras / microvazios. Fissuras ou vazios sob a superfície do metal. Alterações metalúrgicas. Alterações na microestrutura do metal. Alterações dimensionais. Alterações nas dimensões físicas ou na orientação do m etal. Empolamentos. Formação de bolhas induzidas pelo hidrogênio em inclusões no 8.1.2 Mecanismos de Danos por Corrosão (perda de espessura)
  27. 27. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? data do arquivo: 28/05/2004 Corrosão a quente. Corrosão atmosférica. Corrosão biológica. Corrosão em ponto de injeção. Corrosão galvânica. Corrosão de orgânicos com enxofre. Corrosão pelo ácido fluorídrico. Corrosão pelo ácido fosfórico. Corrosão pelo ácido naftênico. Corrosão pelo ácido sulfúrico. Corrosão pelo fenol / “NMP”. Corrosão pelo solo. Corrosão por “flue gas”. Corrosão por ácido clorídrico. Corrosão por água de caldeira / condensado. Corrosão por água de resfriamento. Corrosão por águas ácidas (NH4HS). Corrosão por amônia. Corrosão por cáustico. Corrosão por cloreto / hipoclorito de sódio. Corrosão por cloretos inorgânicos. Corrosão por cloretos orgânicos. Corrosão por CO2 . Corrosão por ponto de orvalho de “flue gas”. Corrosão sob contato / sob depósito. Corrosão sob isolamento / proteção contra fogo. Oxidação por alta temperatura. Perda de elementos de liga. Sulfetação pelo H2 / H2S. 8.1.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 Mecanismos de Danos por Corrosão sob Tensão Fraturante (“SCC”) (trincas superficiais) ? Corrosão sob tensão fraturante por aminas. Corrosão sob tensão fraturante por amônia. Corrosão sob tensão fraturante por caustico. Corrosão sob tensão fraturante por carbonato. Corrosão sob tensão fraturante por cloreto. Corrosão sob tensão fraturante por ácido poliotiônico. Fragilização por metal líquido. Corrosão sob tensão fraturante por ácido fluorídrico. Corrosão fadiga. 8.1.4 Mecanismos de Danos Induzidos pelo Hidrogênio Mecanismos de danos Tipos de danos Empolamento. Empolamento, trincas subsuperficiais, trincas superficiais conectadas, alterações dimensionais. T r i n c a s i n d u z i d a s p e l o h id r o g ê n i o . Trincas subsuperficiais, trincas superficiais cone c tadas. Trincas induzidas pelo hidrogênio orient a d a s p e l a s t e ns õ e s ( S O H I C ) . Formação de microfissuras/ microvazios, trincas subsuperficiais, trincas s u p e r fi c i a i s c o n e c t a d a s . T r i n c a s s o b t e n s ã o p o r s ul f e t o s . Trincas superficiais conectadas. T r i n c a s s o b t e n s ã o p o r c ia n e t o s ( H C N ) . Trincas superficiais conectadas. Hidretação. Trincas subsuperficiais, m e ta l ú r g i c a s . Ataque pelo hidrogênio. Formação trin c a s . Empolamento pelo hidrogênio. Trincas superficiais m a t e rial. de trincas microfissuras/ superficiais microvazios, conectadas, conectadas, alterações alterações nas alterações metalúrgicas, propriedades do
  28. 28. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 8.1.5 Mecanismos de Danos Mecânicos Mecanismos de danos Tipos de danos Erosão por sólidos. Perda de espessura. Erosão por gotas. Perda de espessura. Cavitação. Perda de espessura. Desgaste por atrito. Perda de espessura. Fadiga. Trincas superficiais conectadas, trincas subsuperficiais. Fadiga térmica. Trincas superficiais conectadas. Corrosão fadiga. Trincas superficiais conectadas. Ruptura por fluência e te nsão. Formação de microfissuras/ microvazios, trincas subsuperficiais, trincas superficiais conectadas, alterações metalúrgicas, alterações dimensionais. Trincas por fluência. Formação de microfissuras/ microvazios, trincas subsuperficiais, trincas superficiais conectadas. Thermal ratcheting Trincas superficiais conectadas, alterações dimensionais. Sobrecarga (colapso plástico). Alterações dimensionais, perda de espessura. Fratura frágil. Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. 8.1.6 Mecanismos de Danos Metalúrgicos e pelo Ambiente Interno Mecanismos de danos Tipos de danos Fusão incipiente. Formação de microfissuras / microvazios, trincas subsuperficiais, trincas superficiais conectadas, alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Esferoidização e grafitiz ação. Formação de microfissuras / microvazios, trincas subsuperficiais, trincas superficiais conectadas, alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Endurecimento. Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Fragilização por fase sigma e “chi”. Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Fragilização a 885ºF. Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Fragilização ao revenido. Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Trincas de reaquecimento. Trincas superficiais conectadas, alterações metalúrgicas, alterações nas propri edades do material. Fragilização carbonetos. por precipitação de Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Carbonetação. Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Descarbonetação Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Oxidação do metal (“ferru gem”) Perda de espessura. Nitretação. Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Envelhecimento por deformação. Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Amolecimento devido superenvelhec imento. a Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. Fragilização devido ao envelhecimento Alterações metalúrgicas, alterações nas propriedades do material. em alta temperatura
  29. 29. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 A corrosão sob tensão por carbonatos tem sido encontrada em sistemas de refluxo e no condensador superior do fracionador principal da unidade de craqueamento A corrosão sob tensão por aminas ocorre quando um catalítico, no sistema de compressão de gás úmido à metal submetido a ação combinada de uma tensão de jusante e no sistema de águas ácidas que provêm dessas tração e de corrosão na presença de uma solução aquosa áreas. aminoalcalina a elevada temperatura. O trincamento é predominantemente intergranular e tipicamente ocorre em Alguns estudos concluem que esse fenômeno ocorre em aço-carbono como uma rede muito fina de trincas uma faixa muito estreita de potencial eletroquímico, o qual preenchidas com produto de corrosão. A corrosão sob é bastante dependente da composição da água ácida. A tensão por aminas também ocorre em aços ferríticos de susceptibilidade ao trincamento aumenta diretamente com baixa liga. o pH e com a concentração de carbonato. 8.2 CORROSÃO SOB T ENSÃO 8.2.1 Por Aminas Esse fenômeno é mais comum em unidades de Uma das ações preventivas para esse fenômeno é a monoetanolamina (MEA) e de disopropanolamina (DIPA) aplicação de tratamento térmico de alívio de tensões e em menor escala em unidades de dietanolamina (DEA). semelhante ao exposto para a prevenção da corrosão sob tensão por aminas. A concentração de amina é um fator importante na susceptibilidade ao trincamento em soluções de MEA, 8.2.3 Por Cáusticos onde tal susceptibilidade tem se mostrado mais alta na O hidróxido de sódio, em soluções concentradas e em faixa de concentrações de 15 a 35%. altas temperaturas, pode provocar corrosão sob tensão em regiões soldadas ou conformadas de aço ao carbono. Com relação à composição da solução de amina, a corrosão sob tensão ocorre tipicamente em soluções A experiência industrial indica que a falha por corrosão amino-alcalinas usadas as quais são alcalinas e contêm sob tensão por cáusticos requer um longo período de níveis bem baixos de gases ácidos. exposição de um ou mais anos. Entretanto, o aumento da concentração cáustica, bem como da temperatura do Conforme já dito antes, a CST (corrosão sob tensão) por metal aceleram a taxa de propagação das trincas. aminas é bem mais sensível em altas temperaturas, porém há de se notar que o parâmetro fundamental é a O mecanismo responsável por esse fenômeno está temperatura do metal em si e não apenas a temperatura associado à formação de hidrogênio, conforme se observa normal de processo. na reação de ataque ao aço pela solução concentrada de NaOH, abaixo: Finalmente, quanto ao nível de tensões trativas, os aços ao carbono como soldados e conformados, bem como os aços de baixa liga são sensitivos ao fenômeno devido ao alto nível de tensões residuais. A aplicação de tratamento térmico de alívio de tensões após fabricação é um método comprovado para evitar tal problema. Um tratamento de cerca de 621ºC por uma hora por polegada de espessura é considerado suficiente para prevenir o fenômeno. 8.2.2 Por Carbonatos A corrosão sob tensão por carbonatos ocorre em presença de uma água ácida alcalina contendo de moderadas a altas concentrações de carbonato associada a ação de tensões. As trincas são em grande parte intergranulares e tipicamente ocorrem em aço ao carbono como soldado como uma fina rede de trincas preenchidas com óxidos. Tais trincas se propagam paralelamente às soldas no metal base adjacente, mas também podem ocorrem no metal de solda, bem como na zona afetada termicamente (ZAT). O formato do trincamento observado na superfície do metal é descrito algumas vezes como sendo uma teia de aranha de pequenas trincas, as quais, freqüentemente, se iniciam ou se interconectam com outras trincas de solda que servem como concentradores de tensões locais. Figura 20: Corrosão sob tensão em aço inoxidável 310 por cáusticos. (Aumento de 100X) A deterioração não ocorre para temperaturas abaixo de 46ºC. Na faixa entre 46 e 82ºC, a sensibilidade ao trincamento é função da concentração cáustica e, acima desse intervalo, é alta para qualquer concentração de cáusticos acima de 5% de peso em massa. Casos históricos desse fenômeno ocorreram em colunas de destilação quando da adição de soda cáustica para controle de pH.
  30. 30. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar 8.2.4 arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 Por Cloretos Os aços inoxidáveis são conhecidos por apresentarem resistência a vários meios corrosivos. Em presença de oxidantes, eles formam uma película, constituída principalmente de Cr2O 3, que apresenta alta aderência, continuidade, baixa porosidade e alta resistividade elétrica. Entretanto, a adsorção de íons cloreto, Cl - , causa descontinuidade na película de cromo. A pequena área exposta, onde os íons são adsorvidos, funciona como anodo para a grande área catódica do filme de óxido, gerando alta densidade de corrente na área anódica. Com o início do processo corrosivo, a hidrólise de íons metálicos, originados na área anódica, causa decréscimo de pH, impedindo o reparo da película e acelerando o processo corrosivo. Figura 22: Corrosão sob tensão em aço inoxidável 310 por ácido politiônico. (Aumento de 100X) Admitindo-se aço inoxidável em presença de água aerada O ácido politiônico causa rápida corrosão sob tensão de contendo cloreto, a ação autocatalítica pode ser explicada forma intergranular preferencialmente próximo a soldas, pelas reações abaixo: onde a microestrutura sensitizada se faz presente. ? na área anódica: 8.2.6 Trincas Induzidas pelo Hidrogênio Orientadas Fe ? Fe2+ + 2e pelas Tensões, em Presença de Ácido Fluorídrico. produzindo excesso de carga positiva nessa área, ocasionando a migração para dentro do pite de íons cloreto para manter o balanço eletrônico, com o conseqüente aumento da concentração de FeCl2, que sofre hidrólise, isto é: FeCl2 + 2H2O ? Fé(OH)2 +2HCl ? ou hidrólise dos íons Fe2+ e Cr3+ Fe2+ + 2H2O ? Fe(OH)2 + 2H+ Cr3+ + 3H2O ? Cr(OH)3 + 3H+ ? o aumento da concentração de íons H+ acelera o processo corrosivo, como a seguir: Fe + 2HCl ? FeCl2 + H2 Essa deterioração é definida como um arranjo empilhado de pequenas bolhas de empolamento juntas, causadas por corrosão sob tensão por hidrogênio, que são alinhadas na direção da espessura da parede de aço como um resultado de altas tensões trativas localizadas. Essas trincas são uma forma especial de trincas induzidas pelo hidrogênio, as quais ocorrem usualmente no metal de base próximas à zona afetada termicamente da solda, onde há altas tensões, tanto residuais, quanto aplicadas (devido à pressão interna). Esse trincamento é especialmente perigoso quando o material é um aço laminado com médio a alto teor de enxofre, ou com baixo teor de enxofre, porém sem com conseqüente formação de FeCL2, que voltará a sofrer tratamento térmico. Isso porque as bolhas de hidrogênio hidrólise mantendo a continuidade do processo corrosivo. se formam nas inclusões de enxofre alongadas. A fonte de hidrogênio nesse caso provem da corrosão com o ácido fluorídrico que libera o hidrogênio metálico, o qual permeia a parede de aço. As bolhas são cavidades planares preenchidas por hidrogênio. Figura 21: Corrosão sob tensão por Cl - em liga de monel. 8.2.5 Por Ácido Politiônico Os ácidos politiônicos são formados durante paradas de unidades quando água e oxigênio reagem com sulfetos Figura 23: SOHIC em aço carbono na presença de HF. de cromo-ferro, os quais se originam em superfícies de aços inoxidáveis em vasos de pressão expostos a gases sulfídricos em alta temperatura. Tais ácidos apresentamse sob diversas formas, sendo a forma H SnO6 a mais 2 conhecida.
  31. 31. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 8.2.7 Trincas Induzidas pelo Hidrogênio Orientadas pelas Tensões, em Presença de Sulfetos de Hidrogênio. 8.2.9 8.2.8 8.3 Por Ácido Fluorídrico A corrosão sob tensão por ácido fluorídrico ocorre, como em vários outros exemplos de corrosão sob tensão, em É o mesmo fenômeno apresentado acima, porém o aços de alta resistência ou em ZTA’s de aços de mais hidrogênio é advindo da reação de corrosão do aço pelo baixa resistência. H2S. A presença de 50ppm é suficiente para causar Prendedores de ligas de aço têm sido uma grande fonte trincamento induzido pelo hidrogênio. de falhas em serviços com HF anidro. Os prendedores de A qualidade da chapa de aço, quanto à sua pureza química cromo-molibdênio ASTM A193 grau B7 são duros e é um parâmetro essencial para diminuir a tendência à trincam na presença de ácido fluorídrico. O grau B7M, do formação dessas trincas, além da redução de tensões mesmo aço, porém revenido até obter a dureza no intervalo residuais através de um tratamento térmico de alívio de 201-235 Brinell pode ser uma escolha melhor se o contato com o ácido não pode ser evitado. tensões pós soldagem. Por Sulfetos A corrosão sob tensão por sulfetos resulta da absorção de hidrogênio atômico, produzido pelo processo de corrosão do sulfeto na parede metálica, associada à ação de tensões trativas no material. CORROSÃO-FADIGA Caso um componente esteja sujeito a esforços cíclicos em um meio capaz de atacar quimicamente ou eletroquimicamente o material exposto, verificam-se condições para a implantação da corrosão sob fadiga. Os metais que fundamentalmente estão sujeitos a esse tipo de ataque são aqueles que têm uma camada protetora. As fraturas sucessivas, durante a propagação da trinca de fadiga, rompem continuamente as camadas protetoras, expondo o material ativo à ação do ambiente corrosivo. O processo se caracteriza pelo desaparecimento do limite de fadiga. Geralmente, a corrosão sob tensão por sulfetos não é um problema para aços ao carbono usados em vasos de pressão em refinarias nos serviços com sulfeto de hidrogênio na presença de umidade porque tais aços apresentam baixos níveis de resistência e dureza, porém em depósitos de solda e na ZTA há risco de ocorrer o trincamento, uma vez que tais áreas apresentam elevadas É característico desse tipo de corrosão o aparecimento tensões residuais. de profundas escavações no material oriundas da A susceptibilidade à corrosão sob tensão por sulfetos está corrosão. Observam-se fendas perpendiculares à direção associada a dois parâmetros chaves: o pH e a de tensão e que seguem caminho mais ou menos reto e concentração de H2S dissolvido na água ou na fase vapor. regular, de forma que é possível reconhecer a parte por Tipicamente, o fluxo de hidrogênio em aços é menor em onde ela se iniciou e que, freqüentemente, está soluções de pH neutro. A corrosão em baixo pH é causada relacionada com pites de corrosão formados inicialmente por H2S, enquanto que a corrosão em pH alto é causada na superfície do metal. As trincas são geralmente pelo íon bissulfeto. A presença de cianetos a elevadas transgranulares. temperaturas agrava a permeação do hidrogênio para dentro do aço. Figura 24: Trinca por corrosão sob tensão por H2S em suporte de aço inoxidável. A presença 1ppm de H S na água foi constatada como 2 suficiente para desencadear a corrosão sob tensão. Figura 25: Corrosão sob fadiga em tubo de trocador de calor de latão almirantado.
  32. 32. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 limitadas a 0,35 a 0,45 mole/mole. Assim como em muitos outros mecanismos de corrosão, o aumento da temperatura é seguido pelo aumento da taxa de corrosão. Outro fator importante em corrosão por aminas é a presença de produtos de degradação de aminas, conhecidos como sais de amina estáveis ao calor, da sigla em inglês HSAS. Esses produtos agem de duas formas. Por um lado, reduzem a quantidade de amina ativa disponível para absorver gás ácido, resultando em maiores cargas deste. Por outro lado, alguns produtos são corrosivos por si mesmos. Em sistemas de MEA e DEA, tais sais quando acima de 5% em peso podem começar a aumentar a corrosão. MDEA também forma sais estáveis, mas a principal influência sobre a sua corrosividade nessas unidades é a existência de contaminantes de ácidos orgânicos (oxalatos e acetatos). Figura 26: Corrosão sob fadiga em junta de expansão. 8.4 8.4.1 PERDAS DE ESPESSURA INTERNAS Corrosão por Aminas A corrosão por aminas é, em geral, uma forma de corrosão localizada que ocorre principalmente em aço ao carbono em alguns processos de tratamento de gás. Na ausência de altas velocidades e de turbulência, a corrosão por aminas é geralmente uniforme. Maiores velocidades e turbulência podem causar a nucleação de gás ácido dissolvido na solução em pontos onde haja significativa queda de pressão, tais como curvas ou válvulas, agravando a corrosão localizada. O efeito de altas velocidades também pode ser a ruptura de filmes de sulfeto de ferro protetores que podem se formar. Onde a velocidade é essencial, a corrosão pode se apresentar tanto em forma de pites, quanto em forma de sulcos. Para aços ao carbono, limites comuns de velocidades são 1,5m/ s para amina rica e 6m/s para amina pobre. A monoetanolamina (MEA), a dietanolamina (DMEA) e a metildietanolamina (MDEA), conforme apresentadas anteriormente, são usadas para remover gases ácidos, principalmente H S, de fluxos da planta de processo, 2 sendo que MEA e DEA também removem CO 2 . Geralmente, a corrosão é menos severa com MDEA do 8.4.2 Corrosão Microbiológica que com MEA e DEA quando os contaminantes são bem A corrosão microbiológica é um dano especialmente controlados. perigoso quando água com pH neutro permanece em A corrosão em aços ao carbono em processos de constante contato com uma superfície metálica geralmente tratamento com aminas é uma função de vários em aço-carbono, aço inoxidável e ligas de alumínio e parâmetros, sendo os principais a temperatura, a cobre. concentração da solução de amina e a concentração de O primeiro sinal de corrosão microbiológica é inesperado, gás ácido na solução. pois ocorre em soluções neutras e em temperatura As concentrações em peso mais comumente usadas são ambiente, onde as taxas de corrosão são geralmente 20%pp MEA, 30%pp DEA e 40 a 50%pp de MDEA. Em baixas. Excessivos depósitos ou tubérculos são característicos desse tipo de corrosão. A quebra desses concentrações superiores, a corrosão aumenta. depósitos muitas vezes revela uma lama de magnetita A carga de gás ácido é relatada em termos de moles de escura e sulfeto de ferro com o odor característico do H S. 2 gás ácido por moles de amina ativa. Diz-se que uma As superfícies dos pites abaixo dos depósitos são solução rica é aquela com alta quantidade relativa de gás brilhantes, mas escurecem ao primeiro contato com o ar. ácido. A corrosão por amina regenerada com altas cargas pobres não é um problema incomum como era de se Um dos tipos mais conhecidos de corrosão microbiológica é a corrosão por bactérias redutoras de sulfato. O esperar. Isso porque as temperaturas mecanismo pelo qual as bactérias redutoras de sulfato, de soluções de amina mais pobres são freqüentemente conhecidas como BRS, aceleram a corrosão em aços é mais altas do que as de soluções ricas. incerto, porém a teoria “clássica” diz que a reação de Para se determinar a carga de gás ácido, ambos H S e redução catódica, 2 CO2 devem ser medidos e apenas a quantidade de amina 2H+ + 2e- ? 2H ? H2, “ativa” deve ser considerada para efeitos de cálculo da é acelerada quando o hidrogênio nascente, H, reage com carga. Em sistemas que contêm apenas H2S, cargas de o oxigênio, O, provindo da redução de sulfato, amina ricas até 0,7 mole/mole têm sido satisfatórias. Em sistemas com H S e CO2, cargas ricas são geralmente SO42- ? S2- + 4O. 2
  33. 33. IBP – Instituto Brasileiro de Petróleo e Gás GRINSP-RJ GUIA N 0 4 – Inspeção de Vasos de Pressão Emissão Preliminar 8.4.3 arquivo: GuiaNº4 - Rev0.16 data do arquivo: 28/05/2004 Cavitação Vcor = taxa de corrosão em mm/ano A cavitação é a ação dinâmica, associada à formação e T = temperatura de operação em K ao colapso ou implosão de cavidades nas regiões de um PCO2 = pressão parcial de CO2 em bar determinado equipamento que ficam abaixo da pressão 8.4.5 Corrosão por Aeração Diferencial de vapor do líquido. Este tipo de corrosão ocorre toda vez que se tem variações As conseqüências da cavitação são observadas nas superfícies metálicas com a existência de alvéolos e pites. A forma mais eficaz de atuar para evitar tal fenômeno, particularmente em vasos de pressão, é a alteração de projetos de montagem, visando eliminar justamente abruptas transições de seções, de forma a evitar turbulência, além de regiões com quedas de pressão. Figura 27: Detalhes construtivos causadores de erosão por cavitação. 1.1.1 Corrosão por CO2 Enquanto tem havido vários estudos focando no mecanismo de dissolução de metal em águas contendo CO2, os esforços de De Waard e Milliams e de outros apresenta uma representação comumente aceita onde a dissolução anódica do ferro é um mecanismo dependente do pH, o processo catódico é dirigido pela redução direta do ácido carbônico não dissociado. Essas reações podem ser representadas por: Fe —————> Fe++ + 2e-(reação anódica) H2CO3 + e-——> HCO3- + H (reação catódica) A reação global de corrosão é representada por: na concentração de oxigênio no eletrólito. Como o potencial eletroquímico de um material metálico se torna cada vez mais catódico quanto maior for a concentração de oxigênio no meio ao seu redor, as áreas em contato com maior concentração de oxigênio serão catódicas em relação àquelas com concentração inferior de oxigênio. Figura 28: Corrosão por aeração diferencial em componente de flange, ocasionada por junta que possibilitou a existência de fresta. Esse fenômeno ocorre com freqüência elevada na interface de saída de uma estrutura do solo ou da água para a atmosfera. 8.4.6 Dezincificação Dezincificação é o processo corrosivo que se observa nas ligas de zinco, especialmente ligas de latão, utilizadas em trocadores de calor, tubulações para água salgada, dentre outros. Do processo de corrosão, resulta a oxidação seletiva do zinco restando o cobre e produtos de corrosão. Fe + 2H2CO3 —> Fe++ + 2 HCO3- + H2 A criação do íon bicarbonato pode levar a um acréscimo no pH da solução até que as condições de promoção da precipitação do carbonato de ferro sejam alcançadas, levando à reação dada abaixo: Fe + 2HCO3- —> FeCO3+ H2O+CO2 A solubilidade do carbonato de ferro, a qual decresce com o aumento da temperatura, e a conseqüente precipitação do carbonato de ferro é um fator significante na avaliação da corrosividade. Essa equação da taxa de corrosão é dada por: Log (V cor ) = 5.8 - 1710/T + 0.67 log (pCO2) ——— (1) onde: Figura 29: Dezincificação em válvula de latão: área dezincificada com coloração avermelhada e película de cobre.

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