apostila sobre inspeção em vaso de pressão

INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO EM VASOS DE PRESSÃO Página: 1 de 268 Autor: Nestor Ferreira de Carvalho

APRESENTAÇÃO

Esta apostila é uma coletânea de informações extraídas dos códigos internacionais de construção e montagem, principalmente dos códigos ASME, recomendações práticas de inspeção do Instituto Brasileiro do Petróleo (IBP), recomendações práticas do American Petroleun Institute (API), artigos técnicos emitidos por entidades reconhecidas internacionalmente, como o The Welding Institute (TWI), livros técnicos e Normas Regulamentadoras de Segurança válidas no território nacional, todos referentes à fabricação, montagem, controle de qualidade, soldagem, inspeção e manutenção de vasos sob pressão, bem como, da experiência adquirida em mais de 35 anos de trabalho no acompanhamento de serviços relativos à fabricação, montagem, controle de qualidade, soldagem, manutenção, inspeção e avaliação da integridade física de vasos sob pressão e caldeiras. As informações contidas nesta apostila têm, basicamente, a finalidade de: -facilitar o acompanhamento da exposição feita durante o curso;

-auxiliar na definição e decisões inerentes aos serviços de inspeção, manutenção e avaliação da integridade de vasos sob pressão em operação; e -servir como fonte de consulta na resolução de problemas futuros, durante sua vida profissional. Considerando que existe um desenvolvimento contínuo de novas técnicas, com conseqüente aperfeiçoamento das Normas e requisitos de qualidade, os assuntos aqui abordados podem ser modernizados. Por isso, sempre que possível, o autor procurou informar o local de onde foram tiradas as informações apresentadas. Compete ao usuário verificar se esses conceitos não foram atualizados antes de aplicá-los, o que não invalida o trabalho apresentado, pois sem conhecer o atual, não haverá a curiosidade no futuro. Agradeço a todos os profissionais que colaboraram para a elaboração desse trabalho e espero que o mesmo contribua na preparação de técnicos que venham ou estejam atuando no ramo de inspeção e/ou manutenção dos vasos de pressão.

Nestor Ferreira de Carvalho

Eng. de Equipamentos e Profissional Habilitado


INSPEÇÃO E MANUTENÇÃO EM VASOS DE PRESSÃO PARTE 1

ASSUNTO PÁGINA

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................

01

2. COMPONENTES..........................................................................................

01

3. CLASSIFICAÇÃO........................................................................................

11

4. SUPORTAÇÃO............................................................................................

13

5. CÓDIGOS DE CONSTRUÇÃO....................................................................

17

6. DEFINIÇÕES................................................................................................

25

7. MATERIAIS.................................................................................................

38

8. REVESTIMENTOS......................................................................................

44

9. JUNTAS SOLDADAS..................................................................................

50


1. INTRODUÇÃO Entende-se como "Vaso de Pressão" todos os reservatórios, de qualquer tipo, dimensões ou finalidades, não sujeitos a chama, que contenham qualquer fluido, projetado para resistir com segurança uma pressão interna superior a 1 Kgf/cm2 ou inferior à pressão atmosférica; ou submetidos à pressão externa. Em refinarias de petróleo, indústrias químicas e petroquímicas os vasos de pressão constituem um conjunto importante de equipamentos que abrangem os mais variados usos. Nas refinarias de petróleo, os vasos de pressão são utilizados, principalmente, para os seguintes motivos:

-ARMAZENAMENTO DE GÁS: por motivos econômicos, os gases são armazenados sob pressão

normalmente liquefeitos, para que se possa ter grande peso armazenado num volume relativamente pequeno. Exemplo : esferas de GLP.

-PROCESSAMENTO: inúmeros processos necessitam, para sua realização, de um ambiente

pressurizado. Exemplo: vasos em unidades de destilação, reforma, craqueamento, geração de vapor, etc.

A construção de um vaso de pressão envolve uma série de cuidados especiais relacionados com o seu projeto, fabricação, montagem, inspeção e testes. Pois a falhas de um vaso de pressão, quando em operação, além de provocar perda de produto e parada de um processo, pode acarretar perda de vidas. Assim, um vaso de pressão, normalmente é considerado um EQUIPAMENTO DE GRANDE RISCO DE PERICULOSIDADE.

2. COMPONENTES

A Subcomissão de Inspeção de Equipamentos do Instituto Brasileiro de Petróleo em fevereiro de 1963 aprovou a Guia nº. 2 de Inspeção de Equipamentos que padronizou a Nomenclatura a ser usada para equipamentos e acessórios nas refinarias de petróleo. A figura 1 mostra um resumo da nomenclatura usada para os vasos de pressão. Com o objetivo de melhor familiarizar o técnico de inspeção com os acessórios internos usualmente encontrados nos vasos de pressão alguns ítens indicados na figura 1 serão melhor detalhados:

2.1. ALÇAPÃO (item 9.5 da figura 1)

Em torres de processo com diâmetro acima de 1 metro as bandejas são divididas em seções para possibilitar sua entrada no equipamento, já que, em geral, as bocas de visita tem no máximo 915 milímetros de diâmetro.


LEGENDA : 1. CASCO 1.1. - Revestimento metálico interno (clad

ou lining ). 1.2. - Revestimento de proteção contra

fogo ( fire-proofing ). 2. TAMPOS OU CALOTAS

2.1. - Elipsoidal. 2.2. - Toroesférico. 2.3. - Hemisférico. 2.4. - Cônico. 2.5. - Torocônico.

3. BOCAL OU CONEXÃO 3.1. - Pescoço. 3.2. - Flange. 3.3. - Meia luva.

4. BOCA DE VISITA 5. VIGIA 6. JUNTAS DE VEDAÇÃO 7. BRAÇO DE CARGA. 8. TUBOS INTERNOS

8.1. - Retirada de produto. 8.2. - Distribuidor. 8.3. - Serpentina. 8.4. - Feixe tubular.

9. BANDEJA 9.1. - Assoalho da bandeja. 9.2. - Borbulhador de campânula.

9.2.1. - Suporte. 9.2.2. - Cruzeta. 9.2.3. - Colarinho. 9.2.4. - Campânula.

9.3. - Vertedor. 9.3.1. - Vertedor central. 9.3.2. - Vertedor lateral.

9.4. - Caixa de retirada. 9.5. - Alçapão. 9.6. - Vigas de sustentação.

10. PANELA 10.1. - Fundo. 10.2. - Vedação. 10.3. - Chaminé.

FIGURA 1 - Nomenclatura adotada pela guia de Inspeção do I.B.P (LEGENDA).

11. DEFLETOR 11.1. - Anel. 11.2. - Disco. 11.3. - Saia. 11.4. - Prato perfurado.

12. CHAPA DE DESGASTE 13. ANTIVÓRTICE 14. PORCAS, PARAFUSOS OU

ESTOJOS 15. FILTRO 16. ENCHIMENTO 17. SUSTENTAÇÃO DO ENCHIMENTO 18. TIRANTE 19. POTE OU BOTA 20. RETENTOR DE GOTÍCULAS 21. BOCA DE INSPEÇÃO 22. GRADE 23. ANEL DE REFORÇO 24. ANEL DE SUSTENTAÇÃO DO

ISOLAMENTO 25. ISOLAMENTO 26. BERÇO 27. APOIOS

27.1. - Saia cilíndrica. 27.2. - Saia cônica. 27.3. - Colunas. 27.4. - Boca de visita da saia.

28. ANEL DE SUSTENTAÇÃO DE ACESSÓRIOS

29. GRAMPO DE FIXAÇÃO 29.1. - Grampo. 29.2. - Parafuso. 29.3. - Arruela. 29.4. - Porca.

30. GRAMPO DE FIXAÇÃO


FIGURA 1 - (Continuação) -Figura relativa a legenda da página anterior.

CANTONEIRA

CHAPA

CHAPA

7

8.2

8.1

8.3

1

1.1

2

2.4

3.1

3.2

4

5 9.1

9.2 9.2.1

9.2.2

9.2.3

9.2.4

9.3.1

9.3.2 10.1

10.2

10.3

15

11.1

11.2

11.3

11.4 12

16

17 22

20

19

18

23

27.1

27..2

27.3

27.4

26

25 1

6

29.1

29.2

29.4

29.3

24

30

28

14

3.3


Para facilitar a inspeção e limpeza das torres durante uma parada operacional, bem como facilitar a montagem e desmontagem, em todas as bandejas uma das seções é de fácil remoção, normalmente, chamada de ALÇAPÃO ou boca de visita da bandeja. Esta seção é facilmente identificada pois seu sistema de fixação é através de arruela ovais, enquanto nas demais seções da bandeja as arrula são redondas. As arruelas ovais possibilitam a remoção do alçapão sem que seja necessário remover os parafusos que prendem estas arruelas, reduzindo o serviço e evitando a queda e/ou perda de peças durante a abertura das bandejas, antes da limpeza interna da torre. Por isso, usa-se a expressão abrir e não remover alçapões ( figura 2 ). Existem alguns casos em que os alçapões são fixados com feixes de abertura rápida, usado principalmente em equipamentos onde as seções de bandejas são soldadas entre si.

FIGURA 2 - Fixação de alçapões.

2.2. BORBULHADORES DE CAMPÂNULA (item 9.2 da figura 1)

São assim chamados porque sua principal função é borbulhar gás em contra-fluxo numa lamina de líquido formada sobre o assoalho da bandeja, cujo nível é determinado pela altura do colarinho do borbulhador, que deve ser igual a altura da chapa de nível da bandeja, situada sobre o assoalho da bandeja e próxima ao vertedor. Os borbulhadores podem ter forma circular ou retangular, com uma das extremidades aberta e dentada e a outra fechada. São instalados com a extremidade aberta voltada para o assoalho da bandeja, como mostra a figura 3, onde também podem ser vistas as diversas maneiras de fixação dos borbulhadores ao assoalho da bandeja, sendo os esquemas 3 e 8, os mais usados.

OBS. Muitos profissionais chamam os borbulhadores de campânula, simplesmente de

borbulhadores.

ALÇAPÃO

ARRUELA OVAL

ARRUELA REDODNDA


FIGURA 3 - Métodos de fixação dos borbulhadores de campânula.

2.3. BORBULHADORES TIPO VÁLVULA (item 31 da figura 1) Os borbulhadores tipo válvula ou simplesmente válvulas, são assim chamados porque ao contrário dos borbulhadores de campânula, regulam o fluxo do gás borbulhado através de um movimento de sobe-desce, dentro de um curso pré-fixado pelas exigências do processo, como uma válvula de controle.

Estas válvulas tem um formato de disco com um diâmetro de aproximadamente 5 cm e possuem três pernas espaçadas de 120°, com um comprimento que pode variar de 3 a 10 mm, aproximadamente. São mantidas junto ao assoalho da bandeja pela, deformação das pontas de suas pernas, de maneira que sua movimentação seja possível, sem que se soltem do assoalho, com mostra a figura 4. 2.4. ANEL DE SUSTENTAÇÃO DE ACESSÓRIOS INTERNOS (item 28 da

figura 1) As bandejas e outros internos podem se unidos ao casco do vaso de duas maneiras : solda ou através de grampos fixados a um anel de sustentação soldado ao casco. 2.4.1.União por Solda Os internos cuja sua existência não impede o acesso ao interior do equipamento, não precisam ser removidos para manutenção, não são descartáveis após um determinado período e são do mesmo material do casco, costumam ser soldados diretamente ao casco. Todos os outro acessórios que não satisfazem essas exigências, são fixados por grampos presos a um anel de sustentação, de material similar ao casco, soldado a este. 2.4.2. União por Grampos (Item 29 da Figura 1)


A utilização de grampos que fazem a ligação do acessório interno com o casco do vaso, através do anel de sustentação tem como principal vantagem a facilidade de remoção do acessório e evita a necessidade de soldas dissimilares, quando estes são de material diferentes do casco. A figura 5 mostra detalhes dessa união. As seções de bandejas tem que ser unidas de maneira a evitar desníveis no assoalho e/ou vazamentos que possam comprometer o nível da bandeja. Essa união é feita com um rebaixo em uma das seções da bandeja e uma união través de parafuso com porcas, como mostra o esquema da figura 6. As demais partes que formam uma bandeja, como : vertedores (item 9.3 da figura 1), chapas de nível etc. são unidos ao casco da mesma maneira que as bandejas, apenas usando como peça intermediária anéis de fixação na posição longitudinal ao casco,algumas vezes chamadas de ″orelhas″.

FIGURA 4 - Borbulhadores tipo válvula.


FIGURA 5 - União de acessórios internos ao casco.

FIGURA 6 - União entre seções de bandeja.

ESTOJO CHANFRADO ALÇAPÃO

SECÇÃO DE BANDEJA

PORCA SEXTAVADA

ARRUELA

PORCA SEXTAVADA

ARRUELA

SECÇÃO DE BANDEJA

GRAMPO NO 20F

PARAFUSO

SOLDA PARAFUSO/GRAMPO

ARRUELA DE MAT. ISOLANTE

ARRUELA PORCA SEXTAVADA

ANEL DE SUSTENTAÇÃO DA BANDEJA

GUARNIÇÃO DE MAT.

ISOLANTE

PAREDE DO VASO


2.5. VIGAS DE SUSTENTAÇÃO (item 9.6. da figura 1)

Em equipamentos de grandes diâmetros ( acima de 1,5 metros ) é usual a utilização de vigas de sustentaçào para melhorar a suportação e a rigidez das seções de bandejas e outros internos. Essas vigas são integrais e atravessam todo o diâmetro do vaso, sendo fixadas por parafuso e porcas, em pequenas chapas soldadas ao casco, popularmente chamadas de ″orelhas″.

2.6. ENCHIMENTO (item 16 da figura 1)

Em algumas torres de processo usadas para a separaçao ou extração de líquidos ou gases, as bandejas sao substiuídas por enchimento. Enchimentos, são pequenas peças na forma cilíndrica, esférica ou de sela cuja finalidade é aumentar o rendimento do processo. Essas pequenas peças recebem nomes variados em funçào de sua forma e detalhes construtivos,com mostra a figura 7 e são colocadas no interior do equipamento de maneira aleatória num espaço pré-determinado, como mostra a figura 8.

FIGURA 7 - Constituintes de um enchimento.

Outro tipo de enchimento, mais moderno, é o chamado de leito estruturado, cuja finalidade é a mesma do descrito anteriormente. A figura 9 mostra a instalação de um leito estruturado no interior de uma torre de processo. Normalmente, as placas que formam o leito são de material plástico resistente ao meio, o principal limite deste tipo de interno é a temperatura de projeto do vaso.

SELAS ANÉIS PALL ANÉIS RASCHING

ESFERAS ANÉIS LESSING


FIGURA 8 - Leito recheado com anéis de pall.

FIGURA 9 - Leito estruturado. 2.7. RETENTORES DE GOTÍCULAS ( item 20 da figura 1 )

ANEL PALL (PALL RING)

DISTRIBUIÇÃO ALEATÓRIA

GRADE DE SUPORTAÇÃO

VISTA INTERNA DO VASO

TELHAS ARRUMADAS DE MANEIRA A POSSIBILITAR AO PRODUTO VÁRIOS CAMINHOS DIFERENTES


Retentores de gotículas podem ser usados tanto para reter gotículas como partículas sólidas. Os retentores de gotículas são usados para evitar o arraste de líquido em correntes de vapores. Os vapores em movimento no interior de um vaso arrastam gotículas que ao passarem pelo retentor ficam retidas nas suas malhas. As gotículas acumuladas formam gotas que caem novamente sobre o nível líquido do vaso. Assim, os vapores saem secos evitando problemas futuros (figura 10). Os retentores são fabricados com fios de arame formando malhas com dimensões controladas e adequadas as exigências do processo. A exemplo das bandejas, os retentores também são divididos em seções, conpactadas e montadas entre grades ligadas por arames, o que facilita seu manuseio, montagem, aumento ou redução do número de camadas do retentor e permitem a sua instalação no interior dos vasos. Os materiais mais usados na fabricação dos fios, que constituem o retentor e parte estrutural, são : aço carbono ou inoxidável austenítico para a parte estrutural e aço inoxidável, monel ou plástico para os fios que compoem a malha do retentor.

FIGURA 10 - Retentores de gotículas.

Os retentores de partículas são usados para reter as partículas sólidas contidas na corrente de gases e são fabricados da mesma maneira que os retentores de gotículas. O material particulado retido na malha será removido apenas nas paradas operacionais, quando o conjunto deve ser removido para limpeza e manutenção. Quando a espessura da malha do retentor estiver inferior ao projetado ou parte dela estiver danificada podem ser adicionadas mais camadas ou substituídas as danificadas, sem a necessidade de mexer nas

DEMISTER

ENTRADA DE PRODUTO

SAÍDA DE GÁS

RETENTOR DE GOTÍCULAS

DRENAGEM

FASE LÍQUIDA


demais camadas, desde que o fio usado na malha esteja em boas condições físicas. A falta de limpeza desses retentores pode limitar a saída de produto do vaso. Os retentores de gotículas ou partículas sólidas são popularmente chamados de ″DEMISTER″.

3. CLASSIFICAÇÃO

Nos vasos de pressão podemos distinguir três dimensões, como sendo necessárias em todos os vasos : diâmetro interno (DI), diâmetro externo (DE) e comprimento entre tangentes (CET). O Comprimento entre tangentes (CET), representa o comprimento total entre as linhas de tangência, traçadas entre o corpo e as calotas de um vaso de pressão. Baseando-se na posição em que essas três dimensões estão em relação ao solo, podemos classificar os vasos de pressão como mostrado a tabela 1.

CLASSIFICAÇÃO DO VASO (figura 11)

TIPO DE CASCO

POSIÇÃO DE DI E DE EM RELAÇÃO AO

SOLO

POSIÇÃO DE CET EM RELAÇÀO AO SOLO

CILÍNDRICO VERTICAL

CILÍNDRICO PARALELOS PERPENDICULAR

CILÍNDRICO INCLINADO

CILÍNDRICO INCLINADOS INCLINADA

CILÍNDRICO HORIZONTAL

CILÍNDRICO PERPENDICULARES PARALELA

ESFÉRICO ESFÉRICO INDEFINIDA INDEFINIDA

TABELA 1 - Classificaçào dos vasos de pressão.

A partir dessa classificação, podem ser definidos outros tipos de vasos, mudando-se algum dos componentes do vaso. Por exemplo: mudando-se as calotas de um vaso cilíndrico vertical, para calotas cônicas, teremos um vaso cilíndrico cônico, etc.


FIGURA 11 - Classificação dos vasos de pressão.

CET

DI DE

CILÍNDRICO HORIZONTAL

CET

DI

DE

CILÍNDRICO VERTICAL

DI DE

ESFÉRICO

CET

DI

DE

CILÍNDRICO INCLINADO


4. SUPORTAÇÃO

4.1. INTRODUÇÃO Todos os vasos de presào devem ter suporte próprio não se admitindo, mesmo para vasos leves ou de pequenas dimensões, que fiquem suportados pelas tubulações a ele ligadas. O apêndice G, da divisão 1, seção VIII, do código ASME, considerando que um vaso suportado na posição vertical ou horizontal terá cargas concentradas impostas ao casco, nas regiões de apoio, faz uma série de recomendações práticas a serem adotadas no projeto de suporte e ligações de um vaso de pressão. Dentre essas recomentdações merecem destaque as descritas a seguir :

* Todos os suportes devem ser projetadas de forma a evitar tensões excessivas localizadas

* Deve ser evitado grandes concentrações de tensões, nas proximidades de mudanças de formato, de nervuras de reforço e próximo as uniões soldadas ;

* Quando uma saia cilíndrica for fixada no casco por uma solda de ângulo, situada acima da lnha de tangência do tampo, a tensão localizada de flexão é similar à de uma junta sobreposta circunferêncial, podendo ser considerada satisfatória ;

* Quando a saia for fixada abaixo da linha de tangência do tampo, são introduzidas tensões localizadas e pode ser necessário um aumento na espessura da parede do vaso ;

* Os vasos horizontais podem ser suportados por selas ou suportes equivalentes, excetuados os excessivamente pequenos, o apoio proporcionado pelas selas deve estender-se no mínimo, sobre 1/3 da circunferência do casco do vaso.

* A quantidade de supores, para vasos horizontais, deve ser a menor possível, preferencialmente dois, no comprimento do vaso.

4.2. SUPORTES PARA VASOS HORIZONTAIS Normalmente os vasos de pressão horizontais são suportados por dois berços, distribuindo-se igualmente o peso do vaso e do seu conteúdo. Teoricamente, considerando-se o vaso como uma viga com os extremos em balanço, os berços deveriam ser localizados de tal forma a obter um momento fletor no meio do vão igual aos momentos fletores nos pontos de apoio, como mostra a figura 12. Este problema foi estudado por ZICK que, levando em consideração o efeito enrrigecedor dos tampos sobre a parte cilíndrica, construiu um ábaco permitindo localizar adequadamente os suportes de um vaso de pressão horizontal. A figura 13 mostra desenhos dos suportes de vasos de pressão horizontais mais usados na indústria.


FIGURA 12 - Momento fletor atuante devio aos apoios de um vaso de pressão horizontal.

FIGURA 13 - Suportação para vasos horizontais.

CHAPA DE REFORÇO

ESTRUTURA

DE CHAPAS

CHUMBADORES C/ FUROS OVALADOS P/ DILATAÇÃO

CHUMBADORES C/ FUROS

REDONDOS.

SOLDA

120o

REFORÇO

SUPORTE TIPO BERÇO

PARAFUSOS

CHUMBADORES C/ FUROS OVALADOS P/ DILATAÇÃO

CHUMBADORES C/ FUROS REDONDOS.

REFORÇO

VASOS HORIZONTAIS SUPERPOSTOS


4.3. SUPORTES PARA VASOS VERTICAIS

Os vasos verticais podem ser suportados por meio de saias cilíndricas ou cônicas, colunas ou sapatas (lugs). Sempre que possível, devem ser usadas colunas. Conforme a Norma Petrobrás, a seleção do tipo de suporte de vasos verticais deve ser feita de acordo com a figura 14, a não ser que outras exigências sejam aplicáveis. De maneira geral, as torres são suportadas por meio de saias, sendo que a espessura mínima das saias é 6,3 mm.

FIGURA 14 - Seleção do tipo de suporte mais adequado para vasos verticais. OBS. Deve ser prevista a soldagem ao vaso de uma chapa de material igual ao do vaso, antes

da soldagem de qualquer acessório externo nos seguintes casos:

a) Vasos de aço liga, aço inoxidável e metais não ferrosos; b) Vasos de materiais para baixa temperatura (menor que 15º C); c) Vasos de aço de baixa liga, com number "P" diferente do material do acessório.

A figura 15 mostra os suportes para vasos verticais mais usados na indústria.

COLUNAS DE SUPORTAÇÀO

2.000

DIÂMETRO ( mm) 300 2.000 3.000

6.000

CET (mm ) SAIA DE SUPORTAÇÀO


FIGURA 15 - Suportação para vasos verticais. 5. CÓDIGOS DE CONSTRUÇÃO

saia cilíndrica

VASO COM SAIA CILÍNDRICA

saia cônica

VASO COM SAIA CÔNICA

sapatas

VASO SUPORTADO EM SAPATAS

saia inferior

saia intermediária

VASOS SUPERPOSTO

colunas de sustentação

VASO SOBRE COLUNAS


As normas e códigos de projeto foram estabelecidas não só com a finalidade de padronizar e simplificar o cálculo e projeto dos vasos de pressão, mas principalmente para garantir condições mínimas de segurança para a sua operação. A prática tem comprovado que a observância dessas normas torna muito baixa a probabilidade de ocorrência de acidentes graves. Por essa razão, embora muitas vezes não sejam de uso legal obrigatório, nem eximam de qualquer responsabilidade o projetista, são em geral adotadas como requisito mínimo de segurança por quase todos os projetistas e usuários dos vasos de pressão. Um código ou norma de projeto representa um conjunto coerente de premissas que são características do documento, relacionando critérios de cálculo, coeficientes de segurança, padronização e especificação de materiais, detalhes de fabricação e inspeção, extensão mínima dos exames nao destrutivos e critérios de aceitação a serem adotados para os materiais e juntas soldadas. Esses ítens não devem ser desvinculados, ou seja, não se deve aplicar apenas parte do documento, mas sim o documento como um todo. Podemos dividir os códigos de projeto de vasos de pressão em dois grandes grupos a partir da filosofia de projeto neles implícita. A grande maioria dos códigos de projetos estabelece ou limita as tensões de membranas nas diversas partes de um vaso de pressão a uma fração arbitrária do limite de resistência ou escoamento do material em que o vaso foi fabricado e incluem regras, baseadas na experiência adquirida ao longo dos anos, para o dimensionamento de componentes especiais como tampos e bocais. Este é o projeto tradicional ou convencional dos vasos de pressão, bastante utilizado. Seguem esta filosofia, o A.D.Merkblatt; SNCT; ASME VIII Divisão 1 e a B.S.5500 (Projeto Simplificado). O outro grupo, mais recentemente desenvolvido, tem por filosofia a adoção de maiores tensões de projeto, associadas a uma rigorosa e criteriosa análise de tensões dos equipamentos. O projeto conforme esta filosofia desenvolveu-se bastante com a indústria nuclear e com a introdução de técnicas computacionais que passaram a facilitar a análise de tensões em descontinuidades, bocais, etc. Seguem esta linha de projeto o ASME VIII Divisão 2 e a B.S.5500 (Projeto baseado em análise de tensões). Os principais códigos relacionados com o projeto, fabricação, montagem, testes e inspeção de vasos de pressão são os seguintes:

5.1. CÓDIGO INGLÊS

Elaborado pela British Standards Institution, o código B.S.5500, Unfired Fusion Welded Pressure Vessels, aborda aspectos relativos a materiais, projeto, fabricação, inspeção e testes dos vasos de pressão. Inclui vários apêndices, entre os quais destacamos os seguintes:

- APÊNDICE A: trata do critério para análise de tensões para equipamentos ou condições de

projeto que não puderem ser enquadrados nas fórmulas mais simplificadas


de cálculo. É bastante similiar ao Apêndice 4 do Código ASME, Seção VIII, Divisão 2.

- APÊNDICE B: Considera o efeito combinado de pressão e outros carregamentos, como

peso e vento. - APÊNDICE C: Trata da análise de fadiga. - APÊNDICE G: Trata das tensões causadas por cargas localizadas (Reações de apoio e

esforços provenientes de dilatação de tubulações). 5.2. CÓDIGO ALEMÃO

Elaborado pela Associação dos Construtores de Vasos de Pressão, este código alemão é constituído das seguintes seções:

Série G - Parte Geral

Série A - Acessórios Série B - Projeto Série H - Soldagem Série W - Materiais

5.3. CÓDIGO FRANCÊS

A norma francesa foi elaborada pelo Sindica National de la Chandronnerie, Tôlerie e Tuyanterie Industrialle (SNCTTI). A que está relacionada com vasos de pressão é a SNCTTI n° 1. 5.4. CÓDIGO INTERNACIONAL

Elaborada sob responsabilidade da "International Standard Organization", pelo Techincal Committee n° 11 (TC-11), a norma DIS 2694 é baseada nas normas européias. Esta norma destina-se a ser adotada em todos os países membros da ISO, mas até hoje não tem tido grande aplicação.

5.5. CÓDIGO BRASILEIRO

A norma brasileira foi elaborada pela Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). A norma relacionada com vasos de pressão é a NB-109. 5.6. CÓDIGO AMERICANO


A American Society of Mechanical Engineers é um comitê organizado em 1911 com a finalidade de padronizar regras para a construção de caldeiras a vapor e outros vasos de pressão. Este comitê atualmente é chamado de Boiler and Pressure Vessel Cominittee.

Hoje a função desse comitê é estabelecer regras para que os métodos de projetos, fabricação, montagem, inspeção e testes utilizados possam oferecer condições operacionais mais seguras e com menor taxa de deterioração.

O código ASME, pode ser considerado um código dinâmico, pois o comitê de Vasos de Pressão e Caldeiras reune-se regularmente para discutir propostas adicionais e executar as revisões que se fizerem necessárias.

Este código é dividido em várias seções: Seção I - Caldeiras Seção II - Especificação de Materiais Seção III - Vasos Nucleares (Div. 1 e 2) Seção IV - Caldeiras para Aquecimento Seção V - Ensaios Não-Destrutivos

Seção VI - Recomendação quanto a segurança e Operação de Caldeiras para Aquecimento

Seção VII - Recomendações quanto a segurança e Operação de caldeiras Seção VIII -VASOS DE PRESSÃO DIVISÃO 1 - PROJETO PADRÃO DIVISÃO 2 - PROJETO ALTERNATIVO

Seção IX - Qualificação de Soldadores, Operadores de Solda e de Diversos Processos de

Soldagem. Seção X - Vasos de Pressão em Plástico Reforçado com Fibra de Vidro. Seção XI - Recomendações para a Inspeção em Serviço de Reatores Nucleares.

5.6.1. Limitações do Código ASME-Seção VIII

Os seguintes tipos de vasos de pressão não se encontram no escopo do ASME-Seção VIII-Divisão 1 e Divisão 2: - Os cobertos por outras seções do ASME; - Aquecedores flamo-tubulares;


- Recipientes pressurizados que componham, em parte ou no todo, equipamentos roativos ou alternativos;

- Componentes de tubulação, como tubos, flanges, parafusos, juntas, válvulas, etc. - Vasos para armazenamento de água com pressão de projeto menor do que 300 psig (21,0 Kgf/cm2)

ou temperatura de projeto menor do que 210 F (99º C); - Vasos para armazenamento de água, aquecida por vapor ou outro meio indireto, quando nenhuma

das seguintes limitações for excedida: a) aquecimento de 200.000 BTU/hora b) temperatura de 210ºF (99º C); c) capacidade de 120 gal. (454 litros);

- Vasos com uma pressão de operação interna ou externa menor que 15 psi; - Vasos com o diâmetro interno, largura, altura ou diagonal da seção transversal inferior a 6".

Os limites físicos de projeto, seja na Divisão 1 ou Divisão 2, são:

a) Quando uma tubulação é ligada externamente ao vaso :

- Primeira junta circunferencial de uma ligação soldada; - Primeira rosca de uma união roscada.; - Face do primeiro flange de uma ligação flangeada.

b) Quando partes não pressurizadas são soldadas diretamente ao equipamento o limite é a junta

soldas de ligação desta parte não pressurizada ao vaso.

5.6.2. Divisão 1 - Seção VIII - Código ASME

É o PROJETO CONVENCIONAL de um vaso de pressão. A filosofia de projeto da divisão 1 está bem explícita no parágrafo UG-23 (c), do código, onde se lê: ″″″″A espessura de parede de um vaso de pressão, dimensionado de acordo com as regras estabelecidas nesta divisão, deve ser tal que : a tensão máxima primária geral de membrana, resultante dos carregamentos a que esteja sujeito o equipamento, durante sua operação normal, não exceda os limites de tensão admissível do material do vaso e que, excetuando-se alguns casos especiais, os carregamentos aos quais o vaso esteja sujeito, não provoquem uma tensão primária de membrana, mais flexão, superior a 1,5 a tensão máxima admissível do material do vaso”.

A DIVISÃO 1 do código ASME está dividida da seguinte forma:

- Sub-seções (A, B e C); - Apêndices Obrigatórios; - Apêndices Não-Obrigatórios.

A tabela 2 mostra de maneira resumida o conteúdo de cada uma dessas sub-seções e quando utilizá-las. 5.6.3. Divisão 2 - Seção VIII - Código ASME

É um PROJETO ALTERNATIVO para os vasos de pressão.


Na Divisão 2, as regras são mais restritivas quanto ao material a ser utilizado. Por isso, permite-se: a utilização de maiores valores de intensificação de tensões de projeto, na faixa de temperaturas em que estes são limitados pelo limite de resistência ou escoamento; a utilização de procedimentos de cálculo mais detalhados e precisos, tornando possível uma redução no coeficiente de segurança. Além disso, para assegurar melhora na qualidade os processos de fabricação são restringidos, reduzindo os pontos de concentração de tensões; são adotadas maiores exigências na qualificação dos procedimentos de soldagem, aumentando a eficiência da junta soldada; e maior extensão de inspeção, reduzindo a quantidade de defeitos internos.

SUB-SEÇÃO PARTE REQUISITOS APLICAÇÃO A UG GERAIS TODOS OS VASOS

B UW UR UF UB

SOLDAGEM REBITAMENTO FORJAMENTO BRAZAGEM

VASOS COM PARTES SOLDADAS VASOS COM PARTES REBITADAS VASOS COM PARTES FORFADAS

VASOS COM UNIDAS POR BRAZAGEM

C

UCS

UNF

UHA

UCI UCL

UCD

UHT

AÇO CARBONO E BAIXA LIGA METAIS NÃO FERROSOS

AÇO ALTA LIGA

FERRO FUNDIDO REVESTIMENTOS

FERROS FUNDIDOS

MALEÁVEIS AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA

VASOS COM PARTES EM AÇO CARBONO OU BAIXA LIGA

VASOS COM PARTES EM METAIS NÃO FERROSOS

VASOS COM PARTES EM AÇO DE ALTA LIGA

VASOS COM PARTES EM FERRO FUNDIDO

VASOS COM PARTES REVESTIDAS ( CLAD OU LINING )

VASOS COM PARTES EM FERRO FUNDIDO MALEÁVEL

VASOS COM PARTES EM AÇO DE ALTA RESISTÊNCIA

OBS. Para qualquer vaso sempre será necessária consultar uma parte de cada uma das sub-seções A,B e C, dependendo das características de fabricação.

TABELA 2 - Consulta ao código ASME

A filosofia de projeto da Divisão 2 estabele regras específicas para o caso do projeto de vasos mais comuns, assim como a Divisão 1. Quando isto ocorre uma completa análise de tensões é necessária e pode ser feita de acordo com os procedimentos estabelecidos nos seguintes apêndices: - Apêndice 4: Projeto Baseado em Análise de Tensões - Apêndice 5: Projeto Baseado em Análise de Fadiga - Apêndice 6: Análise Experimental de Tensões OBS. Na Divisão 2 não há limites para a pressão de projeto do vaso A DIVISÃO 2 está dividida da seguinte forma: - Parte AG - Requisitos Gerais - Parte AM - Materiais


- Parte AD - Projeto - Parte AF - Fabricação - Parte AR - Dispositivos de Alívio de Pressão - Parte AI - Inspeção e Radiografias - Parte AT - Testes - Parte AS - Marcação e Relatórios - Apêndices Obrigatórios - Apêndices Não Obrigatórios 5.6.4. Comparação entre as Divisões 1 e 2 da Seção VIII do Código ASME

As PRINCIPAIS diferenças entre as duas divisões do código ASME, são as seguintes:

a) Espessura mínima de parede

- A divisão 1 utiliza fórmulas de cálculo simplificadas. - A divisão 2 exige uma análise de todas as tensões atuantes em cada parte do vaso.(apêndice 4).

b) Critério de resistência mecânica

- A divisão 1 usa como critério a maior tensão normal devido a Lamé ou a Rankine: “A maior tensão de tração e a maior tensão de compressão não devem ultrapassar as tensões limites obtidas respectivamente nos ensaios de tração e compressão convencionais.”

- A divisão 2 usa como critério a maior tensão de cisalhamento devido a Saint-Venant e a Tresca: “A maior tensão de cisalhamento não deve ultrapassar a metade da tensão limite de tração, determinada no ensaio de tração convencional.”

c) Análise de Fadiga

- A divisão 2 considera a possibilidade de falha por fadiga e dá regras para esta análise.(apêndice 5) d) Escolha de materiais

- A divisão 2 faz exigências adicionais para a certificação do material a ser utilizado na fabricação do equipamento. (parte AM) Exemplo: Maior número de corpos de prova nos exames destrutivos exigidos ou maior

quantidade de exames näo destrutivos (requisitos adicionais AM-2 a AM-5). - A divisão 2 é mais restrita na escolha de materiais, porém permite que sejam atingidas tensões

admissíveis mais elevadas.

e) Processo de fabricação

- A divisão 2 exige requisitos adicionais referentes a procedimentos de soldagem, tratamento térmico, etc (artigos AF-1 a AF-8).

f) Inspeção e testes


- Embora os critérios de aceitação sejam os mesmos para as duas divisões, a divisão 2 não aceita

as limitações de abrangência de exames não destrutivos permitidas na divisão 1. Exemplo: A divisão 2 não admite radriografia parcial (spot) em juntas soldadas.

g) Geral

- A divisão 2 não limita a pressão máxima de operação, enquanto a divisão 1 à limita em 3.000psi (212 Kgf/cm2).

5.7. NORMA PETROBRÁS

A Petrobrás possui uma Comissão de Normas Técnicas (CONTEC), que subdividida em subcomissões tem elaborado Normas a serem seguidas no projeto, fabricação, montagem, inspeção, testes e transporte dos equipamentos para suas instalações. A exemplo de outros códigos, as Normas Petrobrás estão divididas por tipos de serviço, especialização e equipamentos, sendo elaborados por subcomissões diferentes. De uma maneira geral, na subcomissão 02 - Caldeiraria, estão as Normas Petrobrás de maior aplicação no projeto, fabricação, montagem, testes e transporte dos vasos de pressão. Entretanto, para a inspeção, além das Normas da subcomisão 02 devem ser usados também as Normas da subcomissão 27, exames não destrutivos. Em geral, nas refinarias da Petrobrás, os vasos de pressão construídos antes de 1967 utilizaram as exigências do código ASME. Entretanto, atualmente, é comum a utilização das Normas Petrobrás junto com o código ASME. A Norma Petrobrás recomenda que o projeto de todos os vasos de pressão sejam feitos de acordo com a última edição, da seção VIII, divisão 1, do código ASME. Entretanto, admite-se o projeto executado de acordo com outros códigos, quando aprovado pela Petrobrás. A utilização da divisão 2, da seção VIII, do código ASME é admitida em um dos casos descritos à seguir: 1 - Quando a espessura da parede do vaso exceder a 50 mm. 2 - Nos vasos projetados para pressões superiores a 212 Kgf/cm2 . 3 - Nos casos de construção ou projeto especiais, no entender da Petrobrás. A tabela 3, mostra um fluxograma simplificado de utilização das Normas Petrobrás no projeto, fabricação e montagem dos vasos de pressão. CONSIDERAÇÕES GERAIS: Conforme a Norma Petrobrás, quando houver divergências entre esta e outros documentos, deve ser observada a seguinte ordem de preferência: a) Desenhos básicos do vaso, folha de dados, ou outro documento específico para o vaso; b) As Normas Petrobrás; c) Outros códigos referidos nas Normas Petrobrás.


TIPO DE EQUIPAMENTO ASSUNTO NORMA A CONSULTAR

VASOS DE PRESSÃO

EM GERAL

CONDIÇÕES DE OPERAÇÀO, PROJETO E TESTES

ACESSÓRIOS INTERNOS

ACESSÓRIOS EXTERNOS

BOCAIS

SUPORTES PARA VASO

HORIZONTAL

SUPORTES PARA VASO VERTICAL

REQUISITOS DE FABRICAÇÃO

REQUISITOS DE MONTAGEM

N-254

N-253 e N-2049

N-253 e N-2054

N-253 e N-2012

N-253 e N-2013

N-253 e N-2014

N-253 e N-268

N-253 e N-269

ESFERAS DE GÁS

ESPECÍFICOS

N-1281

PERMUTADORES

ESPECÍFICOS N-466

VASOS REVESTIDOS COM AÇO INOXIDÁVEL

ESPECÍFICOS N-1707

VASOS PARA SERVIÇOS A BAIXA TEMPERATURA

ESPECÍFICOS N-1552

VASOS PARA SERVIÇO COM HIDROGÊNIO

ESPECÍFICOS N-1704

VASOS PARA SEVIÇO COM SODA

ESPECÍFICOS N-1705

VASOS SUJEITOS A CST.

ESPECÍFICOS N-1706

TABELA 3 - Aplicação das normas Petrobrás para vasos de pressão.

6. DEFINIÇÕES O apêndice 3, do código ASME na seção relativa a vasos de pressão apresenta os termos relacionados com os vasos de pressão. A seguir estão descritos os termos mais usuais: 6.1. PRESSÃO DE OPERAÇÃO


É a pressão no TOPO de um vaso de pressão em posição normal de operação, correspondente a uma determinada temperatura de operação. Ela não deve exceder a PMTA do vaso, sendo mantida abaixo da pressão de ajuste dos dispositivos de alívio de pressão do vaso.

6.2. TEMPERATURA DE OPERAÇÃO OU DE TRABALHO

É a temperatura da parede do vaso quando sujeito à pressão de operação. OBS. Quando num equipamento existirem zonas com diferentes temperaturas de operação, podemos

estabelecer condições de projeto distintas para cada uma dessas zonas. 6.3. PRESSÃO DE PROJETO É a pressão que será utilizada no dimensionamento do vaso, devendo ser considerada como atuando no TOPO do equipamento. O Código ASME, Seção VIII, estabelece que a pressão de projeto deverá ser determinada considerando-se as condições de pressão e temperatura mais severas que possam ocorrer em serviço normal. De acordo com os procedimentos adotados pela PETROBRÁS, a pressão de projeto de um equipamento, associada a uma temperatura de projeto, será o maior dos seguintes valores: - 1,1.PMO1 quando for utilizada válvula de alívio de pressão convencional ou balanceada; - PMO ou PMO + 0,36 Kgf/cm2 quando for utilizada válvula de segurança operada por piloto; - 1,5 kgf/cm2. OBS.Quando aplicável, a altura estática do líquido armazenado deve ser adicionada à pressão de projeto para dimensionar-se qualquer parte do vaso submetida a esta coluna de líquido. 6.4. TEMPERATURA DE PROJETO É a temperatura da parede do vaso correspondente a pressão de projeto. O Código ASME estabelece que esta temperatura não deverá ser menor que a temperatura média da superfície metálica nas condições normais de operação. Com a finalidade de padronizar seus equipamentos a norma Petrobrás adota o seguinte critério, para estabelecer a temperatura de projeto de um vaso de pressão: - Vasos operando entre 15º C e 400º C: TMO2 + 30ºC - Vasos operando acima de 400º C: TMO - Vasos operando abaixo de 15º C: TMinO3

1PMO = pressão máxima de operação. 2TMO = temperatura máxima de operaçào. 3TMinO = temperatura mínima de operaçào.


OBS.: Vasos com possibilidade de operação em condições distintas de operação devem ter inicialmente suas condições de projeto estabelecidas para cada condição de operação, de acordo com os parâmetros estipulados pela PETROBRÁS. Posteriormente, será adotada à condição mais crítica de projeto, a partir das relações entre a pressão de projeto e tensão admissível na temperatura de projeto.

6.5. PRESSÃO MÁXIMA ADMISSÍVEL DE TRABALHO É a pressão máxima, no TOPO do vaso, em posição de operação normal, que acarreta no componente mais solicitado do equipamento, uma tensão igual a tensão admissível do material, na temperatura considerada, corrigida pelo valor da eficiência de junta adotada no projeto do equipamento. A pressão máxima admissível de trabalho é calculada para a temperatura de projeto com o vaso na condição corroída. Para determiná-la devemos considerar a pressão máxima que poderá atuar em cada componente do vaso, devendo ser levado em conta no cálculo a tensão decorrente da coluna de líquido atuante no vaso na condição de operação. As espessuras decorrentes das tolerâncias de fornecimento das chapas e sua conformação, devem ser descontadas. A PMTA é a base para a determinação da pressão de ajuste dos dispositivos de alívio de pressão que protegem o vaso. A pressão de projeto pode ser utilizada em lugar da PMTA, quando esta não for calculada. 6.6. PRESSÃO DE AJUSTE DO DISPOSITIVO DE ALÍVIO DE PRESSÃO O código ASME Seção VIII, Divisão 1 aborda os requisitos para dispositivos de alívio de pressão, em sua parte UG, parágrafos UG-125 a UG-136 e no apêndice 11. Num vaso de pressão instalamos dispositivos de alívio de pressão para proteção contra condições anormais de operação e contra a excesso de pressão provocado por fogo. Para condições anormais de operação, o dispositivo de alívio de pressão, quando 1 (um) só dispositivo é utilizado, deve ter sua pressão de ajuste não superior a pressão máxima admissível de trabalho do equipamento. 6.7. TENSÕES ADMISSÍVEIS Tensões admissíveis de um determinado material são as tensões utilizadas para o dimensionamento dos diversos componentes de um vaso de pressão. As tensões admissíveis estão relacionadas com a tensão de escoamento ou de ruptura. Denomina-se coeficiente de segurança (C.S.) à relação entre as tensões de escoamento ou ruptura e a admissível (Sadm) de um determinado material.


Inúmeros säo os fatores que afetam a fixação dos valores das tensões admissíveis de um código. Entre os principais citaremos: - TIPO DE MATERIAL: Para os materiais frágeis adota-se um coeficiente de segurança maior do que o

adotado para os materiais dúteis. - CRITÉRIO DE CÁLCULO: Uma tensão admissível só deverá ser aplicada em combinação com o

critério de cálculo para o qual foi estabelecida. Cálculos grosseiros e grandes aproximações exigem a adoção de elevados coeficientes de segurança.

- TIPO DE CARREGAMENTO: A consideração de esforços cíclicos e alternados, choques e

vibrações exige uma redução sensível no valor da tensão admissível determinada para esforços estáticos.

- TEMPERATURA: A resistência mecânica de um material diminui com o aumento da temperatura e

consequentemente, a tensão admissível também diminuirá. - DISTRIBUIÇÃO DE TENSÕES: Defeitos de fabricação como ovalização, decorrente da

calandragem incorreta de chapas; redução da espessura dos tampos em consequência de sua prensagem ou martelamento; desalinhamento de solda, etc., resultam numa distribuição real de tensões diferente da teórica.

- SEGURANÇA: Equipamentos de grande periculosidade, envolvendo sério risco humano e material,

exigem elevados coeficientes de segurança. O critério de projeto adotado pelo código ASME seção VIII divisão 1, estabelece como tensão admissível, para chapas de materiais ferrosos, o MENOR VALOR entre os especificados na tabela 4, em função da temperatura de projeto.

C.S. = ( Sesc ou Srupt ) / Sadm


TEMPERATURA DE PROJETO

(°°°° C)

TENSÃO ADMISSÍVEL ( o menor valor entre )

MOTIVOS DA LIMITAÇÃO

ABAIXO OU IGUAL A 370

- 1/4 DA TENSÃO DE RUPTURA. - 2/3 DO LIMITE DE ESCOAMENTO.

- imprecisões no levantamento das cargas atuantes.

- heterogeneidades das propriedades mecânicas dos materiais.

ACIMA DE 37O

- 100% DA TENSÃO QUE PROVOCA UMA DEFORMAÇÃO DE 1% APÓS 100 HORAS NA TEMPERATURA DE PROJETO.

- 67% DA TENSÃO MÉDIA DE RUPTURA NA TEMPERATURA DE PROJETO.

- 80% DA MENOR TENSÃO DE RUPTURA APÓS 100.000 HORAS NA TEMPERATURA DE PROJETO.

redução da resistência mecânica dos materiais devido ao fenômeno da

fluência.

TABELA 4 - Critérios de projeto do ASME seção VIII divisão 1

Para a divisão 2 o critério de projeto adotado é um pouco menos conservativo e estabelece como tensão admissível, para chapas de materiais ferrosos, o MENOR VALOR entre os especificados na tabela 5, em função da temperatura de projeto.

TEMPERATURA DE PROJETO

(°°°° C)

TENSÃO ADMISSÍVEL ( o menor valor entre )

MOTIVOS DA LIMITAÇÃO

ABAIXO OU IGUAL A 370

- 1/3 DA TENSÃO DE RUPTURA. - 2/3 DO LIMITE DE ESCOAMENTO.

- imprecisões no levantamento das cargas atuantes.

- heterogeneidades das propriedades mecânicas dos materiais.

ACIMA DE 37O

- 100% DA TENSÃO QUE PROVOCA UMA DEFORMAÇÃO DE 1% APÓS 100 HORAS NA TEMPERATURA DE PROJETO.

- 67% DA TENSÃO MÉDIA DE RUPTURA NA TEMPERATURA DE PROJETO.

- 80% DA MENOR TENSÃO DE RUPTURA APÓS 100.000 HORAS NA TEMPERATURA DE PROJETO.

redução da resistência mecânica dos materiais devido ao fenômeno da

fluência.

TABELA 5 - Critérios de projeto do ASME seção VIII divisão 2.


6.8. ESPESSURA DE PAREDE PARA VASOS DE PRESSÃO 6.8.1. INTRODUÇÃO A espessura de parede de um vaso de pressão deve ser, o MAIOR valor entre: - espessura mínima calculada para resistir à pressão interna e/ou externa atuante no vaso e demais

carregamentos adicionando-se a sobre espessura de corrosão, quando aplicado. - espessura mínima estrutural. Esta espessura destina-se a garantir à estabilidade estrutural do vaso, para

permitir a sua montagem, e evitar o colapso pelo próprio peso ou por ação do vento. OBS. A espessura mínima devido a resistência estrutural pode prevalecer sobre a calculada para os

vasos de diâmetro muito pequeno ou para pressões muito baixas. 6.8.2. COMPOSIÇÃO DA ESPESSURA DE UM VASO DE PRESSÃO A figura 16 representa esquematicamente a composição da espessura nominal das partes de um vaso de pressão.

FIGURA 16 - Composição da espessura de parede de um vaso de pressão A sobre espessura de corrosão ( C ) é o valor determinado com base na corrosão prevista e na vida útil especificada no projeto do vaso. Como regra geral, quando a taxa de corrosão prevista for superior a 0,3 mm/ano, ou quando a sobre espessura para corrosão prevista for maior do que 6 mm, recomenda-se que seja usado outro material de maior resistência à corrosão.

eN

eM C A

eP

LEGENDA : eM = espessura mínima. C = sobre espessura para corrosão. A = adição para espessura

comercial e conformação. eP = espessura de projeto. eN = espessura nominal.

PAREDE DO VASO


Quando não for possível estabelecer valores confiáveis para a taxa de desgaste e o material base for aço carbono ou baixa liga recomenda-se a utilização dos valores descritos a seguir em função da agressividade do meio: a) Serviços com água ou hidrocarbonetos: C = 3 mm; b) Potes de acumulação (botas) para hidrocarbonetos: C = 6 mm; c) Serviços com vapor e ar: C = 1,5 mm; d) Armazenamento de gases: C = 1,5 mm; e) Serviço com meios aquoso ácidos ou alcalinos: C = 6 mm. A sobre espessura de corrosão pode ser dispensada apenas nos casos em que o desgaste por corrosão, erosão ou outro processo for reconhecidamente desprezível ou for aplicado revestimento interno anti-corrosivo ou anti-erosivo. É importante lembrar que a sobre espessura de corrosão de nada adianta contra alguns processos de deterioração que não ocorrem com perda de material, como a corrosão sobtensão, corrosão intergranular, fadiga, fluência, grafitização, etc. A espessura mínima calculada usando-se as fórmulas do código de construção adotado, adicionada a sobre espessura de corrosão é chamada de espessura de projeto ( eP ). A espessura final adotada para as partes de um vaso de pressão, usualmente chamada de espessura nominal ( eN ), é o valor da espessura de projeto adicionado a quantia necessária para compensar as perdas na conformação e para ajustar a espessura de projeto a uma espessura normal de mercado. Assim, a espessura nominal sempre será maior ou igual a espessura de projeto.

6.8.3. PRINCIPAIS FATORES QUE INTERFEREM NO CÁLCULO DA ESPESSURA O fator de maior preocupação dos projetistas no cálculo da espessura mínima das partes de um vaso de pressão é a influência do estado de tensões ao qual o material será submetido, na resistência mecânica dos materiais. Pois os cálculos baseiam-se em informações determinadas em testes onde os corpos de prova são carregados unidirecionalmente, como no ensaio de tração, e nas utilizações práticas os materiais estarão submetidos a esforços combinados, resultando num estado bi ou triaxial de tensões. Além do problema descrito acima o projetista também deverá considerar outros fatores como: imprecisões no levantamento de todas as cargas atuantes, imprecisões quanto a homogeneidade das propriedades mecânicas do material e os desvios de fabricação em relação ao projeto. Devido aos problemas e incertezas descritos acima os códigos de construção utilizam para o cálculo da espessura a tensão admissível do material com o intuito de garantir que o material trabalhe dentro do

regime elástico e relativamente longe do limite de escoamento (σe ). A figura 17 mostra esquematicamente o descrito.


FIGURA 17 - Relação entre a tensão admissível usada no cálculo da espessura e as propriedades do

material determinadas no ensaio de tração. 6.8.4. TIPOS DE TENSÕES QUE ATUAM NUM VASO DE PRESSÃO As tensões que podem estar atuando nas paredes de um vaso, quando este estiver sobre pressão são classificadas em três tipos: tensões primárias, secundárias e localizadas. As tensões primárias são, normalmente, as únicas a serem consideradas no cálculo da espessura dos vasos, pela maioria dos códigos de construção utilizados, as outras duas são consideradas apenas em casos específicos. 6.8.4.1. TENSÕES PRIMÁRIAS São chamadas de tensões primárias aquelas decorrentes das cargas atuantes nas paredes do vaso e necessárias para satisfazer a condição de equilíbrio estático entre forças e momentos. Essas tensões podem ser de tração, compressão ou cizalhamento. São exemplos de tensões primárias aquelas decorrentes de cargas do tipo: pressão interna ou externa, pesos, ação do vento, etc. As tensões primárias normais podem ser de membrana ou de flexão. A tensão de membrana é a componente da tensão primária mais significativa e supostamente constante ao longo de toda a espessura da parede do vaso. A tensão primária seria igual a tensão de membrana se a espessura de parede fosse nula, como a espessura não é nula teremos como tensão primária a soma das tensões membrana e flexão. A tensão de membrana devido apenas a pressão interna será sempre uma tração, porque a parede do vaso tende a aumentar de dimensão. As tensões de flexão aparecem porque o raio de curvatura da parede aumenta, como conseqüência da pressão interna. A tensão de flexão varia ao longo da espessura de parede, sendo máxima de tração na superfície interna e máxima de compressão na superfície externa.

deformação

σe

σadm

margem de segurança


Assim, a tensão primária resultante na superfície interna será a tensão de membrana mais a tensão de flexão e na superfície externa a tensão de membrana menos a tensão de flexão. As tensões de flexão serão tanto maiores quanto maior for a espessura do vaso. Quando o diâmetro do vaso for muito maior do que a espessura , as tensões de flexão serão pequenas e podem ser desconsideradas na determinação da tensão resultante. 6.8.4.2. TENSÕES SECUNDÁRIAS As tensões secundárias são aquelas resultantes não de cargas aplicadas, mas devido as restrições geométricas do próprio vaso, ou devido a restrições causadas por estruturas ligadas ao vaso. Essas tensões são conseqüência dos vasos não serem livres para se deformar ou dilatar. 6.8.5. TENSÕES DE CÁLCULO No cálculo da espessura para vasos de pressão são consideradas basicamente as tensões primárias circunferênciais e longitudinais, sendo desprezadas as tensões radiais. 6.8.5.1. TENSÕES RADIAIS As tensões radiais causadas pela pressão interna são esforços de compressão na parede do vaso e para a grande maioria das condições operacionais ( pressões inferiores a 211 Kgf/cm2 ) são desprezíveis. 6.8.5.2. TENSÕES CIRCUNFERÊNCIAIS As tensões circunferênciais são aquelas que tendem a romper o vaso segundo a sua geratriz quando este estiver sobre pressão interna. ( figura 18 ) Em geral são as mais críticas e são calculadas conforme a expressão matemática a seguir:

tensão circunferêncial

= ( pressão interna ) x (raio médio )

espessura


FIGURA 18 - Tensões circunferênciais atuantes num vaso de pressão. 6.8.5.3. TENSÕES LONGITUDINAIS As tensões longitudinais são aquelas que tendem a romper o vaso segundo a sua seção transversal quando este estiver sobre pressão interna. ( figura 19 ) Em geral são menos críticas e são calculadas conforme a expressão matemática a seguir:

FIGURA 19 - Tensões longitudinais atuantes num vaso de pressão.

2 x espessura tensão longitudinal =

( pressão interna ) x (raio médio )

tensões circunferênciais devido a pressão interna

tensões longitudinais devido a pressão interna

tendência a ruptura transversal


6.8.6. FÓRMULAS DE CÁLCULO DA ESPESSURA A fórmula de cálculo da espessura para as partes de um vaso de pressão variam em função do código adotado, da geometria da parte do vaso e se essa parte do vaso está sujeita a pressão interna ou externa. As fórmulas dos códigos são baseadas na teoria da membrana contendo alguns coeficientes de seguranças empíricos. Dessa forma, não são levados em consideração os esforços de flexão. A seguir serão mostrados alguns exemplos de fórmulas de cálculo de espessura adotadas pelo código ASME seção VIII divisão 1. 6.8.6.1. CÁLCULO DA ESPESSURA PARA CASCOS O parágrafo UG - 27 do código ASME seção VIII divisão 1 estabelece um roteiro e fórmulas para o cálculo da espessura mínima para o casco de vasos de pressão com base na pressão interna ou externa ao qual o vaso estará submetido. Após calculada essa espessura mínima é necessário verificar se a mesma será suficiente para resistir a outros carregamentos descritos no parágrafo UG -16 (b). (ver item 6.8.7 ). A seguir serão apresentadas algumas dessas fórmulas de cálculo, para vasos sujeitos a pressão interna. 6.8.6.1.a. CASCO CILÍNDRICO A espessura mínima requerida ou a Pressão Máxima de Trabalho Admissível (PMTA) deve ser a Maior das espessuras ou a MENOR das pressões calculadas para as tensões circunferências e longitudinais utilizando as fórmulas a seguir: 6.8.6.1.a.1. Espessura mínima requerida considerando a tensão circunferêncial

ou

6.8.6.1.a.2. Espessura mínima requerida considerando a tensão longitudinal ou

ONDE: t = espessura mínima requerida, em cm. ( t = eM da figura 16 )

P = pressão interna de projeto ou a PMTA, em Kgf/cm2 R = raio interno da parte do vaso em questão, em cm. S = tensão admissível do material ( tabelas na sec. II da parte D do código ASME , para Aço

carbono e Baixa liga, usar a tabela UCS-23) E = eficiência das juntas soldadas da parte do vaso em questão ( tab. UW-12 )

OBS. As fórmulas acima só serão válidas se t ≤≤≤≤ 0,5.R ou P ≤≤≤≤ 0,385.S.E 6.8.6.1.b. CASCO ESFÉRICO

tP.R

SE 0,6.P=

− P

S E t

R t=

+. .

, .0 6

tP.R

2SE 0,4.P=

+ P

S E t

R t=

−2

0 4

. .

, .


A espessura mínima requerida ou a Pressão Máxima de Trabalho Admissível (PMTA) deve ser a MAIOR das espessuras ou a MENOR das pressões calculadas utilizando a fórmula a seguir: Espessura mínima requerida

ou

OBS. 1. As fórmulas só serão válidas se t ≤≤≤≤ 0,356.R ou P ≤≤≤≤ 0,665.S.E 2. A fórmula para tampos esféricos é a mesma que a usada para cascos esféricos.

6.8.6.2. CÁLCULO DA ESPESSURA PARA TAMPOS O parágrafo UG - 32 do código ASME seção VIII divisão 1 estabelece um roteiro e fórmulas para o cálculo da espessura mínima para os tampos de um vaso de pressão com base na pressão interna ou externa ao qual o vaso estará submetido. Após calculada a espessura mínima é necessário verificar se a mesma será suficiente para resistir a outros carregamentos descritos no parágrafo UG -16 (b). (ver item 6.8.7 ). 6.8.6.2.a. TAMPO ELÍPTICO A espessura mínima requerida ou a Pressão Máxima de Trabalho Admissível (PMTA) deve ser a MAIOR das espessuras ou a MENOR das pressões calculadas utilizando a fórmula a seguir:

ou

ONDE: KD

h= +

1

62

2

2

..

OBS. No tampo padrão 2:1 D

h2 = 2 e K = 1,00

Valores de K

( usar os valores mais próximos, não é preciso interpolar ) D/2h 3,0 2,9 2,8 2,7 2,6 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0

K 1,83 1,73 1,64 1,55 1,46 1,37 1,29 1,21 1,14 1,07 1,00

D/2h 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1,0 K 0,93 0,87 0,81 0,76 0,71 0,66 0,61 0,57 0,53 0,50

tP.R

2SE 0,2.P=

− P

S E t

R t=

+2

0 2

. . .

, .

PS E t

D K t=

+2

0 2

. . .

. , . t

P D K

S E P=

−. .

. . , .2 0 2


6.8.6.2.b. TAMPO TORESFÉRICO A espessura mínima requerida ou a Pressão Máxima de Trabalho Admissível (PMTA) deve ser a maior das espessuras ou a menor das pressões calculadas utilizando a fórmula a seguir:

tP L

S E P=

−0 885

0 1

, . .

. , . ou P

t S E

L t=

+. .

, . , .0 885 0 1

ou

ONDE: ML

r= +

1

43. OBS. No

tampo padrão 2:1 ⇒ M = 1,32 – pois: r = 0,17 D e L = 0,9 D – onde: D = diâmetro interno do vaso.

Valores de M ( usar os valores mais próximos, não é preciso interpolar )

L/r 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00 3,25 3,50 M 1,00 1,03 1,06 1,08 1,10 1,13 1,15 1,17 1,18 1,20 1,22

L/r 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7,00 7,50 8,00 8,50 9,0 M 1,25 1,28 1,31 1,34 1,36 1,39 1,41 1,44 146 1,48 1,50 L/r 9,50 10,00 10,50 11,00 11,50 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 16,66 M 1,52 1,54 1,56 1,58 1,60 1,62 1,65 1,69 1,72 1,75 1,77

NOTA IMPORTANTE: Conforme o parágrafo UG – 32 do ASME a espessura mínima para o tampo padrãp toresférico (falsa elipse) pode ser calculada usando a fórmula de cálculo para tampo elíptico padrão 2:1.

PS E t

L M t=

+2

0 2

. . .

. , . t

P L M

S E P=

−. .

. . , .2 0 2

t

h

D

TAMPO ELÍPTICO

PARA r ≤ 0,006 L

PARA DEMAIS VALORES DE r


6.8.7. ESPESSURA MÍNIMA REQUERIDA ( eM da figura 16 ) O parágrafo UG 16 (b) do código ASME seção VIII divisão 1 estabelece que a espessura mínima adotada para as partes de um vaso de pressão, após sua produção final, deve ser MAIOR OU IGUAL a 1,6 mm., sem considerar o valor da sobre espessura de corrosão, com as seguintes exceções: a) essa espessura não se aplica a espelhos de trocadores de calor; b) essa espessura não se aplica a tubulações internas ou externas ao vaso; c) para tubulões de caldeira ou coletores de caldeira não sujeitos a chama a espessura mínima é de 6,4

mm, sem considerar a sobre espessura de corrosão. d) para os vasos em serviço com ar comprimido, vapor ou água a espessura mínima é de 2,4 mm, sem

considerar a sobre espessura de corrosão. O parágrafo UG 22 do código ASME seção VIII divisão 1, estabelece que no cálculo da espessura mínima requerida para as partes de um vaso de pressão devem ser considerados os seguintes carregamentos: a) pressão de projeto interna ou externa do vaso; b) peso do vaso nas condições normais de operação ou condições de teste; c) reações estáticas de outros equipamentos, tubulações ou estruturas ligadas ao vaso; d) a existência de internos no vaso e o tipo de apoio ou suportação adotada; e) a possibilidade do vaso ou seus bocais estarem sujeitos a carregamento cíclico; f) à ação do vento; g) reações de impacto devido a choque de fluídos; h) gradientes de temperatura e diferencial térmico de expansão. Devido a essas exigências do código e com o intuito de facilitar a definição da espessura mínima estrutural os projetista adotam como valor mínimo o maior valor entre 4,0 mm e o calculado pela expressão matemática: e = 2,5 + 0,001.Di + C ONDE: e = espessura mínima estrutural, em mm.

Di = diâmetro interno da parte considerada, em mm. C = sobre espessura de corrosão da parte considerada, em mm.

Para vasos de pequeno diâmetro ou pressões de projeto muito baixas a espessura mínima calculada devido a pressão interna ou externa são menores que o valor obtido com o critério descrito acima. Assim, por facilidade, muitas vezes é adotado o valor da espessura mínima estrutural como espessura

t

L

r

D

TAMPO TOROESFÉRICO


mínima requerida para o vaso. Isso poderia ser evitado com a utilização de reforços localizados apenas nas regiões do vaso onde necessário. 6.8.8. EXEMPLO DE APLICAÇÃO Determinar a espessura mínima requerida e a PMTA na condição corroída e quente para um vaso de pressão com 60.000 horas de operação, considerando os dados descritos a seguir. - Vaso horizontal suportado por dois berços. - Diâmetro interno = 2.000 mm. - CET = 8.000 mm. - Tampos toresféricos com L/r = 16,66 e L = 1.200 mm. - Material do casco e tampos = ASTM A 516 gr. 60. - Espessura atual: - casco = 30 mm. e tampos = 32 mm. - Sobre espessura de corrosão = 3 mm. - Código de construção: ASME seção VIII divisão 1. - Radiografia total - Serviço: Tambor de topo da torre fracionadora - Pressão de projeto = 20 Kgf/cm2. - Temperatura de projeto = 300o C. OBS. A resolução será feita durante a exposição. 7. MATERIAIS 7.1. INTRODUÇÃO Os fatores, normalmente, a serem considerados na escolha do material para a fabricação de um vaso de pressão, são principalmente os seguintes: resistência mecânica, à deterioração, às condições operacionais, facilidades de manutenção e fabricação e condições de mercado. Entretanto, o material mais comumente empregado na construção dos vasos de pressão é o aço carbono, sendo também utilizados aços liga, inoxidáveis e outros materiais quando se precisa maior resistência mecânica, ou maior resistência à deterioração, ou em condicões extremas de temperatura (altas e baixas). Segundo a Norma Petrobrás N-253, como regra geral, são admitidos os materiais constantes nas normas ASME Seção II (partes A, B e C) e Seção VIII. Entretanto, são aceitos materiais equivalentes aos da norma ASME, quando de sociedades de normalização reconhecidas internacionalmente (BS, DIN, JIS etc). Independentemente dos limites de temperatura, para cada material, estabelecidos em outros códigos, a Petrobrás estabelece seus próprios limites na Norma N-253 (tabela 6). Para as partes pressurizadas, os limites são em função da resistência mecânica, enquanto que, para as partes não pressurizadas, estão baseadas na temperatura de escamação do material (scaling temperature).


MATERIAL

TEMPERATURA LIMITE DE UTILIZAÇÃO ( °C)

PARTES PRESSURIZADAS

PARTES NÃO PRESSURIZADAS

AÇO CARBONO DE QUALIDADE ESTRUTURAL.

150 530

AÇO CARBONO NÃO ACALMADO. 400 530 AÇO CARBONO ACALMADO COM Si. 450 530 AÇO LIGA COM ½ Mo. 500 530 AÇO LIGA 1 ¼ Cr + ½ Mo. 530 530 AÇO LIGA 2 ¼ Cr + 1 Mo. 530 570 AÇO LIGA 5 Cr + ½ Mo. 480 600 AÇO INOXIDÁVEL : 405, 410, 410S. (3) 480 600 AÇO INOXIDÁVEL : 304, 316. (1) e (2) 600 800 AÇO INOXIDÁVEL : 304L, 316L. 400 800 AÇO INOXIDÁVEL : 310. (2) 600 1100

TABELA 6 - Limites de temperatura para os aços mais usuais na indústria.

NOTAS: (1) Para temperaturas de projeto superiores a 550ºC, recomenda-se o uso de aços

inoxidáveis tipo "H". (2) Chama-se atenção para a possibilidade de formação de "Fase Sigma", para

temperaturas acima de 600ºC, resultando em severa fragilização do material. Essa mudança na estrutura metalúrgica ocorre principalmente para os aços 316 e 310.

(3) Esses materiais são suscetíveis à fragilização quando expostos em torno de 475ºC por períodos longos.

7.2. MATERIAIS MAIS USUAIS Esse capítulo faz um resumo das principais características, limites de utilização e cuidados das ligas metálicas mais usadas na fabricaçào de vasos de pressão para a indústria petroquímica. 7.2.1. AÇO CARBONO O aço carbono é o material mais usado na fabricação dos vasos de pressão. Suas propriedade são influênciadas pela: composição química; método de produção; tipo, forma e quantidade de impurezas; e condições de projeto. O elemento químico que mais influe nas propriedades do aço carbono é o carbono, por isso o aço leva seu nome, como identificação. A influência do teor de carbono e/ou outros elementos químicos costuma ser medida por uma variável chamada ″CARBONO EQUIVALENTE″ ( Ceq ), determinada pela expressão matemática abaixo, conforme recomendação do The Welding Institute.

Ceq = %C + (%Mn) / 6 + (%Cr + %Mo + %V) / 5 + (%Ni + %Cu) / 15


Um aumento do carbono equivalente produz, principalmente os seguintes efeitos sobre as propriedades do aço carbono e carbono-manganês : - Aumento nos limites de resitência à tração e de elasticidade; - Aumento na dureza e temperabilidade; - Redução da dutilidade e soldabilidade. Devido a esses efeitos os valores recomendados de carbono equivalente para os aços a serem aplicados na fabricação de vasos de pressão são: - PARTES SOLDADAS E SUJEITAS A PRESSÃO: Ceq ≤ 0,45% - PARTES SOLDADAS SEM PRESSÃO : Ceq ≤ 0,50%

NOTA.Os aços com carbono equivalente acima de 0,50% apresentam alta suscetibilidade a trincas a

frio durante os processos de soldagem.

Os aços carbono podem ser acalmados4 com adições de silício ou alumínio, durante seu processo de produção. Um aço acalmado tem menor quantidade de heterogêniedades e menor tamanho de grão, como consequência suas propriedades mecânicas serão mais homogêneas e sua suscetibilidade a defeitos internos será menor. A resitência mecânica do aço carbono começa a ser reduzida em temperaturas superiores a 370° C, devido ao fenômeno da fluência, sendo que após 420° C a possibilidade de GRAFITIZAÇÃO5 pode acelerar mais ainda essa redução. Em temperaturas superiores a 530° C o aço carbono sofre intensa oxidação, quando exposto a meios oxidantes o que inviabiliza econômicamente sua utilização. Abaixo de 15° C a resitência ao impacto do aço carbono começa a ser reduzida, inviabilizando seu uso em temperaturas abaixo de - 30° C. Na faixa de 15 a - 30° C o código ASME recomenda à adoção de medidas adicionais, como por exemplo, a exigência de teste Charpy na qualificação dos processos de soldagem, etc. A resitência à corrosão do aço carbono, também é muito baixa para a maioria dos fluidos e atmosferas com umidade relativa acima de 60%. Por essa razão, é adicionado na sua espessura uma sobre-espessura para desgaste por corrosão. Em vistas dos motivos descritos acima, na fabricação de vasos de pressão a utilização dos aços carbono costuma ser restrita à faixa de - 30° C a 420° C, sendo necessários cuidados adicionais quando a temperatura de projeto do vaso estiver próxima dos valores extremos. 7.2.2. Aço Liga

4aços acalmados = são aços com menos bolhas devido a adição de Si e/ou Al, que além de removerem o oxigênio do aço líquido, também atuam como refinadores de grão. 5GRAFITIZAÇÃO = é a reação de separação do carbono da cementita para a forma de carbono grafítico que ocorre após longa exposição do aço carbono em temperaturas acima de 420°C.


Denomina-se aço liga a todo aço que possue qualquer quantidade de outros elementos químicos, além dos normalmente existentes, na composição química de um aço carbono6. Dependendo da soma dos elementos de liga presentes na composição química do aço, estes são classificados como mostra a tabela 7.

SOMA DOS ELEMENTOS DE LIGA ( em % )

CLASSIFICAÇÃO DO AÇO

até 5 BAIXA LIGA de 5 a 10 MÉDIA LIGA

acima de 10 ALTA LIGA

TABELA 7 - Classificação dos aços liga.

Os aços liga são empregados nos casos em que a utilização do aço carbono é inadequada. Para aplicações acima de 420° C, prefere-se o uso de aços liga com cromo e molibdênio e nos casos de temperatura inferiores à 30° C, são empregados aços com níquel. A utilização dos aços liga está limitada pela possibilidade de precipitação de fases frágeis quando estes são expostos a temperaturas acima de 420° C ou abaixo de - 45° C por longos períodos. 7.2.3. Aços Inoxidáveis Aços inoxidáveis são aços de alta liga com um teor de cromo acima de 12% na sua composição química, o que lhes conferem uma melhora nas propriedades mecânicas em temperaturas entre 400 e 650° C e excelente resistência a corrosão em meios oxidantes até 1100° C, proporcional aos teores de cromo e níquel presentes na liga. De acordo com sua microestrutura e composição química os aço inoxidáveis são classificados como na tabela 8.

CLASSIFICAÇÃO DO AÇO MICROESTRUTURA ELEMENTOS QUÍMICOS INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO AUSTENÍTICA Cr + Ni

INOXIDÁVEL FERRÍTICO FERRÍTICA Cr + Al INOXIDÁVEL MARTENSÍTICO MARTENSÍTICA Cr

TABELA 8 - Classificação dos aços inoxidáveis.

Os aços austeníticos mantém o comportamento dútil mesmo em temperaturas extremamente baixas, podendo ser empregados até - 250° C, sem perda da tenacidade.

6A composição química usual do aço carbono é : C = 0,008 a 2,06% ; P = 0,04 a 0,10% ; S = até 0,06% ; Mn = 0,25 a 1,0% ; Si=0,05 a 0,3%; Al,H,O,N = traços.


Os aços austeníticos em geral, exceto os estabilizados7e os de baixo carbono, estão sujeitos a um fenômeno chamado de SENSITIZAÇÃO8. Os aços sensitizados estão sujeitos a corrosão intergranular, principalmente quando expostos a meios ácidos. Quando expostos a soluções aquosas de ácido clorídrico ou meios com cloretos, os aços inoxidáveis austeníticos estão sujeitos a corrosão por pitting e/ou sobtensão. 7.3. ESPECIFICAÇÕES MAIS EMPREGADAS EM VASOS DE PRESSÃO Os tipos de aço carbono mais utilizados, na faixa de temperatura recomendável (-30º C a 420º C), são: SA-285 Gr C; SA-515 Gr 60 e Gr 70; SA-516 Gr 60 e 70. Numa abordagem bem ampla poderíamos classificar o SA-285 Gr C como um aço de médio carbono, adequado para partes não pressurizadas ou para serviços não tóxicos, em pressões e temperaturas não muito elevadas; os SA-515 Gr 60 e 70 como aços de médio carbono, acalmados com silício, para temperaturas mais elevadas; e o SA-516 Gr 60 e 70 como aços de médio carbono, acalmados com alumínio, para serviços em baixas temperaturas. Um aço carbono, de qualidade estrutural, bastante aplicado na fabricação de vasos de pressão é o SA-283 Gr C. O Código ASME permite sua utilização, mesmo para partes pressurizadas, desde que não se destine a caldeiras ou a casos em que a temperatra de projeto esteja abaixo de - 29° C ou acima de 343ºC. Numa faixa de temperatura mais elevada e para serviços com hidrogênio são muito utilizados os aços liga Mo e Cr-Mo, sendo mais comuns as seguintes especificações : SA-204 Gr A/B/C (1/2 Mo); SA-387 Gr 11(1 1/4 Cr-1/2 Mo); SA-387 Gr 22 (2 1/4 Cr - 1 Mo). Numa faixa de temperatura mais elevada seriam indicados os aços inoxidáveis austeníticos, cujas principais especificações são : SA-240 Gr 340 (AISI 304); SA-240 Gr 304 L (AISI 304 L); SA-240 Gr 316 (AISI 316); SA-240 Gr 316 L (AISI 316 L); SA-240 Gr 321 (AISI 321).

Para baixas temperaturas são utilizados: - Aços Liga ao Níquel : SA-203 Gr A/Gr B (2 1/4 Ni); SA-203 Gr D/Gr E(3 1/2 Ni); SA-353 (9 Ni); - Aços Inoxidáveis Austeníticos, nas especificações : SA-240 Gr 340 (AISI 304); SA-240 Gr 304 L

(AISI 304 L); SA-240 Gr 316 (AISI 316); SA-240 Gr 316 L (AISI 316 L); SA-240 Gr 321 (AISI 321); - Metais não ferrosos, como as ligas de Alumínio/Magnésio - SB-209 (5083) e as ligas de

Alumínio/Sílico - SB-209 (6061). Muitas vezes, quando além da resistência mecânica é necessário que o material seja resistente à corrosão, torna-se necessário a utilização de chapas revestidas. Neste caso a chapa base, que resistirá aos esforços mecânicos é usualmente de aço carbono e a chapa de revestimento fina (em geral 3mm), de um material mais nobre como o aço inoxidável ferrítico ou martensítico; ou o monel9.

7Aços inoxidáveis austeníticos estabilizados são aços que contém na sua composição química Ti, Nb ou Ta, ou ambos, com a finalidade de precipitarem carbonetos com maior ponto de solubilização do que os carbonetos de cromo. 8SENSITIZAÇÃO é a precipitação de carbonetos de cromo que ocorrem em aços com mais do que 12% de cromo quando expostos a temperaturas na faixa de 450°C a 850°C. 9Monel = liga Ni/Cu, com aproximadamente 67% de Ni e 32% de Cu que alta resistência à corrosão em meios ácidos fortes,

como o ácido clorídrico e o fluorídrico.


7.4. DIMENSÕES Devem ser adotadas de preferência, como espessuras nominais (comerciais) os seguintes valores, em milímetros: 4,75 - 6,30 - 8,00 - 9,50 - 11,20 - 12,50 - 14,00 - 16,00 - 17,50 19,00 - 20,60 - 22,40 - 23,60 - 25,00 - 28,60 - 31,50 - 34,90 - 37,50 - 41,30 - 44,40 - 47,40 - 47,50 - 50,0. Para espessuras superiores a 50,0 mm devem ser adotados valores inteiros em milímetros. As tolerâncias de fornecimento das chapas não precisam ser consideradas, desde que as chapas estejam de acordo com as normas ASTM A-20 e PB-35. Para tampos abaulados e outras peças prensadas ou conformadas, deve ser previsto um adequado acréscimo na espessura, para compensar a perda de espessura na prensagem ou conformação, de forma que a espessura final da peça acabada tenha, no mínimo, o valor desejado. A tabela 9 mostra as reduções de espessura adotadas por um fabricante nacional de tampos (EICA).

ESPESSURA DA CHAPA A SER CONFORMADA ( mm )

REDUÇÃO NA ESPESSURA APÓS CONFORMAÇÀO (mm )

6,35 2,0 8,0 2,3 9,5 2,3 12,7 2,5 15,8 2,8 19,0 3,0 22,0 3,2 25,4 3,8 31,8 4,0 38,0 4,5

TABELA 9 - Redução de espessuras dechapas para a conformaçào de tampos toriesférico 2:1.

Nos vasos em que forem previstas diferentes espessuras de chapas para os diversos anéis, permite-se ao projetista modificar para mais essas espessuras, com a finalidade de acertar as alturas dos anéis, com as dimensões comerciais das chapas. Deve-se sempre acrescentar uma adequada sobre-espessura para corrosão nas espessuras calculadas, exceto quando, a corrosão for reconhecidamente inexistente ou desprezível, ou for aplicado um revestimento anti-corrosivo. Chapas com espessura igual a 4,75 mm devem ter as seguintes dimensões : 6000 mm de comprimento por 1500 mm de largura, para as demais espessuras recomenda-se adotar 12000 mm de comprimento por 2440 mm de largura. 7.5. CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CONFORME O CÓDIGO ASME Com o intuito de facilitar referências a grupos de materiais com propriedades similares, o código ASME agrupa os materiais em duas classificações considerando composição química e soldabi


lidade, dois fatores de grande influência em nas propriedades mecânicas de uma junta soldada.(tabela 10).

CLASSIFICAÇÃO DO METAL BASE

CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS

UTILIZAÇÃO BÁSICA

GRUPO P

(P NUMBER)

METAIS BASE QUE TEM A MESMA SOLDABILIDADE E PROPRIEDADES MECÂNICAS SIMILARES NUMA JUNTA DE SOLDA HOMOGÊNEA.

QUALIFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM.

GRUPO G

(G NUMBER)

METAIS BASE DO MESMO GRUPO P COM RESISTÊNCIA AO ENSAIO CHARPY DIFERENTES APÓS SOLDA HOMOGÊNEA.

QUALFICAÇÃO DE PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM, COM EXIGÊNCIAS DE IMPACTO. (ENSAIO CHARPY)

TABELA 10 - Classificação dos metais base conforme o código ASME.

A tabela 11 mostra uma classificação similar para as soldas, considerando a composição química do metal depositado e a soldabilidade do consumível utilizado.

CLASSIFICAÇÃO CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS

UTILIZAÇÃO BÁSICA

GRUPO A (A NUMBER)

COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO METAL DEPOSITADO SIMILARES.

QUALIFICAÇÃO DOS PROCEDIMENTOS DE SOLDAGEM.

GRUPO F (F NUMBER)

HABILIDADE REQUERIDA NO MANUSEIO DO CONSUMÍVEL SIMILARES.

QUALIFICAÇÃO DE SOLDADORES E OPERADOES DE SOLDA.

TABELA 11 - Classificação das soldas conforme o código ASME.

8. REVESTIMENTOS Devido a necessidade da disponibilidade de materiais que possuam ao mesmo tempo boas resistências mecânica e ao desgaste, em muitas aplicações, é mais econômico a utilização de materiais revestidos. A filosofia em se optar por materiais revestidos, é a redução do custo pela utilização de um material menos nobre, como metal resistente, unindo a superfície deste, que ficará exposta ao meio agressivo, outro material de baixa espessura, apenas com a finalidade de evitar o desgaste superficial. Dependendo da superfície revestida do material em relação ao equipamento, o revestimento é classificado em interno, quando a superfície revestida está voltada para o interior do equipamento ou externo, quando estiver voltada para fora do equipamento.


A tabela 12 mostra uma classificação dos revestimentos usados em vasos de pressão, considerando apenas o tipo de desgaste que se deseja evitar.

TIPO DE DESGASTE CLASSIFICAÇÃO DO REVESTIMENTO

TIPO DE REVESTIMENTO MAIS USUAL EM VASOS DE

PRESSÃO CORROSÃO ANTICORROSIVO METÁLICO

EROSÃO ANTIEROSIVO NÃO METÁLICO POR TEMPERATURA REFRATÁRIOS NÃO METÁLICO

TABELA 12 - Classificação dos revestimentos quanto ao tipo de desgaste.

A durabilidade de um revestimento depende fundamentalmente de sua aderência ao metal base. Com base no método de aplicação ao substrato (metal base) os revestimentos são classificados como mostra a tabela 13. Os metais básicos mais usados em vasos de pressão quando da utilização de revestimentos são: - AÇO CARBONO: para temperaturas de projeto até 400° C; - AÇO BAIXA LIGA: para temperaturas de projeto entre 400 e 530° C. Para temperaturas de projeto acima de 530° C, em geral, não é mais atrativo econômicamente a utilização de revestimentos, preferindo-se, nesses casos, aplicar um material mais nobre que alie resistência mecânica e ao desgaste. Os revestimentos metálicos mais usados em vasos de pressão são os aplicados por CLAD ou LINING, a tabela 14 mostra um resumo comparativo das principais características desses revestimentos. Os revestimentos tipo LINING, em geral, tem uma performace inferior aos do tipo CLAD e só devem ser aplicados quando da impossibilidade da utilização do clad, como em: bocais de pequeno diâmetro, modificações realizadas após a montagem do vaso, alto custo etc. Experiências desenvolvidas pela Petrobrás mostraram ser mais recomendada aplicação de LINING na forma de tiras com: 100 a 140 mm de largura por 900 a 1500 mm de comprimento, dispostas no sentido longitudinal quando aplicado nas partes cilíndricas e radial nos tampos, como mostrado nas figuras 20 e 21. A norma ASTM-A-263 é a geralmente usada na fabricação de chapas cladeadas com metal base em aço carbono ou baixa liga. Esta norma exige um teste de aceitação de aderência do clad, que conciste na aplicação de uma carga cisalhante de no mínimo 14 Kgf/cm2, sobre o clad de um corpo de prova preparado como mostrado na figura 22.


CLASSIFI-CAÇÃO DO REVESTI-MENTO

TIPO DE REVESTI-MENTO

MÉTODO DE APLICAÇÃO

LIGAÇÃO AO SUBSTRATO

ALTERAÇÕES NO METAL BASE

CLAD

METÁLICO LAMINAÇÃO OU EXPLOSÃO

TOTAL

MUITO PEQUENA

LINING

METÁLICO

TIRAS SOLDADAS

(FIGURA 20 )

DEPÓSITO CONTÍNUO DE

SOLDA

PARCIAL

TOTAL

CRIAÇÃO DE PEQUENAS ZONAS DE LIGAÇÃO COM FUSÃO DO

METAL BASE

TODA A CHAPA TERÁ UMA ZONA DE LIGAÇÃO COM FUSÃO DO

METAL BASE PLÁSTICO

OU ELASTÔ-MEROS

NÃO METÁLICO

PULVERIZAÇÃO A PISTOLA E

CURA A QUENTE

TOTAL

DESPREZÍVEL

CONCRETOS OU REFRA-

TÁRIOS

NÃO

METÁLICO

PINOS, GRAMPOS, TELAS OU AMBOS.

PARCIAL

CRIAÇÃO DE PEQUENAS ZONAS

DE LIGAÇÃO COM FUSÃO DO METAL BASE

PINTURA

NÃO METÁLICO

REAÇÃO QUÍMICA

TOTAL

NENHUMA

TABELA 13 - Classificação dos revestimentos quanto o método de aderência.

OBS. As zonas de ligação com fusão do metal base podem nuclear ou propagar descontinuidades ou

defeitos no metal base.

FIGURA 20 - Métodos de aplicação de lining.


FIGURA 21 - Método recomendado para a aplicação de lining em tampos.

FAIXA DE TEMPERATURA

(°C)

MATERIAL RECOMENDADO PARA O REVESTIMENTO

APLICAÇÀO

ATÉ 300

AÇOS INOXIDÁVEL AUSTENÍTICOS ESTABILIZADOS OU COM BAIXO CARBONO

MEIOS SEM CLORETOS OU ÁCIDOS FORTES

300 A 700

AÇOS INOXIDÁVEIS FERRÍTIOS COM BAIXO CARBONO

MEIOS NEUTROS, ALCALINOS OU LEVEMENTE ÁCIDOS

ATÉ 350 MONEL MEIOS ÁCIDOS FORTES, COMO HCl E HF

ATÉ 60 CHUMBO ÁGUA SALGADA

TABELA 14 - Principais características dos revestimentos tipo clad e lining. Os revestimentos não metálicos, denominados concretos, são bastante utilizados no revestimento de vasos de pressão, sendo classificados em dois grupos:

- CONCRETO SIMPLES: concretos empregados com uma só finalidade. Por exemplo, os concretos

isolantes. - CONCRETO DUPLO: concretos empregados com mais de uma finalidade. Por exemplo, concretos

onde a primeira camada é isolante e a segunda camada, aplicada sobre a primeira, resistente à erosão.

A tabela 15 mostra um resumo das principais características desses concretos.

Devemos ressaltar ainda, um concreto simples, normalmente chamado de ″FIRE-PROOF″, largamente utilizado em vasos de pressão, localizados em áreas chamadas de classificadas10. Este revestimento consiste de uma argamassa refratária, aplicada na estrutura de sustentação e/ou suportação dos vasos, com a finalidade de impedir o desabamento ou inclinação destes, quando submetidos a um aquecimento excessivo, durante incêndios, devido a redução da resistência mecânica do material usado na fabricação

10 ärea classificada é uma área onde é possível ocorrer vazamento de produtos que podem entrar em ignição espontânea, na temperatrura ambiente.


dos suportes ou esruturas. O “fire-proof” isola o matrial por um curto período de tempo, enquanto são tomadas providências de combate ao incêncido. Seu método de aplicação é o mesmo utilizado por qualquer outro concreto simples (figura 23).

CLASSIFICAÇÃO DO CONCRETO

VELOCIDADE DO FLUXO

TIPO DE CAMADA

MÉTODO DE APLICAÇÃO

SIMPLES

BAIXA

MÉDIA OU ALTA

EXTERNA

EXTERNA

PINOS OU GRAMPOS TOTALMENTE COBERTOS (FIGURA 20) TELA HEXAGONAL (FIGURA 21)

DUPLO

QUALQUER

INTERNA

EXTERNA

PINOS OU GRAMPOS TOTALMENTE COBERTOS (FIGURA 20) TELA HEXAGONAL (FIGURA 21)

TABELA 15- Principais características dos concretos usados em vasos de pressão.

FIGURA 22 - Teste de aceitação de clad conforme ASTM-A-263.

63,5

W

a 19,1

t

t + 0,127

63,5

76,2

OBS. 1. t = T - a 2. a = 3,18 máx. 3. w = 1,5 a. 4. todas as medidas estão em milímetros. 5. a = espessura do clad a ser testado.

APLICAÇÃO DA CARGA

BLOCOS DE CISALHAMENTO

CLAD EM TESTE CORPO DE PROVA

W a

CLAD REMOVIDO

63,5

t T

19,1

25,4

CLAD A SER TESTADO


FIGURA 23 - Atracação de concreto através de pinos ou grampos.

CONCRETO REFRATÁRIO PINOS DE ANCORAGEM

CASCO DO VASO

75

ESPESSURA DO CONCRETO

32

6

16

45o

5

DETALHE DA TELA HEXAGONAL

TELA HEXAGONAL

METAL BASE

FIGURA 24 - Atracação de concreto através de tela hexagonal.


FIGURA 25 - Atracação de concreto duplo.

9. JUNTAS SOLDADAS 9.1. TIPOS DE JUNTAS A escolha da junta soldada a ser usada na fabricação ou montagem de um vaso de pressão depende basicamente dos seguintes fatores: a) Resistência mecânica esperada da junta soldada em relação a resistência do metal de base (eficiência

de junta). b) Condições operacionais: juntas que serão expostas a fluidos que provoquem corrosão ou erosão,

depois de soldadas, não podem conter irregularidades, frestas ou outros problemas que facilitem a deterioração da solda.

c) Grau de restrição: o tipo de junta pode ajudar a minimizar as distorções e a ocorrência de trincas devido as contrações da solda.

d) Facilidade de soldagem: algumas juntas estão limitadas pelo acesso. e) Dimensões do metal soldado: pequenas aberturas de raiz e pequenos ângulos requerem menor

deposição de metal, mas a eficiência de junta deve ser respeitada. f) Tipo de carregamento: certos tipos de juntas são adequadas apenas para tensões aplicadas numa única

direção. Similarmente, tensões estáticas e dinâmicas exigem juntas diferentes. Esses fatores apresentados acima, são suficiente para mostrar a responsabilidade e a dificuldade na escolha do tipo de junta

TELA HEXAGONAL

ESPESSURA DA CAMADA INTERNA DE CONCRETO

PINO DE CABEÇA RETANGULAR

❶

❶

❷

❷

❸

❸

METAL BASE

CONCRETO ISOLANTE

CONCRETO ANTI EROSIVO


Segundo a seção VIII do código ASME os tipos de juntas mais comuns em vasos de pressão são: • JUNTAS DE TOPO De maneira geral, é o tipo de junta mais usual quando a principal necessidade é resistência mecânica. Entretanto, exigem maior deposição de metal, o que pode acarretar maiores problemas devido as tensões de contração, bem como, maior custo. • JUNTAS SOBREPOSTAS As juntas sobrepostas são unidas por soldas de filete e/ou, soldas "plug", por isso tem menor volume de metal depositado do que as juntas de topo. Assim, são preferidas por motivos econômicos e de facilidade de preparação, quando e onde o código utilizado permitir.

A figura 26 mostra os tipos de juntas mais recomendados pelo código ASME, para as soldas de união casco/calotas. À atracação de bocais, bocas de visita, suportes e acessórios num vaso de pressão exige tipos de juntas diferentes que devem ser analisadas separadamente. A figura 27 mostra exemplos de juntas deste tipo aceitas pela seção VIII do código ASME. OBS.:1. A distância entre duas soldas, em qualquer caso, não deve ser menor do que 4 vezes a espessura

da chapa mais fina, com o mínimo de 30 milímetros.

2. Todas as soldas submetidas aos esforços de pressão, no casco e nos tampos, devem ser de topo, com penetração total, feitas pelos dois lados e radiográveis. Quando a solda interna for impraticável, pode ser feita apenas a externa, adotando-se um procedimento que garanta a qualidade da raiz da solda.

9.2. EFICIÊNCIA DE JUNTA (E) A Norma Brasileira (NB-109), define eficiência de junta como o cociente entre as resistências à tração do metal depositado e metal base, ou seja,

O código ASME, usa o termo eficiência de junta para definir o grau de inspeção a ser adotado após soldagem, levando em consideração o tipo de junta adotada. Essa correlação está definia no parágrafo UW-12 da seção VIII e resumida na tabela 16. Obs.: Segundo a Norma Petrobrás, para qualquer vaso de pressão é obrigatório que todas as juntas

soldadas do casco e tampos tenham pelo menos inspeção radiográfica por amostragem (spot), não sendo admitidas soldas não radiografadas, mesmo nos casos em que o código de construção permita.

EFICIÊNCIA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO DO METAL DEPOSITADO DE = JUNTA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO DO METAL BASE


FIGURA 26 - Juntas soldadas aceitas pelo código ASME para uniões casco/casco ou casco/calotas.

FIGURA 27 - Juntas soldadas aceitas pelo código ASME para a atracação de bocais.

JUNTA SOBREPOSTA SOLDADA POR UM SÓ LADO E SOLDA TAMPÃO.

JUNTA SOBREPOSTA SOLDADA POR UM SÓ LADO

JUNTA DE TOPO COM PENETRAÇÃO TOTAL E CONCORDÂNCIA. JUNTA DE TOPO COM PENETRAÇÃO

TOTAL SOLDA TAMPÃO

JUNTA SOBREPOSTA SOLDADA POR UM SÓ LADO E JUNTA DE TOPO.

JUNTA SOBREPOSTA OPCIONAL

MATA JUNTA

MATA JUNTA

JUNTA DE TOPO COM PENETRAÇÃO TOTAL, BOCAL PENETRANTE E CHAPA DE REFORÇO EXTERNA.

JUNTA DE TOPO COM PENETRAÇÃO TOTAL E BOCAL PENETRANTE.

JUNTA DE TOPO COM PENETRAÇÃO TOTAL E BOCAL PENETRANTE.

JUNTA DE TOPO COM PENETRAÇÃO TOTAL COM MATA JUNTA . E BOCAL PENETRANTE.

JUNTA DE TOPO COM PENETRAÇÃO TOTAL SEM MATA JUNTA JUNTA DE TOPO COM PENETRAÇÃO

TOTAL E MATA JUNTA .


TIPO DE JUNTA

LIMITAÇÕES

CATEGORIA DE JUNTA

GRAU DO EXAME RADIOGRÁFICO

Juntas de topo, soldada por ambos os lados ou soldada por um lado com qualidade similar a primeira, sem mata junta que permaneça após a soldagem.

Nenhuma

A,B,C, e D

TOTAL

1,00

SPOT

0,85

SEM

0,70

Juntas de topo soldada por um lado, sem mata junta que permaneça após soldagem, que não esteja incluída acima

Nenhuma

A, B, C e

D

0,90

0,80

0,65

Juntas de topo soldada por um lado, com mata junta que permaneça após soldagem

Aplicável somente para juntas circunferênciais com espessura até 15,8 mm e quando o diâmetro externo for menor do que 24 polegadas.

A, B e C

NA

NA

0,60

Junta sobreposta soldada de ambos os lados.

Junta longitudinal com espessura até 9,5 mm Juntas circunferênciais com espessura até 15,8 mm

A B e C

NA

NA

0,55

Junta sobreposta, com solda simples e solda tipo plug

Juntas circunferênciais de união casco/calota, onde o diâmetro externo da calota não seja superior a 24 polegadas e espessura do casco até 12,7 mm Junta circunferêncial para atracação de camisa no casco, quando a espessura da camisa não ultrapassar a 15,8 mm e a distância entre os plugs de solda, não ultrapasse 1.1/2 vezes o diâmetro do plug de solda

B

C

NA

NA

0,50

Junta sobreposta, com solda simples, sem solda tipo plug

Atracação de calotas em casco, onde a espessura requerida do filete, não seja superior a 15,8 mm. Atracação de calotas em casco com diâmetro menor do que 24 polegadas e espessura requerida do filete até 6,3 mm

A e B

NA

NA

0,45

TABELA 16 - Resumo simplificado da tabela UW-12 do código ASME.

9.3 CATEGORIA DE JUNTA O termo CATEGORIA DE JUNTA é usado pelo código ASME para agrupar as soldas de um vaso de pressão que estarão sujeitas a níveis de tensões similares, quando em operação, levando em consideração apenas a localização da junta (figura 28 ). Deve ser ressaltado, que juntas de mesma categoria podem ser de tipos diferentes, bem como ter requisitos de radiografia diferentes, pois estas variáveis depende mais de outros fatores do que da localização da junta no vaso.

OBS.: O parágrafo UW-2 da seção VIII do código ASME usa uma correlação especial entre

categoria de junta, tipo de junta e grau de inspeção nos seguintes casos: a) Vasos que operam com substâncias letais; b) Vasos que operam com temperaturas abaixo de -30º C; c) Caldeiras não sujeitas a chama, com pressão de projeto acima de 345 KPa; d) Vasos sujeitos ao fogo direto.


FIGURA 28 - Categorias de junta, conforme o código ASME.

Analisando a figura 28 podemos fazer uma correlação entre tipo e categoria de juntas soldadas num vaso de pressão, como mostra a tabela 17.

CATEGORIA DE JUNTA

TIPO DE JUNTA

RESISTÊNCIA MECÂNICA DESEJADA

A

1.TODAS AS LONGITUDINAIS 2.TODAS DAS ESFERAS 3.CIRCUNFERÊNCIAIS CASCO/CALOTAS

QUANDO ANTES DA LINHA DE TANGÊNCIA

MAIOR

B

1. CIRCUNFERENCIAIS DA PARTE CILINDRICA 2. CIRCUNFERENCIAIS CASCO/CALOTAS APÓS

A LINHA DE TANGÊNCIA

C CIRCUNFERÊNCIAIS BOCAIS/FLANGES D UNIÃO CASCO/BOCAL MENOR

TABELA 17 - Correlação entre categoria de junta e tipo de junta, conforme o código ASME.

O agrupamento de tipos de junta e seu correlação com a categoria de junta feito pelo código visa o seguinte:

- Agrupar juntas com exigências de tensão similares quando o vaso estiver em operação; - Generalizar exigências cujo estado de tensões tenham influência; - Definir exigências mínimas por grupos de juntas; - Definir uma eficiência de junta mínima, em função da extensão de solda radiografada.

C

B

C

C

B

D

A

B A

D

B A

D

C

D A

B C

D

A

A

A B


9.4. REQUISITOS DE RADIOGRAFIA DE UMA JUNTA SOLDADA Levando em consideração a categoria de junta, tipo de junta, produto a ser armazenado e as condições de projeto do vaso, o parágrafo UW-11 do código ASME defini os requisitos mínimos de radiografia para uma junta soldada de um vaso novo, que deve ser satisfeito antes que o vaso entre em operação. A tabela 18 faz um resumo desses requisítos mínimos.

GRAU DE RADIOGRA-FIA

EXTENSÃO DA JUNTA A SER RADIOGRA-FADA

TIPO DE JUNTA SOLDADA

CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO DA RADIOGRA-FIA

USO OBRIGATÓRIO EM

TOTAL

TODA A JUNTA

TOPO

UW-51

1.ARMAZENAMENTO DE SUBSTÂNCIAS LETAIS

2.QUANDO EXIGIDO PELA TAB.UCS-5711

3.PRESSÃO DE PROJETO ACIMA DE 345 Kpa

4.QUANDO EXIGIDO PELA TAB. UW-12 (tabela 16)

PARCIAL

150 mm + AS INTERSEC-ÇÕES COM JUNTAS DE CATEGORIA A

TOPO

UW-51

1.JUNTAS DE CATEGORIA B,C e D 2.BOCAIS COM DIÂMETRO

ACIMA DE 10 mm OU ESPESSURA ACIMA DE 20 mm

POR AMOSTRA-

GEM

UW-52

TOPO E ÂNGULO

UW-52

QUANDO EXIGIDO PELA TAB.UW-12 (tabela 16).

TABELA 18 - Requisitos de radiografia para vasos de pressão, conforme código ASME.

9.5. RESISTÊNCIA MECÂNICA DE UMA JUNTA SOLDADA

Com base no exposto nos intens anteriores podemos concluir que a resistência mecânica de uma junta soldada num vaso de pressão depende, basicamente, dos seguintes fatores:

* TIPO DE CHANFRO Os ítens que mais interferem na definição do tipo de chanfro a ser empregado numa junta soldada são: - ACESSO AO LOCAL PARA A EXECUÇÃO DA SOLDA; - PROCESSO DE SOLDAGEM MAIS ADEQUADO; - ESPESSURA DA JUNTA; - PENETRAÇÃO DESEJADA (total ou parcial).

11A tabela UCS-57 do código ASME está reproduzida na tabela 19 deste trabalho.


* CARACTERÍSTICAS DO CONSUMÍVEL Lembrando que uma junta soldada deve ser o mais homogênea possível ao metal base, pode-se dizer que os fatores que melhor caracterizam a escolha de um consumível são: - Composição química; - Resistência mecânica desejada. * EFICIÊNCIA DE JUNTA A eficiência de uma junta soldada fica definida basicamente por: - Procedimento de soldagem utilizado; - Extensão do exame radiográfico. * NÍVEL DE TENSÕES NUMA JUNTA SOLDADA Toda junta soldada está sujeita a um estado de tensões que pode ser considerado como a soma das tensões introduzidas pelo processo e váriáveis de soldagem utilizados, peso próprio, carga do vento e condições operacionais. Considerando que, com exceção desta última sitada, as demais tensões são aproximadamente iguais em todas as juntas soldadas, podemos concluir que as soldas mais solicitadas serão as longitudinais, pois quando o vaso estiver pressurizado as tensões circunferenciais serão aproximadamente o dobro das longitudinais, como mostra a figura 29.

FIGURA 29 - Estado de tensões num cilindro pressurizado.

Numa esfera esse fato não ocorre, pois nesse caso as tensões longitudinais e circunferenciais serão iguais e as juntas soldadas estarão solicitadas igualmente, com tensões da ordem das tensões circunferenciais que atuam num cilindro pressurizado (figura 30).

P σLONG..

σLONG..

σCIRC. σCIRC. σLONG ≈ ½ σCIRC.


FIGURA 30 - Estado de tensões numa esfera pressurizada.

Essas constatações nos levam a melhor entender ao agrupamento de juntas soldadas que o ASME utiliza quando define as juntas de mesma categoria e as exigências de radiografia, além de alertar o inspetor quanto a possibilidade de defeitos em soldas que são mais solicitadas.

NÚMERO P DE CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL

NÚMERO DO GRUPO DE CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL

ESPESSURA NOMINAL ACIMA DA QUAL É EXIGIDO RADIOGRAFIA TOTAL DA JUNTA SOLDADA ( mm )

1 1,2 e 3 31,7 3 1,2 e 3 19 4 1 e 2 15,8 5 1 e 2 0

9A 1 15,8 9B 1 15,8

10A 1 19 10B 2 15,8 10C 1 15,8 10F 6 19

TABELA 19 - Exigências de radiografia total, conforme o parágrafo UCS-57 do código ASME.

P

σLONG..

σLONG..

σCIRC. σCIRC. σLONG ≈ σCIRC.

OBS. AS TENSÕES CIRCUNFERENCIAIS E LONGITUDINAIS DE UMA ESFERA SÃO ≈ AS TENSÕES CIRCUNFERENCIAIS DE UM CILINDRO.


PARTE 2

ASSUNTO PÁGINA

1. INSPEÇÃO DE FABRICAÇÃO.................................................................... 01

2. INSPEÇÃO DIMENSIONAL DE FABRICAÇÃO........................................

04

3. CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO DOS END’S CONVENCIONAIS...............

15

4. EMISSÃO ACÚSTICA..................................................................................

20

5. RÉPLICA METALOGRÁFICA.....................................................................

25


1. INSPEÇÃO DE FABRICAÇÃO 1.1. INTRODUÇÃO Para possibilitar o atendimento dos requisitos aos códigos de construção é necessário a preparação de uma mão de obra especializada, com condições de exercer as funções de fiscalização dos procedimentos de fabricação e garantir a qualidade do produto. Os novos conceitos guiados pelas técnicas da garantia da qualidade fazem com que essa mão de obra assuma uma importância vital para a sobrevivência de qualquer industria. Incentivado pelos códigos de construção, que especificam exigências relativas a fabricação e montagem, muitos fabricantes também executam a montagem de seus produtos nas dependências do cliente, seguindo a conhecida expressão ″ do poço ao posto ″, de maneira a garantir seu produto e a satisfação do cliente. Outros preferem passar a outra empresa especializada a etapa de montagem de seu produto nas dependências do cliente, num trabalho de parceria, sendo que ambos passam a ser responsáveis pelo produto entregue. A etapa de montagem do produto, nas dependências do cliente, deve ser considerada como uma extensão da fabricação, a menos dos equipamentos que saem da fábrica prontos e testados definitivamente. Nesses casos, a montagem no cliente fica resumida as exigências de transporte, confecção de base adequada e içamento de carga. A palavra montagem aqui aplicada refere-se apenas ao equipamento produzido e não a montagem de unidades, onde outros códigos de construção específicos são aplicados, como os códigos ANSI, API, etc. Portanto, quando se fala em inspeção de montagem deve se ter cuidado em não confundir conceitos. A inspeção de montagem tratada nesse curso, refere-se apenas a instalação de um vaso de pressão nas dependências do cliente, cujos os requisitos a serem atendidos são os especificados nos códigos de construção dos vasos de pressão. Os técnicos treinados para executar as atividades descritas acima são chamados de INSPETORES. Dependendo das características e tamanho da empresa, os inspetores dividem algumas das tarefas descritas com os supervisores de fabricação e montagem, ficando com os inspetores apenas a função de garantir a qualidade do produto. Com a finalidade de auditar a qualidade do equipamento que será fabricado, são realizadas inspeções periodicamente pelo cliente, ou pessoa por ele abilitada, nas instalações da empresa contratada para o fornecimento do equipamento. Estas inspeções devem ser executadas desde a fase de projeto até a liberação do equipamento, verificando-se todos os passos que constituem a fabricação de um vaso de pressão. Além da inspeção feita pelo cliente, o fabricante deve ter um plano de acompanhamento da fabricação, de maneira a garantir a qualidade do seu produto, bem como, a rastreabilidade dos materiais empregados na fabricação. Este plano de inspeção deve ser previamente aprovado pelo cliente, e contem, no mínimo as seguintes informações: todas as etapas da fabricação, os procedimento que serão utilizados, o executante de cada tarefa e os chamados PONTOS DE ESPERA, pontos em que o processo de


fabricação não pode prosseguir sem que as etapas anteriores sejam aprovadas pelo cliente ou fabricante, conforme estipulado na aprovação do plano.

1.2. FASES Considerando as características da inspeção a ser realizada e o conhecimento que o inspetor deve ter a inspeção de fabricação pode ser dividida em três fases, como descrito a seguir: 1a FASE: NESSA FASE O PROJETO ESTÁ CONCLUÍDO E O FABRICANTE ESTÁ SE

PREPARANDO PARA INICIAR A FABRICAÇÃO. As principais atribuições do inspetor nessa fase são : - Verificar se todos os desenhos de fabricação estão aprovados pelo cliente; - Verificar a conformidade da matéria prima e consumíveis a serem utilizados, com seus respectivos

certificados de composição química e propriedades mecânicas; - Aprovar os planos de fabricação e inspeção apresentaos pelo fabricante, definindo os pontos de

espera. - Aprovar, certificar ou verificar a adequabilidade da qualificação dos procedimentos de soldagem,

execução e exames não destrutivos a serem empregados; - Aprovar, certificar ou verificar a qualificação da mão de obra a ser usada para a soldagem,

montagem, inspeção e exames não destrutivos previstos no plano de fabricação aprovado. ⇒ Essa fase exige do inspetor um bom conhecimento dos códigos de construção e exames destrutivos

mais usuais como: tração, dobramento, charpy, etc. 2a FASE: ESSA FASE CARACTERIZA-SE PELAS ATIVIDADES LIGADAS AO

ACOMPANHAMENTO DOS SERVIÇOS DE PRÉ-MONTAGEM E PREPARAÇÃO DE PARTES ISOLADAMENTE.

As principais atribuições do inspetor são : - Verificação dimensional das partes a serem conformadas; - Verificação dimensional da preparação das juntas antes da soldagem; - Inspeção das juntas soldadas. ⇒ Essa fase exige do inspetor um bom conhecimento dos códigos de construção, exames não

destrutivos e verificações dimensionais. 3a FASE: COM O EQUIPAMENTO PRONTO AS ATIVIDADES DE INSPEÇÃO ESTARÃO

DIRIGIDAS, PARA : - Verificação de todas as dimensões do equipamento, como : localização de acessórios, ovalizações,

comprimento, etc.; - Acompanhamento dos testes estruturais e de estanqueidade; - Verificação de toda a documentação que deve acompanhar o equipamento. ⇒ Essa fase exige do inspetor um bom conhecimento dos códigos de construção, tolerâncias

dimensionais de montagem, testes e análise de documentos.


1.3. EXIGÊNCIAS DO CÓDIGO ASME O parágrafo UG-90 da seção VIII do código ASME, relaciona os requisitos mínimos que um fabricante deve cumprir na fabricação de um vaso de pressão. A seguir esses requisitos aparecem descritos de maneira resumida. 1. Possuir autorização do comitê ASME para a fabricação de caldeiras e vasos de pressão (selo

ASME). 2. Ter à disposição todos os desenhos e cálculos do vaso. 3. Identificar todos os materiais que serão usados na fabricação do vaso, inclusive os consumíveis. 4. Ter à disposição todos os relatórios e não conformidades geradas durante o projeto e fabricação do

vaso. 5. Permitir acesso ao inspetor do cliente ao local de fabricação do vaso. 6. Comprovar a rastreabilidade da matéria-prima utilizada. 7. Consultar e pedir anuência do cliente quando da execução de reparos. 8. Ter à disposição procedimentos e registros de qualificação dos procedimentos de soldagem

utilizados. ( EPS’s e RQP’s ). 9. Ter à disposição todos os relatórios de inspeção referentes ao vaso. 10. Ter à disposição o registro de qualificação de todos os soldadores. 11. Ter à disposição o registro ou gráfico de todos os tratamentos térmicos realizados, inclusive da

matéria-prima. 12. Ter à disposição o relatório de todos os exames não destrutivos realizados, inclusive na matéria-

prima, quando executado pelo fabricante do vaso. 13. Submeter o vaso a teste hidrostático, na presença do inspetor do cliente. 14. Ter à disposição todas as radiografias das juntas soldadas, que devem fazer parte da documentação a

ser enviada ao cliente junto com o vaso. O mesmo parágrafo UG-90, também relaciona as atribuições mínimas do inspetor do cliente, que estão relacionadas a seguir de maneira resumida. 1. Verificar se o certificação de autorização do fabricante está dentro do prazo de validade. 2. Verificar se o fabricante está trabalhando dentro do Sistema de Qualidade aprovado quando da sua

certificação. 3. Verificar a disponibilidade dos desenhos e cálculos do vaso. 4. Verificar se os materiais aplicados atendem aos requisitos especificados pelo projeto. 5. Verificar a qualificação da mão de obra usada para a soldagem e exames não destrutivos. 6. Verificar se todos os tratamentos térmicos exigidos foram executados, inclusive da matéria prima. 7. Verificar se os procedimentos de soldagem e exames não destrutivos estão qualificados e atendem

aos requisitos do código ASME. 8. Verificar se todos os reparos foram executados dentro dos requisitos do código de construção

(ASME ). 9. Verificar se todos os exames não destrutivos especificados, foram executados e aprovados. 10. Efeutar inspeção visual do vaso e todos os seus componentes. 11. Acompanhar os testes de aceitação do vaso ( resistência e estanqueidade ). 12. Verificar se o vaso tem placa de identificação e se a mesma está de acordo com os requisitos

mínimos do código. 13. Assinar o certificado de inspeção do vaso. 14. Emitir atestado de liberação do vaso, se todos os itens estiverem conforme.


1.4. NOMENCLATURA

A Associação Brasileira de Manutenção (ABRAMAN), recomenda que seja adotada as definições descritas a seguir, para diferenciar os termos certificação e qualificação de mão de obra. CERTIFICAÇÃO: Atividade executada por entidade autorizada, para determinar, verificar e atestar, por

escrito, a qualificação de profissionais de acordo com requisitos preestabelecidos. QUALIFICAÇÃO: Status dado a uma entidade e/ou profissional que tenha demonstrado capacidade

para atender requisitos especificados.

CERTIFICADO: Documento que expressa o testemunho formal de uma qualificação, emitido sob as regras do sistema de qualificação.

2. INSPEÇÃO DIMENSIONAL EM FABRICAÇÃO 2.1. EXIGÊNCIAS DO CÓDIGO ASME O parágrafo UG-96 da seção VIII do código ASME, relaciona os requisitos mínimos que devem ser verificados na inspeção de fabricação de um vaso de pressão. A seguir esses requisitos aparecem descritos de maneira resumida. A - VERIFICAÇÕES QUE PODEM SER FEITAS SEM O NIVELAMENTO DO VASO A.1. Esquadrejamento do fechamento da virola antes da solda longitudinal. A.2. Alinhamento das juntas antes da soldagem. A.3. Verificação do ângulo e abertura das juntas a serem soldadas. A.4. Medição dos diâmetros e perímetros das partes cilíndricas e tampos. A.5. Medida da ovalização das partes cilíndricas. A.6. Medida das espessuras de todas as partes do vaso e seus acessórios. A.7. Medida das flechas de arqueamento. A.8. Traçar as geratrizes do vaso que serviram como referência para a verificação da localização de

todos os bocais e acessórios do vaso. B - VERIFICAÇÕES QUE SÓ PODEM SER FEITAS APÓS O NIVELAMENTO DO VASO. B.1. Traçar os eixos dos tampos para servirem como referência da verificação das suas curvaturas. B.2. Traçar as linhas de tangência nos tampos para servir como referência da distância entre

tangentes. B.3. Nivelar o vaso sobre roletes de maneira a possibilitar sua rotação mantendo o nivelamento.

(esse nivelamento costuma ser feito com o emprego de mangueira d’água). B.4. Verificar a orientação e rotação dos bocais. B.5. Verificar a distância entre bocais. B.6. Verificar a projeção dos bocais em relação ao lado externo e interno do vaso. B.7. Verificar a elevação dos bocais em relação a linha de tangência do vaso.


C - VERIFICAÇÕES A SEREM FEITAS APÓS A MONTAGEM DO VASO NA SUA BASE. C.1. Verificação do desalinhamento de juntas soldadas no campo. C.2. Verificação do ângulo e abertura das juntas a serem soldadas. C.3. Medida dos diâmetros e perímetros das partes cilíndricas. C.4. Medida da ovalização das partes cilíndricas. C.5. Verificação da curvatura dos tampos cuja solda de união com a parte cilíndrica tenha sido feita no

campo. C.6. Verificar se a tolerância dos internos está dentro do especificado pelo projetista. C.7. Medida da verticalidade, para os vasos verticais. De todos os itens descritos acima alguns deles precisam ser verificados novamente após um tempo de operação, pois as variações estruturais e de processo inerentes a sucessivas campanhas podem modificá-los de maneira a reduzir a estabilidade e/ou a resistência mecânica projetada para o vaso. Esses itens estão descritos a seguir : - Medida da espessura de parede de todas as partes do vaso. - Verificação dimensional de novas juntas a serem soldadas. - Medida da ovalização das partes cilíndricas. - Medida da tolerância, posicionamento e operacionalidade dos internos. - Medida da verticalidade, para vasos verticais. OBS. As modificações feitas num vaso devem ser inspecionadas, como um novo equipamento.

A inspeção dimensional pode apresentar motivos para discussão e desentendimentos durante o acompanhamento do processo de fabricação de um vaso de pressão. Isto pode acontecer quando as dimensões encontradas se afastam das previstas nos desenhos de fabricação. Nesta ocasião é importante que estejam estabelecidas com precisão e clareza as tolerâncias dimensionais. A simples referência as normas, nem sempre é satisfatório ou suficiente, pois dependendo do equipamento: - Existem várias normas a serem obedecidas simultaneamente: ASME (AMERICAN SOCIETY

MECHANICAL ENGINEERS), ASTM (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS), USA Standar (UNITED STATES OF AMERICAN STANDAR), TEMA (TUBULAR EXCHANGER MANUFACTURES ASSOCIATION) etc.

- Em algumas destas normas as tolerâncias estão apresentadas de maneira dispersa e pouca objetiva. A figura 1, tirada da norma Petrobrás N-269 reúne as principais tolerâncias de montagem em vasos de pressão contidas nas normas citadas acima, bem como inclui algumas tolerâncias, que não constam como obrigatórias no código ASME, mas a empresa considera importante devido as particularidades das industrias de caldeiraria nacionais.


LEGENDA DA FIGURA 1: 1. VERTICALIDADE: Desvio máximo permitido = 1mm/ metro, mas no máximo 20 mm. 2. CET = ± 0,5 mm/ 300mm de comprimento, mas no máximo 12 mm. 3. Altura do vertedor = ± 3 mm. 4. Máximo desvio entre bandeja e vertedor: (φ = diâmetro interno do vaso) a) φ ⟨1200 mm = 3 mm. b) 1200 ⟨ φ ⟨ 2800 mm = 5 mm c) φ ⟩ 2800 mm = 7 mm 5. Desnivelamento máximo do topo do anel suporte da bandeja = 1 mm 6. Distância entre anéis consecutivos de suportes de bandejas = ± 3 mm 7. Distância do vertedor à bandeja = ± 3mm 8. Elevação do anel suporte da bandeja acima da linha de tangência = ± 6 mm 9. Altura total = ± 0,5 mm/ 300 mm de comprimento, mas no máximo, 20 mm 10. Folga máxima entre os diâmetros interno do flange e o externo do pescoço do bocal: a)diâmetro nominal até 1200 mm = 4 mm; b)diâmetro nominal de 1201 a 1800 mm = 6 mm; c)diâmetro nominal de 1801 em diante = 8 mm. 11. Projeção dos bocais em relação ao eixo do bocal = ± ½ ° 12. Perpendicularidade da face dos flanges em relação ao eixo do bocal = ± ½ ° 13. Projeção das bocas de visita e acesso manual em relação ao lado externo do casco = ± 6 mm 14. Perpendicularidade da face dos flanges das bocas de visita em relação ao eixo da boca = ± 1° 15. Locação das linhas de centro de : a) bocas de visita e bocais próximos a acessórios internos = ± 3 mm; b) bocais não citados acima = ± 6 mm 16. Locação das linhas de centro de bocais em relação a linha de tangência = ± 12 mm 17. Anéis de reforço do casco e/ou suportes de isolamento = ± 4 mm 18. Linha de tangência as sapatas = + 6 mm e - 0 19. Ovalização = conforme ASME (vêr ítem 2.2.2 a seguir ) 20. Perímetros de 9 a 24 mm dependendo do diâmetro. 21. Folga entre casco e saia, antes da soldagem = + 3 mm


Figura 1 - Algumas tolerâncias de montagem para vasos de pressão.

4

5

9

19 e 20 18 16

15 14

12

11 6

6 7

15

3

17

LINHA DE TANGÊNCIA

LINHA DE TANGÊNCIA

PLANO DE REFERÊNCIA

21 LINHA DE SOLDA

LINHA DE SOLDA

2

LC

LC

1 LC


2.2. PRINCIPAIS MEDIDAS DIMENSIONAIS 2.2.1. VERIFICAÇÃO DIMENSIONAL DE NOVAS JUNTAS SOLD ADAS a. Antes da soldagem: abertura: tolerância = - 1,5 mm em relação à dimensão especificada. ângulo do

chanfro: tolerância = ± 2° 30’.

b. Após a soldagem: desalinhamento: tolerância = devem seguir as mesmas tolerâncias de um equipamento novo como mostrado na tabela 1.

DESALINHAMENTO MÁXIMO DE JUNTAS SOLDADAS ( d ) EM mm ESPESSURA NOMINAL (e) JUNTA SOLDADA

EM mm LONGITUDINAL CIRCUNFERÊNCIAL até 13 0,25 e 0,25 e 13 a 19 3,0 0,25 e 19 a 38 3,0 4,8 30 a 50 3,0 0,125 e

acima da 50 menor valor entre 9,5 e 0,06 e

menor valor entre 19 e 0,125 e

OBS. 1. e = espessura nominal da chapa mais fina da junta soldada.

2. Juntas em esferas ou calotas, casco cilíndrico e calotas deverão atender aos requisitos da tabela acima, como se fossem juntas longitudinais em casco cilíndricos.

3.Qualquer desalinhamento que ultrapasse as tolerâncias da tabela acima poderá ser corrigido por esmerilhamento ou enchimento com solda.

2.2.2. MEDIDA DA OVALIZAÇÃO DAS PARTES CILÍNDRICAS DE UM VASO O método de medição a ser empregado, bem como as tolerâncias de ovalização das partes cilíndricas estão descritas no parágrafo UG-80 da seção VIII do código ASME. a. Vasos submetidos a pressão interna. Medição: A medição deve ser feita com uma régua de maneira a se determinar os diâmetros máximo e

mínimo do vaso numa mesma cota, fazendo-se no mínimo três medições. A medição deve ser feita pelo lado interno do vaso.(figura 2).

Tolerâncias: A diferença entre o maior e o menor valores, do diâmetro interno, medidos de qualquer

parte do vaso não deverá ser superior a 1% do diâmetro interno de projeto. (figura2).

d e

SOLDA


OBS. Quando a seção transversal passar por uma abertura admite-se um aumento, em relação ao valor anterior, de 2% do diâmetro da abertura.

FIGURA 2- Medida da ovalização em vasos submetidos a pressão interna.

b. Vasos submetidos à pressão externa. Pequenas ovalizações poderão ser críticas em vasos que operam sujeitos à pressão externa. Por isso as tolerâncias nesses casos são mais severas. - Quanto a pressão interna : vale o descrito para os vaso submetidos somente a pressão interna. - Quanto a pressão externa : é necessária a seguinte medida adicional: Medição: Deve ser construído um gabarito de medição, com a curvatura da parte do vaso a ser medida e

um corda igual a duas vezes o comprimento de arco tirado da figura UG-29.2 do código ASME. (figura 3). Com esse gabarito deve-se medir a folga entre o gabarito e o casco do vaso, como mostra a figura 4.

DMAX

DMÍN

MEDIDA DA OVALIZAÇÃO = D MÁX - DMÍN

OVALIZAÇÃO


Tolerâncias: A folga medida da maneira descrita acima não deve exceder ao valor tirado da figura UG

80.1 do código ASME. (figura 4).

FIGURA 3 - Valor máximo do arco na construção de gabarito para medida da ovalização em vasos

submetidos a pressão externa.( figura UG-29.2 do ASME ).


FIGURA 4 - Medida da ovalização em vasos submetidos a pressão externa.

GABARITO

GABARITO

AMASSAMENTO

ESPESSURA

MEDIDA DA FOLGA (FIG.5)

2 x ARC (FIG.3)

RAIO EXTERNO DO VASO

CONSTRUÇÃO DO GABARITO, EM GERAL, EM MADEIRA


FIGURA 5 - Máxima folga admitida na medida da ovalização de vasos submetidos a pressão externa. ( figura UG-80.1 do ASME ).

EXEMPLO 1: Qual será a ovalização máxima para um vaso de pressão, construindo pela divisão

1, da seção VIII do código ASME ? Características do vaso:

diâmetro externo = 2,4 m espessura nominal = 20 mm L = 5,0 m Vaso sujeito a pressão interna de 20 Kgf/cm2. Vaso sem anel de reforço.

RESOLUÇÃO

1. Cálculo do diâmetro interno do vaso (Di)

Di = De - 2.en ⇒ Di = 2400 - 2.20 ⇒ Di = 2360 mm. 2. Cálculo da ovalização máxima admissível.

DIF. (DMAX - DMIN) medidos na mesma elevação deverá ser de no máximo = Di x 0,01 = 23,6mm.


EXEMPLO 2: Qual a máxima ovalização admissível num vaso construído conforme a divisão 1 da seção VIII do código ASME ? Características do vaso:

diâmetro externo = 2,4 m espessura nominal = 20 mm L = 5,0 m Vaso sujeito a vácuo. Vaso sem anel de reforço.

RESOLUÇÃO

1. A mesma limitação do exemplo anterior. 2. Desvio máximo admissível. 2.1. Cálculo do gabarito a ser usado. - Da figura 3 com: DEXT/ESP = 2.400 / 20 = 120 e L / DEXT = 5.000/2.400 = 2,1 teremos: A = 0,18 DEXT ou A = 432 mm. - Da figura5 com: DEXT / ESP = 120 e L / DEXT = 2,1 teremos: E = 0,62 x (ESP) ou

E = 12,4 mm. →→→→ FOLGA MÁXIMA ADMISSÍVEL 2.2.3. MEDIDA DA CURVATURA DE TAMPOS

O parágrafo UG-81 do código ASME descreve como e quais as tolerâncias máximas admissíveis para tampos, como mostrado de maneira resumida a seguir. a) A superfície interna de uma calota torisférica, torocônica, hemisférica ou elíptica não deve desviar de

seu formato mais do que 1,25% D, medidos pelo lado INTERNO, nem 0,625% D, medido pelo lado EXTERNO, onde D é o diâmetro nominal do vaso no ponto de encontro casco/calota. O desvio deve ser medido perpendicularmente ao formato da calota.( figura 6).

b) Calotas hemisférias ou uma parte esférica de um torosférico ou elíptico projetada para pressão

externa, além de satisfazer o item acima, está sujeito as tolerâncias especificadas para esferas no parágrafo UG-80 b) usando o valor de 0,5 para a relação L / DEXT.


FIGURA 10 - Verificação da curvatura de tampos. 2.2.4. VERTICALIDADE a) Para colunas de esferas: como especificado no projeto; caso não haja, adotar o seguinte: 3 mm x [comprimento da coluna, em metros / 3 ] , mas nunca maior do que 10 mm. b) Para os demais vasos:

b.1. Desvio máximo permitido da perpendicular ao plano de referência é de 1 mm por metro e no

máximo 20 mm. b.2. Desvio máximo permitido entre soldas horizontais adjacentes de ± 3 mm.

E ≤ 0,0125 Di

Di

GABARITO PARA MEDIR PELO LADO INTERNO

E ⟨ 0,00625 De De

GABARITO PARA MEDIR PELO LADO EXTERNO

OBS. Di = diâmetro interno. De = diâmetro externo. E = folga medida.


3. CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO DOS EXAMES NÃO DESTRUTIVO S 3.1. INTRODUÇÃO São considerados exames não destrutivos todo exame que realizado sobre peças semi-acabadas não prejudicam nem interferem com o uso futuro da mesma. A principal utilização dos exames não destrutivos (END), em vasos de pressão, é na garantia da qualidade de solda. Por isso, os critérios de aceitação descritos a seguir referem-se a juntas soldadas de vasos de pressão, construídos conforme os requisitos do código ASME. 3.2. CRITÉRIOS DE ACEITAÇÃO

3.2.1. Inspeção Visual

A inspeção visual é uma técnica subjetiva executada com uso da visão auxiliada ou não por instrumentos ópticos. É o exame não destrutivo mais empregado por ser simples, fácil de aplicar, rápido e de baixo custo. A inspeção visual é indispensável como complementação de qualquer exame não destrutivo. A inspeção visual deve ser feita como prescrito na norma Petrobrás N-1597. O código ASME não considera a inspeção visual como um exame não destrutivo. Os critérios de aceitação devem ser os mesmos utilizados para os exames de líquido penetrante ou partículas magnéticas. Na inspeção de equipamentos é o exame não destrutivos mais usual é indispensável em qualquer situação ou material. 3.2.2. Líquido Penetrante O líquido penetrante é um exame que permite detectar descontinuidades e defeitos que afloram à superfície. Sua maior aplicação é nos materiais não magnéticos ou em materiais magnéticos, nos locais de difícil acesso, onde o exame com partículas não pode ser utilizado. O exame com líquido penetrante deve ser efetuado de acordo com o apêndice 8, quando o vaso é projetado pela divisão 1, ou artigo 9-2 quando for usada a divisão 2, da seção VIII do ASME. No critério de aceitação para Exame de Líquido Penetrante em Vasos de Pressão descrito no apêndice 8 da divisão 1, seção VIII do código ASME, toda superfície deve estar isenta de: 1. Indicação linear cuja maior dimensão seja maior do que 1,6 mm. 2. Indicação arredondada cuja maior dimensão seja maior do que 4,8 mm. 3. Quatro ou mais indicações arredondadas, cuja maior dimensão seja maior do que 1,6 mm, separadas

de menos do que 1,6 mm de borda a borda. OBS. 1. Chama-se indicação arredondada a toda indicação na forma circular ou elíptica em que a

razão ( a/b ) seja menor ou igual a 3, onde a e b devem ser medidos como indicado na figura 7.


2. Chama-se indicação alongada a toda indicação em que a razão ( a/b ) seja superior a 3, onde a e b devem ser medidos como indicado na figura 7.

FIGURA 7 - Medida das dimensões de uma indicação, conforme o código ASME.

3.2.3. Partículas Magnéticas

Partículas magnéticas é um exame não destrutivo aplicado somente aos materiais magnéticos, para a detecção de descontinuidades e defeitos que afloram a superfície ou próximos da superfície. O exame com partículas magnéticas deve ser efetuado de acordo com o apêndice 6, quando o vaso é projetado pela divisão 1, ou pelo artigo 9-1 quando for usada a divisão 2, da seção VIII do ASME. OBS. Esse critério de aceitação é igual ao descrito acima para líquido penetrante.

3.2.4. Radiográfico O método radiográfico é um exame não destrutivo que utiliza raios X ou gama para detectar a presença de descontinuidades e defeitos superficiais ou sub-superficiais em qualquer material metálico. As maiores restrições para o método radriográfico são: a segurança humana e peças ou partes de equipamentos de dimensões complicadas. Todas as juntas soldadas, a serem radiografadas, devem ser examinadas de acordo com o artigo 2 da seção V do código ASME. O critério a ser empregado deverá ser como descrito no parágrafo UW-51, para soldas com requisitos de exame total, ou UW-52 quando o exame for por amostragem, para vasos projetados pela divisão 1. Nos vasos projetados pela divisão 2 o exame radiográfico deve atender aos requisitos do artigo I-5 da divisão 2. Conforme prescrito no parágrafo UW-11 do código ASME, as seguintes juntas soldadas devem ter radiografia total: a) Todas as juntas de topo em cascos ou calotas de vasos com substâncias letais (gases ou líquidos que

quando inalados, misturados ou não com o ar, são perigosos para a vida); b) Todas as juntas de topo em cascos ou calotas de vasos em que a espessura nominal for maior ou

igual a 38 mm; ou excederem os valores da tabela UCS-57.( tabela 2 ); c) Todas as juntas de topo em casco ou calotas de caldeiras não sujeitas a fogo, quando a pressão de

projeto exceder a 3 Kgf/cm2; d) Todas as juntas de topo de bocais, carretel de comunicação etc., soldados em casco ou calotas de

vasos em que é requerido radiografia total; e) Conforme requerido na tabela UW 12 (tabela 15 da parte 1)

a

b

a/b ≤ 3 ⇒ INDICAÇÃO ARREDONDADA

a/b ⟩ 3 ⇒ INDICAÇÃO

ALONGADA


OBS.: Os vasos que operam com temperatura inferior a - 29º C estão sujeitos a regras adicionais.

NÚMERO P DE CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL

NÚMERO DO GRUPO DE CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL

ESPESSURA NOMINAL ACIMA DA QUAL É EXIGIDO RADIOGRAFIA TOTAL DA JUNTA SOLDADA ( mm )

1 1,2 e 3 31,7 3 1,2 e 3 19 4 1 e 2 15,8 5 1 e 2 0

9A 1 15,8 9B 1 15,8

10A 1 19 10B 2 15,8 10C 1 15,8 10F 6 19

TABELA 2 - Exigências do código ASME quanto a obrigatoriedade de radiografia total em

juntas soldadas de vasos de pressão. A tabela 3 mostra a diferença entre radiografia total, parcial e por amostragem (spot radiography).

TIPO DE RADIOGRAFIA

EXTENSÃO RADIOGRAFADA CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO

TOTAL TODO A JUNTA SOLDADA CONFORME UW-51 PARCIAL 150 mm + AS INTERSEÇÕES COM

SOLDAS DE CATEGORIA A CONFORME UW-51

POR AMOSTRAGEM

PRIMEIROS 15 m DE SOLDA + 1 RADIOGRAFIA A CADA 15 m DE SOLDA

CONFORME UW-52

TABELA 3 - Tipos de radiografia, conforme o código ASME.

O critério de aceitação para exame radiográfico de juntas soldadas de vasos de pressão, descrito no parágrafo UW-51 está resumido a seguir : Os tipos e dimensões das descontinuidades indicados a seguir são considerados defeitos: a) Qualquer trinca, falta de fusão ou falta de penetração, independe de suas dimensões. b) Indicações alongadas com comprimento acima de: - 6,3 mm para (e) menor do que 19 mm; - (1/3) x (e) para (e) entre 19 e 57 mm; - 19 mm para (e) maior do que 57 mm. onde: (e) = espessura radiografada. c) Grupo de indicações alongadas alinhadas, onde a soma dos seus comprimentos seja maior do que a

espessura radiografada, medidas numa extensão da radiografia de 12 vezes a espessura


radiografada, exceto quando a distância entre escória sucessivas seja maior do que 6L, onde L é o comprimento da maior escória do grupo.

d) Indicações arredondadas que excedem as dimensões da tabela 4. e) Indicações arredondadas alinhadas cuja soma de seus maiores tamanhos sejam maiores do que a

espessura radiografada, medidas numa extensão da radiografia de 12 vezes a espessura radiografada. (figura 8).

f) Grupo de indicações arredondadas alinhadas cuja soma dos tamanhos de cada grupo sejam maiores do que a espessura radiografada, medidas numa extensão da radiografia de 12 vezes a espessura radiografada. (figura 9).

g) Nuvem de indicações arredondadas, conforme as cartas do apêndice 4, da divisão 1, seção VIII do código ASME.

ESPESSURA RADIOGRAFADA

TAMANHO ACEITÁVEL

MÁXIMO EM mm

TAMANHO MÁXIMO DE INDICAÇÕES NÃO

(mm) INDICAÇÃO ALEATÓRIA

INDICAÇÃO ISOLADA

RELEVANTES EM mm

até 3,2 1/4 t 1/3 t 1/10 t 3,2 0,8 1,1 0,4 4,7 1,2 1,6 0,4 6,4 1,6 2,1 0,4 7,9 2,0 2,6 0,8 9,5 2,3 3,2 0,8 11,1 2,8 3,7 0,8 12,7 3,2 4,1 0,8 14,3 3,6 4,8 0,8 15,9 4,0 5,3 0,8 17,5 4,0 5,8 0,8

19,1 a 50,8 4,0 6,4 0,8 acima de 50,8 4,0 9,5 1,6

OBS. t = espessura mais fina da junta radiografada.

TABELA 4 - Critério de aceitação de indicações arredondadas do código ASME.

FIGURA 8 - Indicações arredondadas alinhadas.

L1

L2

L3 L4 L5

12 t (espessura mais fina da junta radiografada)


FIGURA 9 - Grupo de indicações arredondadas alinhadas.

O critério de aceitação do exame radiográfico para juntas soldadas de vasos de pressão, com radiografia por amostragem (spot), descrito no parágrafo UW-52, está resumido a seguir. 1. Deve ser feita no mínimo uma radiografia a cada 15 metros de solda de cada soldador. Quando dois

ou mais soldadores fazem a mesma solda, essa radiografia é válida para ambos os soldadores. 2. O comprimento mínimo da cada radiografia é de 15 cm. 3. Devem ser usados os critérios de aceitação descritos a seguir:

a) Qualquer tipo de trinca, falta de fusão ou de penetração não são aceitas. b) Inclusões de escória isoladas com comprimento maior do que 2/3 de (e) ou 19 mm, o menor

deles, não são aceitas. (e = espessura da chapa mais fina da junta soldada). c) Inclusões de escória em linha são aceitas se a soma do comprimento de todas elas for inferior a

(e), num comprimento 6 (e) e se as escórias estiverem separadas de no mínimo 3L, onde L é o comprimento da maior escória. (e = espessura da chapa mais fina da junta soldada).

d) Indicações arredondadas não são fator de rejeição. 4. Reteste:

4.1. Para cada radiografia reprovada devem ser tiradas mais 2 radiografias de no mínimo 15 cm, na mesma solda da radiografia reprovada.

4.2. Se essas 2 radiografias adicionais, mais a radiografia do reparo efetuado forem aprovadas o trecho de solda, representado por essas radiografias, também está aprovado.

4.3. Se qualquer uma das 2 radiografias adicionais for reprovada, o trecho de solda, representado por essa radiografia, deve ser totalmente refeito e sujeito a radiografia como uma nova solda.

3.2.5. Ultra-Som

O ultra-som é um exame não destrutivo que baseia-se na reflexão de onda, com comprimento acima do audível, pode ser utilizado para detectar a presença de descontinuidades e defeitos superficiais ou sub-superficias em qualquer material metálico. O exame ultra-sônico em juntas soldadas, quando requerido ou permitido, deve ser executado de acordo com o apêndice 12, para os vasos projetados pela divisão 1, ou artigo 9-3, nos vasos projetados pela divisão 2 da seção VIII do ASME. O critério de aceitação para exame de ultra-som nos vasos de pressão, está descrito no apêndice 12 da divisão 1, seção VIII do código ASME e resumido a seguir.

12 t (espessura mais fina da junta radiografada)

L1 3L2 L2 3L3 3L3 L3 L4


a) A indicação será recusada se a amplitude ultrapassar a curva limite e tiver comprimento maior que o especificado a seguir:

a.1) 6,3 mm para espessuras até 19 mm. a.2) 1/3 da espessura para espessuras de 19 a 58 mm. a.3) 19 mm para espessuras maior do que 58 mm. b) Se tivermos certeza que se tratam de trincas, falta de fusão ou falta de penetração, a solda estará

condenada, independentemente da extensão da indicação encontrada. 3.2.6. Teste de Dureza A medida da dureza é usada como um exame rápido, eficiente e econômico de se estimar as propriedade de um material, principalmente a resistência à tração. Para certos tipos de peças, em que o acabamento superficial é importante, o teste de dureza é considerado um exame destrutivo, mas na maioria dos casos, onde impressão produzida não interfere no processo o exame é não-destrutivo. O método de dureza utilizado é importante, pois a conversão de uma medida para outra, como Brinell para Rockwell C, pode levar um erro de até 10% para muitos materiais. A qualidade do teste de dureza depende de: a) Calibração do equipamento; b) Escala utilizada; c) Distâncias entre impressão; d) Acabamento superficial; e) Espessura da peça;

Na inspeção de equipamentos as principais utilizações do teste de dureza, são: a) Auxiliar na identificação de material; b) Controle de qualidade de procedimento de soldagem; c) Ajudar na avaliação da susceptibilidade à corrosão sob tensão; d) Auxiliar na pesquisa de alterações metalúrgicas. O exame de dureza deve ser conduzido de acordo com o parágrafo 4.1.2. do ASTM E-10 e empregado aparelho portátil de medição como o telebrinell ou equipamento similar. Os critérios de aceitação das medidas de dureza devem ser de acordo com as especificações dos materiais ou procedimento de soldagem.


4. EMISSÃO ACÚSTICA 4.1. PRINCÍPIO DO EXAME Emissão acústica é a detecção de ondas mecânicas, emitidas por descontinuidades ou defeitos durante a sua propagação. Estes sinais são captados por sensores acoplados a peça ou equipamento.(figura 10).

FIGURA 10 - Princípio da emissão acústica.

A grande diferença entre esse exame e os exames não destrutivos convencionais, como raios X e ultra-som é o caracter PASSIVO da técnica da emissão acústica, isto é, detectar os sinais emitidos pela estrutura sem nada introduzir nela. Todos os outros exames não destrutivos convencionais aplicam um determinado impulso sobre a estrutura e analisam a sua resposta. No exame por emissão acústica, nem todas as descontinuidades serão detectadas, pois somente as fontes ativas entram em processo de fratura, à medida que a peça ou estrutura for solicitada mecanicamente. O exame de emissão acústica necessita, portanto que o equipamento a ser testado seja carregado mecanicamente, de tal forma que ative os processos de fratura nos defeitos existentes. Se, por acaso, o nível de tensões aplicado ao equipamento não for suficientemente alto para ativar os defeitos, o mesmo será considerado não crítico e portanto, aceitável para aquela condição de carregamento. 4.2. FONTES DE EMISSÃO Os sinais de emissão acústica podem ser classificados em : contínuos e abruptos, conforme a figura 11.

PROCESSADOR ELETRÔNICO

SENSOR

SINAL DETECTADO

σ - SOLICITAÇÃO

FONTE

MATERIAL

ONDAS


j

FIGURA 11 - Tipos de fontes de emissão acústica.

Os fatores que provocam sinal abrupto são : aços de alta resistência, anisotropia, heterogeneidades, grandes espessuras, fraturas com características frágeis, baixas temperaturas, propagação de trincas, materiais fundidos, granulação grosseira, etc. Os fatores que provocam sinal contínuo são : aços de baixa resistência, isotropia, homogeneidade, pequenas espessuras, fraturas dúcteis, altas temperaturas, materiais forjados ou laminados, granulação fina, etc.

4.3. SENSORES DE EMISSÃO ACÚSTICA Os sensores tem a finalidade de converter um sinal mecânico de uma onda recebida em um sinal elétrico, através do princípio piezoeléctrico12. Os materiais piezoeléctricos utilizados são cristais de quartzo, lítio e materiais cerâmicos da família Pb-Ti-Zr, obtidos por sinterização. ( figura 12 )

FIGURA 12 - Sensor usado na emissão acústica.

12piezoeléctrico = fenômeno observado em cristais anisótropos nos quais deformações mecânicas provocam polarização

elétricas seguindo determinadas direções.

AMPLITUDE

AMPLITUDE

TEMPO TEMPO SINAL CONTÍNUO SINAL ABRUPTO

CONECTOR

CARCAÇA METÁLICA

AMORTECEDOR

CRISTAL PIEZOELÉCTRICO

ELETRODO

CONDUTORES ELÉTRICOS


4.4. ACOPLAMENTO DOS SENSORES Os acoplamentos mais usados são óleos e graxas. Em condições de altas temperaturas, onde o sensor pode ser danificado pelo calor, usam-se guias de ondas soldados à estrutura, conhecidos como WAVE GUIDES. (figura 13).

FIGURA 13 - Guias de onda. 4.5. EFEITO KAISER Se a tensão para formar ou propagar um defeito não é atingida na primeira solicitação, isto também não ocorrerá no recarregamento até o mesmo valor, não gerando emissão acústica. No caso em que o primeiro carregamento produza propagações estáveis da trinca, no segundo carregamento, só voltarão a ocorrer novos incrementos com tensões maiores. Isto é válido para os metais.

4.6. RESUMO DO TRABALHO ″″″″ A CORRELAÇÃO DE EMISSÃO ACÚSTICA E CTOD EM UM AÇO ESTRUTURAL ″″″″

A seguir será apresentado um resumo do trabalho referido acima, apresentado no 18o Seminário Brasileiro de Inspeção de Equipamentos do IBP. ( o trabalho está na parte 8 da apostila do curso ). OBJETIVO DO TRABALHO : Identificar as características dos sinais da emissão acústica quando uma trinca inicia o crescimento e durante sua propagação. RESULTADO DOS TESTES REALIZADOS :

- Usando uma rejeição da ordem de 18 dB (o valor usual nos exames de emissão acústica é de 40 dB,

para evitar ruídos ) ⇒ A localização do defeito pelas indicações dos sinais recebidos pelo sensor da emissão acústica é BOA.

SOLDA DE UNIÃO

BARRA DE AÇO CARBONO USINADA

ACOPLANTE SENSOR

VASO VERTICAL

ISOLAMENTO TÉRMICO DO VASO


- A emissão acústica só indicou o início de propagação de trincas com grande comprimento. Fazendo-se uma correlação dos resultados obtidos no início de propagação de uma trinca nos corpos de prova com uma esfera contendo uma espessura de 38 mm, construída em ASTM-A516 gr. 60, em teste hidrostático com 18 Kgf/cm2, o teste indicaria o início de propagação de uma trinca com 15 mm de profundidade e 35 mm de comprimento.

- Os sensores da emissão acústica indicaram o instante em que o corpo de prova estava prestes a romper.

CONCLUSÕES :

1. Os sinais produzidos por trincas são de baixa intensidade, por isso sua detecção pelos sensores da

emissão acústica não é boa. 2. A emissão acústica só detecta o início de propagação de trincas de grandes dimensões, perdendo o

interesse em termos de avaliação estrutural de um vaso de pressão de maneira preventiva. 3. A técnica da emissão acústica é boa, mas precisa ter seus parâmetros de indicação reavaliados para

terem aplicação em vasos de pressão metálicos.

4.7. RESUMO DO TRABALHO ″″″″ CONCEITOS DE EMISSÃO ACÚSTICA ″″″″ Introdução :

- Os exames não destrutivos comuns analisam defeitos estáticos em materiais descarregados. - O exame da emissão acústica analisa defeitos dinâmicos em materiais carregados, verificando seu

comportamento numa estrutura carregada. - Os exames não destrutivos detectam DEFEITOS. - A emissão acústica detecta DEFEITOS ESTRUTURAIS. - Por que alguns vasos de pressão operam muitos anos com uma trinca e nada acontece? - Stahekopf em 76 através de experiências com corpos de prova concluiu: ″ A propagação de trincas

em materiais dúcteis emite sinais de pequena amplitude, o que inviabiliza a aplicação da emissão acústica em vasos de pressão, ou seja, MATERIAIS DÚCTEIS SÃO SILENCIOSOS.”

- Entre 75 e 82 nos Estados Unidos e Europa foram feitos diversos exames de emissão acústica em

vasos de pressão e foram detectadas trincas que nuclearam de defeitos de fabricação e montagem. - Dunegan em 84 através de experiências em laboratórios com corpos de prova e no campo em vasos

de pressão, concluiu que : 1. A propagação de trincas em corpos de prova de materiais ducteis é silenciosa. 2. A propagação de trincas em vasos de pressão são de grandes amplitudes e podem ser

perfeitamente identificadas pelo exame de emissão acústica tradicional. Explicações de Dunegan:


Em corpos de prova a carga é aumentada até que a trinca se propague. Enquanto que, em um vaso de pressão, submetido a uma pressão interna, a carga é bem mais baixa e a trinca vai se propagar apenas se houver uma intensificação de tensões junto a sua ponta, ou seja, o comportamento do metal, próximo a ponta da trinca, terá grande interferência na probabilidade da trinca se propagar. Caso ocorra uma propagação da trinca, o material ao seu redor terá uma deformação plástica, que envolve o escorregamento de planos cristalográficos, este emite sinais de grandes amplitudes. Conclusões : Os sinais recebidos por um sensor de emissão acústica durante a propagação de uma trinca está associado ao comportamento do metal ao redor do defeito. Portanto, em corpos de prova onde a propagação de uma trinca não está associada a grandes deformações plástica do material ao redor da ponta da trinca os sinais serão de baixa amplitude e a emissão acústica não dará identificação satisfatória da propagação de defeito. - CORPOS DE PROVA DE MATERIAIS DÚCTEIS SÃO SILENCIOSOS. Quando o material ao redor do defeito reage de maneira intensificada os sinais emitidos serão de grandes amplitudes e a propagação do defeito é identificada pela emissão acústica. - VASOS DE PRESSÃO, DE MATERIAIS DÚCTEIS, NÃO SÃO SILENCIOSOS. 5. RÉPLICA METALOGRÁFICA A metalografia microscópica estuda os produtos metalúrgicos, com o auxílio do microscópio, visando a determinação de seus constituintes e de sua textura. Este estudo é feito em superfícies previamente polidas e, em geral, atacadas por um reativo químico adequado. Convém esclarecer que os metais, de um modo geral. são agregados cristalinos cujos cristais (perfeitamente justapostos e unidos) tanto podem ser quimicamente idênticos, como ser de composição química diferente. Esses cristais chamam-se GRÃOS, em virtude de sua conformação, mas dependendo de suas formas ou aspectos, podem chamar-se de: nódulos, veios, agulhas, glóbulos, etc. Com o auxílio de uma técnica apropriada, consegue-se tornar visível a textura microscópica do material, pondo-se assim em evidência os diversos grãos de que é formado. A apreciação da natureza destes, suas respectivas percentagens, suas dimensões, arranjo e formato, e a interpretação desses dados constituem o escopo do exame micrográfico dos metais. A importância deste exame decorre do fato de as propriedades mecânicas de um metal dependerem não só da sua composição química como também da sua textura. Com efeito, um mesmo aço pode tornar-se mole, duro, duríssimo, quebradiço, elástico, tenaz, etc., conforme a textura que apresentar e que lhe pode ser dada por meio de trabalhos mecânicos ou tratamentos térmicos adequados. Se por um lado, a análise química revela de que se compõe o metal, os exames macro e micrográficos fornecem preciosas informações sobre como o metal adquiriu as propriedades que apresenta. Informações deste gênero interessam particularmente aos técnicos quando se precisa executar reparos em equipamentos ou na análise da vida residual.

A técnica de um ensaio micrográfico corrente pode ser dividida nas seguintes fases :

a) Escolha e identificação da região a ser estudada.


b) Remoção de uma amostra da região escolhida, com dimensões suficientes que permitam seu manuseio durante a preparação.

c) Preparação de uma superfície plana e polida na amostra removida. d) Exame ao microscópio para a observação das ocorrências visíveis sem ataque. e) Ataque da superfície por um reagente químico adequado. f) Exame ao microscópio para a observação da textura do metal. g) Obtenção de documentos que reproduzam e conservem o aspecto observado (fotografia).

A escolha da região do equipamento onde se deve remover a amostra para o exame micrográfico deve levar em consideração a homogeneidade do metal. No caso de metal homogêneo, a localização da amostra é indiferente, mas se, não for, o técnico deverá remover várias amostras para melhor avaliar a região pretendida.

Deve ser observado também que amostras muito superficiais podem levar o observador a conclusões irreais, pois podem haver deteriorações superficiais como: descarbonetação, encruamento, tempera, etc. que modificam as propriedades do metal localmente. Nestes casos, os resultados não podem ser generalizados para toda a espessura do metal. A análise da microestrutura dos materiais metálicos utilizados na fabricação de equipamentos e tubulações que operam em temperaturas relativamente elevadas, permite a avaliação do seu grau de envelhecimento o acúmulo de danos ou deteriorações, além de fornecer outras informações que podem ver a ser relevantes na avaliação de integridade de um equipamento. As técnicas metalográficas convencionais, como descrito acima, exigem a retirada de amostras dos materiais e sua preparação em laboratório, isto é, são exames destrutivos. Isto inviabiliza a utilização dessas técnicas em programas de avaliação de integridade, em virtude do grande número de regiões a serem observadas em programas deste tipo, e das dificuldades que podem ser encontradas, na reconstituição da espessura do metal nas regiões de retirada das amostras, em caso de envelhecimento, grandes espessuras, juntas soldadas ou partes conformadas do equipamento. Técnicas metalográficas não destrutivas devem ser aplicadas nesses casos. Essas técnicas podem ser classificadas em dois tipos: a metalografia direta com microscópio de campo e a retirada de RÉPLICAS METALOGRÁFICAS. Sempre que possível esses dois métodos devem ser utilizados de forma conjunta, complementando-se. Em ambos os casos a preparação inicial da superfície é a mesma da metalografia convencional, só que executada com equipamentos de campo, e consiste no lixamento da região a ser analisada até a lixa de mesh 600 e posterior polimento, mecânico ou eletrolítico. O ataque é executado com reativos normais, como o Nital 3 (3% HNO3 em álcool) e o Picral 2 (2% ácido pícrico em álcool). No primeiro caso a observação é feita diretamente no campo com microscópios de campo e no segundo um filme de acetato é comprimido contra a superfície a ser analisada (figura 14) e levado para o laboratório, onde são feitas as observações em um microscópio de bancada. A estrutura observada corresponde a um espelho da estrutura do metal. Entre as reações microestruturais que devem ser consideradas, quando o propósito for a avaliação de integridade, estão : a) Reações microestruturais como: precipitações intergranulares, formação de fases frágeis,

grafitização, coalescimento de precipitados;


b) Danos por fluência observados na forma de vazios em contorno de grão; c) Danos por fadiga térmica na forma de trincas largas, com espessura da ordem de diversos tamanhos

de grão; d) Danos associados à interação com o meio com corrosão carbonetação e descarbonetação; e) Transformações induzidas por processos de fabricação. Uma orientação sobre como proceder a escolha dos pontos de observação pode ser encontrada na Prática Recomendada ABCM/CTVP-PR:002-C metalografia de campo (projeto).

A utilização da técnica de réplica metalográfica tem se constituído atualmente numa poderosa ferramenta de auxílio quando se deseja fazer uma avaliação de integridade de um equipamento, tubulação ou sistema inteiro de uma planta industrial. Um exemplo disso é o trabalho ″ A utilização industrial de técnicas de metalografia não destrutiva aplicadas à avaliação de integridade″, desenvolvido pelos técnicos do SEIEQ da Refinaria Presidente Bernardes de Cubatão durante à avaliação de um sistema de geração de vapor, onde foram avaliados todos os componentes de uma caldeira de alta pressão e suas tubulações de interligação com as unidades consumidoras de vapor da refinaria. (o trabalho está no anexo de trabalhos desta apostila).

FIGURA 14 - Esquema da retirada uma amostra para réplica metalográfica de um vaso de pressão.

SUPERFÍCIE DA AMOSTRA APÓS POLIMENTO E ATAQUE.

CARBONETOS TRINCA

FILME DE ACETATO AMOLECIDO

FILME AMOLECIDO SE ADAPTA À SUPERFÍCIE DA AMOSTRA

TRINCA CARBONETOS

RÉPLICA COM ESTRUTURA DA AMOSTRA EM NEGATIVO

LOCAL DE RETIRADA DA AMOSTRA

VASO A SER AVALIADO


PARTE 3

ASSUNTO PÁGINA

1. TENSÕES RESIDUAIS................................................................................. 01

2. MÉTODOS DE REDUÇÃO DAS TENSÕES RESIDUAIS...........................

05

3. ALÍVIO DE TENSÕES COM TRATAMENTO TÉRMICO..........................

08


1. TENSÕES RESIDUAIS

1.1. CONCEITO Tensões residuais são as tensões que permanecem numa peça ou estrutura após a remoção de toda solicitação sobre a mesma. As tensões residuais podem ser originadas de duas maneiras : quando uma peça ou parte de um material é trabalhado a frio, ou devido a um aquecimento localizado, numa temperatura suficientemente alta para provocar grandes dilatações no metal. Para o aço carbono essa temperatura é da ordem de 500° C. (a peça fica avermelhada). As tensões residuais são uma conseqüência das restrições impostas a dilatação e contração do metal aquecido. As figuras 1 e 2 mostram exemplos típicos da introdução de tensões residuais em peças devido ao aquecimento.

FIGURA 1 - Tensões residuais devido a dilatação impedida e contração livre.

A A A B B B

FRIO AQUECIDO RESFRIADO

OBS. 1. O bloco b foi colocado no vão do bloco a por interferência. 2. Apenas o bloco b foi aquecido. 3. O bloco b está sujeito a uma dilatação impedida durante o

aquecimento e contração livre no resfriamento. 4. Após o resfriamento o bloco b ficou menor.


FIGURA 2 - Tensões residuais devido a dilatação e contração impedidos.

1.2. TENSÕES RESIDUAIS DEVIDO A SOLDAGEM As tensões residuais devido a soldagem são geradas por escoamento parciais localizados, que ocorrem durante o ciclo térmico de soldagem. Em juntas soldadas, em geral, temos uma situação similar ao bloco A da figura 2, onde é feito um aquecimento com dilatação e contração impedidos. As tensões residuais devido à soldagem podem ser melhor entendidos pela analogia da barra aquecida com mostra a figura 3.

Descrição da experiência representada pela figura 3 1. Admita que apenas a parte B da chapa seja aquecida. 2. A dilatação térmica restringida provoca tensões de compressão na parte B da chapa e de tração nas

partes A e C, para que o equilíbrio seja mantido. 3. À medida que a temperatura se eleva, as tensões nas barras aumentam, atingindo o limite de

escoamento na parte B (ponto 1). A partir desse ponto, a dilatação térmica é absorvida com a deformação da parte B que está aquecida e tem sua resistência mecânica reduzida.

4. As curvas de σe indicam a variação do limite de escoamento com a temperatura. Continuando o aquecimento, a tensão na parte B evolui ao longo de 1 para 2, onde a plastificação impede o estabelecimento de tensões superiores ao limite de escoamento. O ponto 2 corresponde à temperatura máxima atingida θ2.

FRIO AQUECIDO RESFRIANDO

OBS. 1. O bloco a é inteiriço com um furo. 2. B é uma parte imaginária de A que será aquecida. 3. Durante o aquecimento a parte B tende a aumentar suas dimensões - só a parte

B do bloco A é aquecida. 4. Durante o resfriamento B tende a ficar menor, por ter sido deformado por

compressão. 5. Após o resfriamento o bloco A é serrado no meio da parte B - as faces da linha

serrada vão se distanciar.

A B A A

B

B B A

SERRADO

FURO NO BLOCO A

B = PARTE IMAGINÁRIA DE A QUE SERÁ AQUECIDA


5. Durante o resfriamento, a parte B se contrai tende para um comprimento livre menor do que L em virtude da deformação plástica a que foi submetido. A tensão diminui, muda de sinal e atinge o limite de escoamento, à tração, no ponto 3.

6. A partir do ponto 3 a contração térmica é absorvida por deformação plástica, não permitindo que a tensão na barra ultrapasse o limite de escoamento. Ao longo de 3 para 4, o valor da tensão acompanha a variação do limite de escoamento com a temperatura.

7. Concluído o resfriamento, a chapa ficará submetida a um sistema de tensões residuais. Na parte B a tensão é de ração e da ordem do limite de escoamento do material na temperatura ambiente.

FIGURA 3 - Variação da tensão devido ao aquecimento localizado na parte B da chapa. Esse raciocínio é evidentemente simplificado. Não foi considerada a variação do módulo de elasticidade e do coeficiente de dilatação térmica com a temperatura. A variação do limite de escoamento com a temperatura foi considerada com a mesma configuração tanto à tração quanto à compressão. A fluência do material também foi desprezada.

θ

TRAÇÃO

COMPRESSÃO

σ

σeco 4

3

CURVA DA VARIAÇÃO DE σe COM A TEMPERATURA

CURVA DA VARIAÇÃO DE σe COM A TEMPERATURA

θ0 θ1 θ2

1

2

C

A

B FURO

FURO

L

ONDE: σ = Tensão σe = Limite de Escoamento θ = Temperatura θ0 = Temperatura Ambiente θ1 = Início da Deformação Plástica θ2 = Início do Resfriamento σe0 = Limite de Escoamento na Temperatura

Ambiente 1→2 = Deformação Plástica no Aquecimento 3→4 = Deformação Plástica no Resfriamento CHAPA DE TESTE

REGIÃO AQUECIDA


Uma peça soldada se assemelha ao descrito na figura 3. A curva de repartição térmica mostra que a zona aquecida acima de θ1 sofre deformação plástica, analogamente à chapa da figura 3, determinando o aparecimento das tensões residuais de contração (figura 4). O nível das tensões dependerá do grau de restrição da estrutura, na direção longitudinal do cordão de solda. Verificações experimentais confirmam que nessa direção as tensões são muito próximas do limite de escoamento do material.

FIGURA 4 - Tensões residuais numa solda entre chapas livres.

1.3. EFEITO DAS TENSÕES RESIDUAIS NUMA SOLDA As tensões residuais numa junta soldada afeta as zonas fundida e térmicamente afetada (figura 5). Os principais efeitos são:

θ

θ1

L

6L

L

6L

≈ σe σ

TENSÃO LONGITUDINAL

TENSÃO TRANSVERSAL

SOLDA


a) Aumenta a dureza. b) Redução da tenacidade. c) Aumento do nível de tensões localizadamente. d) Aumento do risco de fissurações associadas aos procedimentos de soldagem. e) Redução da resistência à corrosão sob-tensão. f) Redução da resistência à fissuração pelo hidrogênio. g) Redução da resistência à fratura frágil. h) Redução da resistência à fadiga. i) Podem colaborar para a propagação de defeitos na solda.

FIGURA 5 - Regiões de uma junta soldada.

2. MÉTODOS DE REDUÇÃO DAS TENSÕES RESIDUAIS Os principais métodos de redução das tensões residuais estão descritos de maneira sucinta a seguir. 2.1. ALÍVIO DE TENSÕES A FRIO Nestes métodos a estrutura metalúrgica do metal não é modificada, os principais são : 2.1.1. Martelamento Introduz tensões de compressão na região aquecida para equilibrar as tensões de tração existentes. Este método só alivia tensões superficiais e é muito difícil de ser controlado. 2.1.2. Teste de Carga Consiste na aplicação de uma sobrecarga na peça tencionada. Nos pontos onde a sobrecarga se somar as tensões residuais e o limite de escoamento for ultrapassado haverá escoamento do material e a tensão é aliviada. Este é bastante usado em pontes rolantes que são ensaiadas com sobrecarga de 50% acima de sua capacidade nominal.

ZONAS TÉRMICAMENTE AFETADA

ZONA FUNDIDA

METAL BASE

METAL BASE


2.1.3. Teste de Pressão Bastante usado em vasos de pressão. A pressão é 50% acima da pressão de projeto. As tensões que ultrapassarem o limite de escoamento serão aliviadas por deformação local.

No caso de vasos de pressão o efeito é possível para as juntas longitudinais, onde as tensões são o dobro das tensões circunferênciais. Pode ocorrer fissuras em vez de deformação local, dependendo do material e do estado de tensões do equipamento antes do teste. 2.1.4. Vibração Este é empregado para peças pequenas. O princípio é o mesmo do teste de carga, apenas a carga é aplicada por vibração.

2.2. ALÍVIO DE TENSÕES A QUENTE 2.2.1. Pré - Aquecimento Este método consiste em aquecer a região a ser soldada antes de se iniciar a solda, aumentado a área da zona afetada pelo calor. Isso provoca um gradiente de temperatura que se estende por uma área mais larga, com uma transição menos brusca de temperatura entre pontos vizinhos (menor gradiente de temperatura), reduzindo o nível das tensões residuais, devido a uma redução no grau de restrição. (figura 6). 2.2.2. Alívio com Chama Quando uma junta soldada é aquecida até uma temperatura inferior a 300°C pode ocorrer uma pequena redução de picos de tensão, devido a uma redução do limite de escoamento que ocorre nessa temperatura. 2.2.3. Alívio com Tratamento Térmico Quando uma junta soldada é aquecida a uma temperatura cerca de 50 a 100° C abaixo da temperatura de transformação do metal, ocorre uma grande redução do nível das tensões residuais. Este fato se deve a deformações plásticas localizadas que ocorrem nos locais onde as tensões residuais estão atuando, devido a uma grande redução do limite de escoamento do metal que ocorre com a elevação da temperatura. (figura 7). 2.2.4. Alívio por Normalização Quando uma junta soldada é aquecida a uma temperatura que ultrapasse a temperatura de transformação do metal ocorrerá um alívio das tensões residuais acompanhado por uma modificação da estrutura metalúrgica do metal. O princípio de redução das tensões é o mesmo descrito no item anterior.


FIGURA 6 - Influência do pré - aquecimento no nível das tensões residuais.

TEMPERATURA

TEMPERATURA DE FUSÃO

TEMPERATURA DE TRANSFORMAÇÃO

TEMPERATURA AMBIENTE

ZTA ZTA

JUNTA SOLDADA COM PRÉ - AQUECIMENTO - MAIOR ZTA. - MENOR VELOCIDADE DE

RESFRIAMENTO. - MENOR GRADIENTE

TÉRMICO. - MENOR NÍVEL DE

TENSÃO RESIDUAL.

JUNTA SOLDADA SEM PRÉ - AQUECIMENTO - MENOR ZTA. - MAIOR VELOCIDADE DE

RESFRIAMENTO. - MAIOR GRADIENTE

TÉRMICO. - MAIOR NÍVEL DE TENSÃO

RESIDUAL.


0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 0,5 1 1,5 2 4 6 8 10

TEMPO NA TEMPERATURA DE TRATAMENTO (HORAS)

TE

NS

ÃO

RE

SID

UA

L (K

SI)

FASE 1 FASE 2

T=760oC T=704oC T=650oC

T=590oC

T=540oC

T=490oC

T=430oC

T=320oC

T=200oC

FIGURA 7 - Influência do tempo e temperatura no tratamento térmico de alívio de tensões.

3. ALÍVIO DE TENSÕES COM TRATAMENTO TÉRMICO

3.1. CONCEITO De um modo geral os métodos térmicos de alívio de tensões residuais podem ser divididos em: - Tratamentos realizados no interior de fornos - o vaso é colocado totalmente ou em partes dentro de

um forno. - Tratamento utilizando o vaso como forno - coloca-se uma fonte de calor no interior do equipamento

e este é isolado externamente. - Tratamento localizado - só as partes que necessitam tratamento são tratadas, com aquecimento

localizado. Admitindo algumas simplificações, o tratamento térmico de alívio de tensões consiste em aquecer uniformemente o equipamento de modo que o limite de escoamento do material fique reduzido a valores inferiores às tensões residuais. Nesta condição, as tensões residuais provocam deformações plásticas locais e diminuem de intensidade. A figura 7 mostra que o alívio de tensões se faz em duas fases: FASE 1: Durante aproximadamente a primeira hora de tratamento ocorre a maior redução de tensões. Nos tratamentos realizados em temperaturas elevadas (acima de 500° C), a principal causa de alívio de tensões é a plastificação local resultante da redução do limite de escoamento. O pequeno alívio de


tensões que ocorre em temperaturas baixas, como por exemplo, a 200° C, não poderá ser atribuído à redução do limite de escoamento e sim ao fenômeno de recuperação. FASE 2: Nas horas subsequentes as tensões residuais diminuem também por deformação plástica, resultante da fluência do material, quando a temperatura for superior a 500° C. Somente os tratamentos feitos em temperaturas superiores a 500° C, para os aços carbono, são realmente eficazes. Quanto maior for o nível inicial de tensões residuais, mais elevadas serão as tensões após o tratamento térmico. Os aços resistentes à fluência requerem temperatura, ou tempo de tratamento, mais elevados que para os aços carbono. Na soldagem em vários passes, a sucessividade dos passes não reduz a intensidade das tensões residuais.

3.2. PARÂMETROS DO TRATAMENTO Durante a realização do tratamento térmico deverão ser controladas principalmente as seguintes variáveis: - Taxa de aquecimento; - Temperatura de tratamento; - Tempo de permanência na temperatura de tratamento (tempo de encharque); - Taxa de resfriamento. Os códigos de construção especificam essas variáveis em função da composição química e espessura do metal a ser tratado. A figura 8 faz um resumo dessas variáveis, conforme os requisitos do código ASME. Os códigos: BS 5500 (código Inglês), ANCC (código Italiano), API e o DnT (código Alemão), apresentam valores semelhantes.

FIGURA 8 - Variáveis do tratamento de alívio de tensões, conforme o código ASME.

A tabela 1 mostra as temperaturas de tratamento térmico de alívio de tensões recomendadas por diversos códigos de construção para aços carbono e aços liga.

TEMPO DE TRATAMENTO = 2,36 MINUTOS/mm MAS, NO MÍNIMO DE 15 MINUTOS

TEMPO

TAXA DE AQUECIMENTO ⟨ 220°C / h.pol.

TAXA DE RESFRIAMENTO ⟨ 260°C / h .pol..

427°C

TEMPERATURA DE TRATAMENTO

ABAIXO DE 427°C NÃO É NECESSÁRIO CONTROLE


MATERIAL ANCC ASME BS 5500 DnT AÇO C / C - Mn 600-650°C ⟩ 593°C 580-620°C 550-600°C AÇO C-1/2 Mo 620-670°C ⟩593°C 650-680°C 580-620°C AÇO 1C r-1/2 Mo 630-680°C ⟩593°C 630-670°C 620-660°C AÇO 2.1/4Cr-1/2Mo 660-710°C ⟩677°C 680-720°C 620-750°C AÇO 5 Cr - 1/2Mo 680-730°C ⟩677°C 710-760°C 670-740°C

TABELA 1 - Temperatura de alívio de tensões conforme vários códigos.

O controle de temperatura em qualquer estágio da realização de um tratamento térmico é fundamental. O fluxo de calor e a distribuição de temperaturas, ao longo de toda a região tratada devem ser controlados para que não se perca o controle do tratamento. O mais importante, evidentemente, para o devido sucesso de um tratamento térmico de alívio de tensões, é medir e controlar adequadamente a distribuição de temperaturas em todos os estágios do tratamento. A medição e o controle da distribuição de temperaturas no componente tratado, deve ser realizada por meio de termopares ligados à estrutura tratada térmicamente. A junção do dois arames constituintes do termo-par deverá ser devidamente protegida da ação direta dos elementos de aquecimento e também, da circulação da atmosfera existente no interior do forno. O número e a distribuição dos termopares deverão ser adequados para avaliar a maior variação de temperaturas prevista e possível de ocorrer na estrutura durante o tratamento térmico. Um outro aspecto que deverá merecer a maior atenção durante a realização de um tratamento térmico é a suportação do equipamento. A perda de resistência mecânica com o aumento de temperatura, inerente à realização do tratamento térmico, poderá provocar deformações exageradas se: - A suportação for inadequada ou insuficientemente quando o equipamento estiver na temperatura de

tratamento. - A suportação não apresentar rigidez suficiente, na temperatura de tratamento, para suportar o peso do

equipamento. Em certas situações, dependendo da geometria e rigidez do equipamento, será inevitável a utilização de suportes ou reforços provisórios durante a realização do tratamento térmico. 3.3. INFLUÊNCIA DO ALÍVIO DE TENSÕES TÉRMICO NAS PR OPRIEDADES

MECÂNICAS DOS MATERIAIS. Experiências feitas com corpos de prova em aço carbono e carbono-manganês confirmam que o tratamento térmico para o alívio de tensões residuais altera as propriedades mecânicas de um material. Da mesma maneira as experiências confirmam que restringindo-se a temperatura e o tempo de tratamento, bem como o número de tratamento sucessivos esses efeitos ficam dentro de valores aceitáveis para a construção de vasos de pressão. Os principais efeitos do tratamento térmico de alívios de tensões em temperaturas ou tempo acima dos especificados pelos códigos de construção, ou a repetição do tratamento várias vezes, mesmo dentro dos valores especificados são os seguintes:


- Progressiva redução do limite de escoamento. - Aumento da temperatura crítica de transição, do comportamento dúctil para frágil (redução da

tenacidade). - Redução da resistência a fluência para materiais que deverão operar acima de 400° C, após o

tratamento. Esses feitos também podem ocorrer nos casos em que houver um descontrole da temperatura e/ou tempo de tratamento, durante um ciclo térmico. O método mais confiável para se estimar as propriedades mecânicas de um material após um ou mais tratamentos térmicos é simular o ciclo térmico num corpo de prova com características iguais (mesma corrida, mesma composição química, mesmo número de ciclos térmicos etc.) ou similares ao material que será submetido ao novo ciclo térmico, ou seja, o procedimento de tratamento térmico deve ser qualificado para cada caso específico. Em equipamentos que já operaram ou já sofreram ciclos térmicos, é conveniente antes de se prescrever um tratamento térmico verificar as condições em que o material se encontra. Quando possível isto deve ser feito com a remoção de corpos de prova do equipamento e após submetido ao novo ciclo térmico determinar suas propriedades mecânicas. Como na grande maioria dos casos isso é inviável, pode se usar um parâmetro representativo para fazer essa avaliação. Esse parâmetro foi desenvolvido por Larson-Muller. O parâmetro de Larson-Muller (LMP), permite expressar com um único valor, as características de um ciclo térmico considerando todas as suas variáveis. Este parâmetro está descrito a seguir:

ONDE: - LMP = parâmetro de Larson-Muller (admensional).

- T = temperatura do tratamento térmico (°K). - t = tempo equivalente de tratamento (horas), calculado pela expressão:

com: te = tempo de encharque (horas). ta = tempo de aquecimento (horas), calculado pela expressão : ta = T / [ 2,3 .Ka .(C - log. Ka)] para : Ka = velocidade de aquecimento (°K / hora).

C = constante, igual a 20 para os aços C e C-Mn. tr = tempo de resfriamento (horas), calculado pela expressão : tr = T / [ 2,3.Kr. (C - log. Kr )]. para : Kr = velocidade de resfriamento (°K / hora).

C = constante, igual a 20 para os aços C e C-Mn.

Por essa expressão, vê-se que o efeito da temperatura no alívio térmico é bem mais forte que o tempo de tratamento. Trabalhos técnicos recomendam que o valor de LMP seja sempre inferior a 19,5, mesmo após vários tratamentos sucessivos A figura 9 mostra a influência do alívio de tensões nos limites de resistência à tração e ao escoamento para aços carbono e carbono-manganês. Os testes foram feitos com corpos de prova de aços nas especificações: ASTM A-537 C1.1; A-537 C1.2 e A-516 GR. 70.

LMP = T.(C + log. t ). 10-3

t = te + ta + tr


PARÂMETRO DE LARSON-MILLER

MO

DIF

ICA

ÇÃ

O N

O L

IMIT

E D

EE

SC

OA

ME

NT

O E

M %

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

17 18 18,5 19 19,5 20

VALORESMÁXIMOSVALORESMÍNIMOS


MO

DIF

ICA

ÇÃ

O N

O L

IMIT

E D

ER

ES

IST

ÊN

CIA

À T

RA

ÇÃ

O E

M %

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

17 18 18,5 19 19,5 20

CURVA MÁXIMACURVA MÍNIMA

FIGURA 9 - Influência do TTAT nos limites de resistência à tração e ao escoamento dos aços carbono e

carbono-manganês.


TEMPERATURA DE ENCHARQUEEM GRAUS CELSIUS

RE

DU

ÇÃ

O D

AS

TE

NS

ÕE

S R

ES

IDU

AIS

EM

% D

O V

ALO

R IN

ICIA

L0

20

40

60

80

100

315 370 430 480 540 595 650 705

TEMPO DEENCHARQUE DE 1HORATEMPO DEENCHARQUE DE 4HORASTEMPO DEENCHARQUE DE 6HORAS

FIGURA 10 - Relação entre temperatura e tempo de tratamento no alívio das tensões residuais.


AU

ME

NT

O D

A T

EM

PE

RA

TU

RA

DE

TR

AN

SIÇ

ÃO

, DE

TE

RM

INA

DA

PA

RA

20

ft-lb

, EM

GR

AU

S C

ELS

IUS

0

5

10

15

20

25

30

16 17 18 19 20 21

FIGURA 11 - Influência do TTAT na temperatura de transição dúctil/frágil.

A figura 9 mostra que em média, para um tratamento térmico de alívio de tensões residuais realizado conforme os requisitos dos códigos de construção, o limite de escoamento do material cai de 5 a 10%,


por tratamento realizado. Essa redução do limite de escoamento é acompanhada por uma perda de resistência mecânica e está associada a esferoidização dos carbonetos e a transformação da ferrita em perlita. Da figura 11 podemos verificar que em média, para cada tratamento de alívio de tensões residuais realizado conforme os requisitos dos códigos de construção, a temperatura de transição pode aumentar até 30° C. Essa queda progressiva da tenacidade ao entalhe é explicada pela migração do carbono e das impurezas para os contornos de grãos da ferrita. A figura 10 mostra a redução de tensões alcançada com cada tratamento térmico de alívio de tensões realizado conforme os requisitos dos códigos de construção, em função do tempo de encharque. Conjugando-se as curvas de propriedades (figuras 9 e 11) com a curva de relaxação (figura 10), tem-se uma metodologia de prescrever-se o tratamento térmico que compatibilize o grau de alívio de tensões, com as propriedades mecânicas necessárias ao serviço do equipamento. Por essas evidências, se estabelecem que o alívio térmico das tensões, para os aços ao carbono, se deve enquadrar na faixa de 580 a 620° C, como prescrito pela maioria dos códigos de construção. Quanto à redução da tensão de ruptura em altas temperaturas, nos aços carbono e carbono-manganês acalmados com silício, particularmente, em virtude do tratamento térmico prolongado e/ou temperaturas próximas a 650° C, a variação é significativa. Atribui-se esse comportamento à remoção do nitrogênio ativo, dos interstícios dos grãos, pela precipitação como nitreto de silício, o que reduz a resistência nas altas temperaturas (acima de 400° C). No caso de aços carbono acalmados com alumínio ocorre a precipitação de nitreto de alumínio, com efeitos similares aos aços acalmados com silício. Para avaliar sucessivos tratamentos térmicos pode-se usar o parâmetro de Larson-Muller, usando com tempo de tratamento ″t″ a soma de todos os tempos ″t″ dos tratamentos realizados. 3.4. BENEFÍCIOS E INCONVENIENTES DO ALÍVIO DE TENSÕ ES O principal objetivo do tratamento térmico é aquecer o material a um nível de temperatura suficiente, para reduzir a sua resistência ao escoamento, a uma pequena fração do seu valor à temperatura ambiente. Esse processo é acompanhado por um revenimento da região endurecida durante o processo de soldagem do material, reduzindo sua dureza e restabelecendo a tenacidade da zona térmicamente afetada pelo calor (ZTA). Os benefícios mais importantes do alívio térmico, em relação à condição ″como soldado″, são: 1. Redução dos picos de tensão em cerca de 10 a 20% do seu valor residual após a soldagem. Isso é

válido quando há total liberdade de dilatação durante o tratamento térmico. 2. Promove a estabilidade dimensional da peça ou componente, especialmente para os que serão

usinados. 3. Elimina ou reduz a tendência à corrosão sob tensão do material. 4. Reduz a dureza e restaura a ductilidade e a tenacidade da junta soldada. 5. Melhora a resistência à fratura frágil. 6. Elimina o hidrogênio dissolvido na solda, evitando a fissuração pelo hidrogênio. O alívio térmico no entretanto apresenta alguns inconvenientes :


1. A queda da resistência mecânica com a temperatura, pode ensejar a propagação de fissuras preexistentes.

2. O relaxamento das tensões compressivas que impediam a propagação de trincas. 3. A redução da tensão de escoamento e o aumento da temperatura crítica de transição dúctil/frágil, do

material tratado térmicamente, comparativamente ao metal base, sem solda. 4. Risco de reação, do hidrogênio dissolvido, na estrutura do metal, com o carbono, gerando o gás

metano com conseqüente fragilização do material. No caso do tratamento térmico localizado acresce-se também o risco de geração de novas tensões térmicas residuais nas interfaces da região aquecida, e o risco de falha estrutural em equipamentos esbeltos.

3.5. EXIGÊNCIAS DO CÓDIGO ASME QUANTO A NECESSIDADE DE

TRATAMENTO TÉRMICO PARA ALÍVIO DE TENSÕES a) PARA SOLDAS NOVAS EM AÇO CARBONO O tratamento térmico para o alívio de tensões em soldas de vasos novos é requerido nos seguintes casos: a.1. Espessuras maiores do que 38 mm. a.2. Espessuras maiores do que 31 mm a menos que se faça pré-aquecimento de 100°C durante a

soldagem. a.3. Qualquer espessura para vaso em serviço letal. a.4. Qualquer espessura para vaso em serviço à temperatura inferior a - 45° C. b) PARA SOLDAS NOVAS EM AÇO BAIXA LIGA C-1/2 Mo e ½ Cr-1/2 Mo O tratamento térmico para o alívios de tensões em soldas de vasos novos é requerido no seguintes casos: b.1. Para espessura superiores a 16 mm. b.2. Qualquer espessura para vaso em serviço letal. b.3. Qualquer espessura para vaso em serviço à temperatura inferior a - 45°C. c) PARA REPAROS DE SOLDA EM AÇO CARBONO É exigido tratamento térmico ADICIONAL em vasos de pressão novos que tenham sido reparados com solda nos seguintes casos : c.1. Qualquer profundidade de reparo para vasos em serviço letal. c.2. Qualquer profundidade de reparo para vasos em serviço à temperatura inferior a - 45° C. c.3. Qualquer profundidade de reparo em bocais com diâmetro inferior a 2 polegadas não precisam ser

tratados, desde que sejam pré - aquecidos a 100°C, durante a soldagem, não tenham : chanfro superior a 13 mm, altura de garganta superior a 13 mm e anel de reforço.

c.4. As soldas com garganta inferior a 13 mm não precisaram ser tratadas se utilizarem pré - aquecimento de 100° C, durante a soldagem.

c.5. Os revestimentos feitos com depósito de solda ou solda de fixação de lining’s não precisam ser tratados se pré - aquecidos a 100° C, durante a soldagem.

c.6. Pequenas restaurações da superfície devido a remoção dos dispositivos de soldagem não precisam ser tratados se não houver risco de contato com o produto a ser armazenado.

c.7. Quando a profundidade total do reparo de qualquer junta soldada, que não se enquadrem nos itens acima, exceder a 38 mm (soma das profundidades de reparos de cada lado da solda).


d) PARA REPAROS DE SOLDA EM AÇO BAIXA LIGA C-1/2 Mo e ½ Cr-1/2 Mo É exigido tratamento térmico ADICIONAL em vasos de pressão novos que tenham sido reparados com solda nos seguintes casos : d.1. Qualquer profundidade de reparo para vasos em serviço letal. d.2. Qualquer profundidade de reparo para vasos em serviço à temperatura inferior a - 45°C. d.3. Soldas de bocais e acessórios em paredes não pressurizadas, com chanfro até 13 mm o tratamento

não é exigido se a solda for executada com pré - aquecimento de 100°C e o carbono equivalente13 for inferior a 0,25%.

d.4. Soldas circunferênciais em tubos de espessura inferior a 13 mm, o tratamento térmico não é exigido se o carbono equivalente for inferior a 0,25%.

d.5. Os revestimentos feitos com depósito de solda ou solda de fixação de lining’s não precisam ser tratados se pré - aquecidos a 100°C, durante a soldagem e se o carbono equivalente for inferior a 0,25%.

d.6. Pequenas restaurações da superfície devido a remoção dos dispositivos de soldagem não precisam ser tratados se não houver risco de contato com o produto a ser armazenado.

d.7. Quando a profundidade total do reparo de qualquer junta soldada, que não se enquadrem nos itens acima, exceder a 16 mm (soma das profundidades de reparos de cada lado da solda).

3.6. TRATAMENTO TÉRMICO LOCALIZADO

O tratamento térmico localizado produzirá deformações plásticas no equipamento tratado. O gradiente térmico durante o aquecimento, encharque e resfriamento deverá ser cuidadosamente controlado para evitar a introdução, de um novo estado de tensões. As tensões térmicas produzidas por um tratamento térmico localizado indevidamente realizado, poderão originar um estado de tensões residuais mais perigoso ao equipamento soldado do que o existente anteriormente ao tratamento. Conforme já foi descrito, é fundamental o controle do gradiente térmico durante a realização do tratamento térmico localizado. Diversos códigos limitam, além do gradiente térmico, a largura mínima da faixa localmente aquecida e a extensão de seu isolamento térmico. A tabela 2 sintetiza estas exigências para alguns códigos de construção tradicionalmente utilizados. A figura 12 representa esquematicamente a preocupação da comissão 11 da Organização Internacional de Normas Técnicas (ISO/TC 11- Boilers and Pressure Vessels), quanto ao gradiente térmico durante um tratamento térmico localizado. Apesar de mais conservador que o código ASME estas dimensões tem sido as preferidas na realização de tratamentos térmicos localizados de juntas soldadas, quando estes são realizados no campo.

13O The Welding Institute recomenda que o carbono equivalente, para aços carbono e carbono-manganês, seja calculado pela expressão: Ceq = %C + (%Mn) / 6 + (%Cr + %Mo + %V) / 5 + (%Ni + %Cu) / 15


DIMENSÃO NORMA BS 5500 ASME ISO DIS 2694

Extensão a ser aquecida para soldas circunfe-rênciais e longitu-dinais

Toda a circunferência do vaso numa extensão de 2,5. Rt ,

para cada lado da junta soldada

Toda a circunferência do vaso numa

extensão de 2. t , para cada lado

da junta soldada

Toda a circunferência do

vaso numa extensão de 2,5. Rt , para cada lado da

junta soldada

Extensão a ser aquecida para soldas de atracação

de bocais

Toda a circunferência do vaso numa extensão de 2,5. Rt ,

para cada lado da junta soldada

Toda a circunferência do vaso numa extensão de 12

t + a maior largura externa

da junta soldada

Toda a circunferência do vaso numa extensão de 2,5.

Rt , para cada lado da junta soldada

Gradiente térmico

A temperatura nas bordas da região aquecida deverá ser igual

a ½ da temperatura máxima, em qualquer instante do

tratamento

Não especifica

A temperatura nas bordas da região aquecida deverá

ser igual a ½ da temperatura máxima, em qualquer instante do tratamento

Taxa de

resfriamento

220°C / hora. pol. da menor

espessura sendo tratada





Taxa de

aquecimento







ONDE : R = Raio externo da junta soldada.

t = maior espessura da junta soldada, sem considerar o reforço da solda.

TABELA 2 - Exigências para a execução de tratamento térmico localizado.


FIGURA 12 - Limitações para o gradiente térmico durante um tratamento térmico localizado, conforme a ISO / TC 11 da ISO / DIS 2694.

3.7. TRATAMENTO TÉRMICO LOCALIZADO NO CAMPO 3.7.1. INTRODUÇÃO A necessidade da realização de tratamento térmico localizado em vasos de pressão após a execução de reparos tem se tornado usual em paradas de manutenção. O aumento do grau de detectabilidade dos exames não destrutivos tem resultado na identificação de defeitos de fabricação em soldas aceitas com os recursos da época, isto tem resultado num aumento das necessidade de reparos em soldas principalmente de bocais com o casco dos vasos e muitas vezes é

As zonas fundida e térmicamente afetada deverão estar submetidas à temperatura de tratamento.

T T = temperatura de

tratamento.

T / 2

2,5. Rt

R

t

SOLDA

ISOLAMENTO TÉRMICO

5. Rt FAIXA AQUECIDA

10. Rt

FAIXA ISOLADA TERMICAMENTE


necessário o TTAT localizado do vaso, que devido aos problemas de custos e prazo são realizados com o equipamento na sua posição de operação. A análise da possibilidade de realização do TTAT localizado no campo envolve cálculos de engenharia, o estabelecimento de métodos para acompanhamento do tratamento e em alguns casos, até a necessidade da instalação de dispositivos provisórios, com a finalidade de garantir um mínimo de alteração do vaso após o tratamento, tanto do ponto de vista dimensional (verticalidade, ovalização etc.) e metalúrgico, como do estado de tensões, garantindo-se que o TTAT seja um benefício para o equipamento. 3.7.2. ANÁLISE DE ENGENHARIA Antes de decidir sobre a forma de tratamento são necessários os seguintes estudos : a) Cálculo das tensões aplicadas sobre a região a ser aquecida, considerando o efeito da temperatura no

limite de escoamento do material.

NOTAS: - Considerar os valores reais de espessura medidos. - Considerar as cargas devido ao vento. b) Analisar a necessidade de se prever sustentação adicional do equipamento, durante o tratamento. c) Definir os serviços necessários para deixar o equipamento em condições de livre expansão.

Exemplo: quebra de fire - proof, lubrificação e provisão de espaço para livre expansão do vaso, soltar as linhas e plataformas, etc.

d) Definir variáveis a serem monitoradas durante o tratamento. Exemplo: verticalidade para vasos verticais, movimentação linear dos vasos horizontais no apoio

deslizante, ciclo térmico, etc.

3.7.3. PREPARAÇÕES RELATIVAS AO AQUECIMENTO

No campo, o aquecimento é normalmente produzido com resistências elétricas energizadas por máquinas de solda. As maiores vantagens são a portabilidade do método, a disponibilidade das máquinas de solda em qualquer obra industrial e a não limitação de potência, pois basta usar quantas máquinas necessárias à área a ser aquecida e tratada. Como regra geral, a potência necessária corresponde a uma energia de 2 a 5 watt / cm2 de superfície externa, para o tratamento térmico de alívio de tensões, desde que convenientemente isolada, externa e internamente. Outra facilidade é o fácil controle, pois as máquinas de solda são geradores ou transformadores de corrente contínua, com controle da voltagem e amperagem.

O material dos elementos de aquecimento comumente usado é o fio de níquel-cromo, que permite temperaturas da ordem de 800 a 900° C. Em aquecimentos mais severos, usam-se os fios de Kanthal, uma liga especial que permite altas temperaturas, da ordem de 1000 a 1300° C. Modernamente as máquinas de solda vêm sendo substituídas por módulos de tratamento térmico, que são equipamentos específicos para prover a energia elétrica ao aquecimento. Possuem programas automáticos que controlam totalmente o tratamento térmico a partir das informações fornecidas, usando as prescrições do código ASME para vários materiais e espessuras diferentes. Os elementos de aquecimento continuam sendo resistores, constituídos por espiras de fio ou em mantas pré-fabricadas. Nesse particular, as mantas produzem um aquecimento mais uniforme da superfície, do que as espiras ou os elementos de fios dobrados.


Para o isolamento térmico, devido às altas temperaturas envolvidas, são usadas as mantas de fibras cerâmicas, em camadas de 25 mm de espessura, perfazendo 50 a 75 mm de isolante.

3.7.4. PREPARAÇÃO DO VASO PARA O TRATAMENTO TÉRMICO a) O vaso deve estar livre para dilatar-se em todas as direções, não devendo ser imposta nenhuma

restrição à expansão térmica. Assim, os seguintes pontos devem ser observados : a.1. Todas as tubulações ligadas ao vaso devem ser desconectadas. a.2. Todas as tubulações cujo seu apoio estão ligados ao vaso, devem ser removidas de seus suportes. a.3. Remover todos os internos do vaso, localizados na extensão de aquecimento e isolamento da

parte do vaso a ser tratado. a.4. Soltar ou remover as plataformas e escadas, localizadas na extensão de aquecimento e

isolamento térmico da região a ser tratada. a.5. Verificar a necessidade de remover o fire-proof, caso este esteja dentro da extensão de

aquecimento e isolamento da região a ser tratada. a.6. Limpar e lubrificar os apoios deslizantes dos vasos horizontais.

b) Outras providências de preparação do equipamento para o tratamento térmico :

b.1. Remover os instrumentos, conduites e fiação próximos da extensão de aquecimento e isolamento da região a ser tratada.

b.2. Marcar os pontos de acompanhamento topográfico do vaso, quando for o caso. O acompanhamento deve ser espaçado de 90°, de modo a permitir o acompanhamento nas direções norte/sul e leste/oeste. Os pontos devem estar iluminados com duplicidade, para evitar contratempos.

b.3. Instalar cobertura da região do vaso que será aquecida e isolada a uma distância de pelo menos 1,5 m. do vaso.

b.4. Remover todos os plugs existentes em chapas de reforço na extensão de aquecimento e isolamento da região a ser tratada.

b.5. Executar furo de no mínimo 3,0 mm de diâmetro em todas as chapas sobrepostas ao casco do vaso (chapas de reforço, de atracação de grampos, etc.), localizadas na extensão de aquecimento e isolamento da região a ser tratada.

b.6. Distribuir as resistências de aquecimento, optando por um controle de temperatura setorial (melhor para vasos verticais) ou o controle de toda a região a ser tratada (melhor para vasos horizontais).

b.7. Distribuir os termopares de maneira setorial ou global, conforme a opção anterior e de maneira a garantir o controle do gradiente térmico dentro dos valores recomendados.

b.8. Distribuir as máquinas de solda também de maneira setorial ou global, conforme a distribuição de resistências adotada, tomando o cuidado de se adotar no mínimo 1 termo-par para cada máquina de solda e uma máquina para cada resistência.

b.9. Adotar, dentro das possibilidades, a duplicidade de resistência e termopares, de maneira a se ter um par operando e outro reserva.

b.10. Montar um sistema de identificação e um mapa das distribuições de resistência, termopares e máquinas de solda de maneira a permitir a substituição de resistência ou termo-par durante o tratamento, sem a necessidade de remoção do isolamento térmico, usando-se a resistência ou termo-par reserva, conforme o caso.


3.7.5. RECOMENDAÇÕES DE SEGURANÇA a) Ter em local de fácil acesso extintores de incêndio de pó químico. Não é recomendado o uso de

água ou CO2, próximo ao vaso devido ao risco de resfriamento descontrolado e setorial do vaso aquecido.

b) Evitar a proximidade de materiais combustíveis próximo a região de aquecimento do vaso. Exemplo: evitar corda, pano, madeira, etc. c) Isolar a área adjacente ao vaso num perímetro de pelo menos igual ao diâmetro do vaso, ao redor

deste, durante o período do tratamento. d) Comunicar a todos o período do tratamento, principalmente os funcionários dos períodos fora do

administrativo. (como domingos, noites, etc.). 3.8. AVALIAÇÃO DA EFETIVIDADE DO TRATAMENTO TÉRMICO Existem duas maneiras básicas de se medir o nível de tensões de um equipamento que podem ser usados antes e após o tratamento térmico, para se avaliar sua efetividade.

1. Avaliação pelo extensômetria, sendo as técnicas mais utilizadas : furo central, difração de raios X,

elastomagnética e a ultra-sônica. Destas técnicas a mais utilizada no campo é a técnica de extensômetria elétrica com a execução de um furo cego na superfície do equipamento.

2. Avaliação pela dureza é técnica que tem sido mais utilizada para avaliação de tratamentos térmicos em equipamentos de grande porte, como vasos de pressão.

A seguir serão apresentadas de maneira resumida e simplificada as três técnicas mais utilizadas atualmente pelos técnicos na avaliação do nível de tensões de uma estrutura. (dureza, furo cego e raios X) 3.8.1. AVALIAÇÃO DA EFETIVIDADE DO TTAT ATRAVÉS DA DUREZA

A medida da variação da dureza, antes e após o TTAT (tratamento térmico após a soldagem), é uma forma de avaliar se o tratamento foi devidamente executado. Porém a dureza da ZTA não deve ser usada para avaliar a tenacidade ou o nível de tensões residuais da junta soldada. A variação da dureza depende primeiramente da facilidade da micro estrutura revenir. A estrutura martensítica revine muito mais facilmente que a bainítica. Assim, em uma ZTA preponderantemente martensítica, o TTAT pode levar a considerável queda de dureza, dependendo da % de carbono na composição química do material. Já uma ZTA substancialmente bainítica , o TTAT resulta em baixa ou mesmo nenhuma redução de dureza. Outra característica que influi na variação da dureza é a presença dos elementos Nb, Va, Ti, que tornam o aço microligado. Após o TTAT, devido a precipitação dos carbonetos que ocorre, a dureza pode mesmo aumentar, dependendo da composição química do aço e dos parâmetros de soldagem. Segundo o The Welding Institute para que o TTAT seja efetivo, a soma dos teores de V e Nb presentes na composição química de um aço não pode ser superior a 0,1%. Outra variável, que influi na dureza é o procedimento de soldagem. Na fábrica usa-se, normalmente, processos automáticos ou semi-automáticos do tipo arco submerso. No campo, o reparo é feito com eletrodo revestido e aporte de calor da ordem de 1,5 KJ / mm. Nestas condições as durezas nas zonas fundidas e térmicamente afetadas de uma junta soldada no campo são bem diferentes da fábrica.


A dureza da ZTA é superior a do cordão de solda, mesmo após o TTAT. A razão é que o eletrodo, normalmente, tem menor teor de carbono, que o metal base o que acarreta maior dureza na ZTA. A medição da dureza na ZTA é de difícil realização, pela sua pequena largura (3 a 5 mm). Isso torna impraticável o uso do aparelho Poldi ou Telebrineller para medir dureza na ZTA. Qualquer medição com o Poldi na ZTA não é confiável, pois a esfera do penetrador é de 10 mm de diâmetro, por isso não consegue atingir somente a ZTA. Por isso, considera-se que o Poldi é adequado para medir a dureza do cordão de solda, de uma maneira genérica, ou seja, um valor de dureza média da junta soldada. Quando se deseja medir a dureza da ZTA o método de maior confiabilidade é o Ernst, este aparelho mede a penetração do material e pode dar uma medida representativa da ZTA. Outros métodos utilizados para medir a dureza de juntas soldadas são: - Ultra-som: não é representativo pois mede microdureza, com baixíssima carga, e pode estar medindo a

dureza do grão duro de uma inclusão. - Microdur: é o aparelho que tem menos inconvenientes e pode ser usado para medir a dureza de ZTA,

com uma confiabilidade aceitável. 3.8.2. AVALIAÇÃO DA EFETIVIDADE DO TTAT ATRAVÉS DA TÉCNICA DO FURO CEGO A técnica chamada de ″ técnica do furo cego ″ consiste na confecção de um furo não-passante, de pequenas dimensões, no ponto onde se pretende obter os valores das tensões residuais atuantes. Tais tensões são calculadas a partir das deformações medidas por três extensômetros elétricos de resistência montados em roseta. As deformações indicadas se referem à redistribuição de tensões, causadas pela retirada de material por usinagem. O procedimento é considerado semi destrutivo por introduzir um furo de até 3 mm de diâmetro de profundidade, não prejudicando a resistência e o desempenho da maioria dos componentes de interesse. É importante ter-se em mente que o furo usinado é um defeito e, como tal, produz um efeito concentrador de tensões a partir de seus bordos. Essa técnica se aplica a materiais elásticos, homogêneos e isotrópicos. São utilizadas a solução de Kirsch e as relações constitutivas da teoria da elasticidade, para que, a partir da medição das deformações aliviadas, sejam determinadas as tensões principais atuantes, bem como suas orientações. As medidas são obtidas com um nível de precisão aceitável, desde que o rearranjo de tensões ocorra dentro do regime elástico. O método possui um histórico evolutivo de mais de cinco décadas, tendo recebido várias contribuições. Pode ser tomado como suficientemente desenvolvido e fundamentado para as aplicações de engenharia, desde que respeitadas as premissas sobre as quais se apoia. A principal limitação para a aplicação do método é o fato de ele pressupor tensões constantes ao longo da espessura na região do furo. A introdução de um furo ( de pequeno diâmetro ) em um corpo sob tensões ocasiona um relaxamento local dessas tensões. Isto ocorre porque, em quaisquer superfícies, no caso, na superfície do furo, nas suas direções perpendiculares, as tensões normais e cisalhantes são necessariamente nulas.


Naturalmente, a eliminação destas tensões, mediante a confecção do orifício, provoca uma imediata variação em todo o campo de tensões nas vizinhanças. O processo é padronizado pelo método ASTM - E - 837 / 94. 3.8.3. AVALIAÇÃO DA EFETIVIDADE DO TTAT ATRAVÉS DA TÉCNICA DA DIFRAÇÃO

DE RAIOS X. Esta técnica, caraterizada como não-destrutiva, baseia-se no fato de que, quando um material se encontra tencionado, as deformações resultantes acarretam alterações da distância entre os planos atômicos da estrutura cristalina do metal. A técnica procura medir essa distância, sendo a tensão correspondente calculada a partira de expressões da teoria da elasticidade. A própria estrutura cristalina do material é usada como extensômetro. É amplamente aceito que a difração de raios X é a única técnica realmente não-destrutiva para a medição confiável de tensões residuais. A evolução de seis décadas desde a primeira aplicação do método, tanto em sua base teórica quanto na instrumentação, já permite seu uso no campo. A aplicação mais usual, chamada de dispersão angular, é capaz de medir tensões a profundidades de até 0,05 mm. Esta pouca penetração constitui uma das limitações do método.


PARTE 4

ASSUNTO PÁGINA

1. REVISÃO DOS ENSAIOS DE TRAÇÃO E IMPACTO................................ 01

2. ENSAIO PARA A DETERMINAÇÃO DO CTOD........................................

15


1. REVISÃO DOS ENSAIOS DE TRAÇÃO E IMPACTO

1.1. INTRODUÇÃO O parágrafo UG-4 da seção VIII do código ASME, recomenda que o usuário certifique-se de que os materiais usados na fabricação dos vasos são os apropriados para o serviço desejado. Todos os materiais que estiverem sujeitos à pressão aplicada devem estar de acordo com as especificações da seção II do código ASME. As propriedades mecânicas avaliam o comportamento de um material quando sujeito a esforços de natureza mecânica e correspondem às propriedades que, num determinado material, determinam a sua capacidade de transmitir e resistir aos esforços que lhe são aplicados, sem romper ou sem que produzam deformações incontroláveis. A determinação das propriedades mecânicas dos metais, é obtida através de ensaios mecânicos, realizados em corpos de provas de dimensões, forma e procedimento ou especificação de ensaio, padronizados por normas brasileiras e estrangeiras. A solda constitui um elo de continuidade metálica entre componentes de um estrutura ou equipamento e por esta razão suas propriedades devem ser compatíveis com as propriedades mecânicas do metal de base. Desta forma, os resultados dos ensaios mecânicos desde que satisfatórios, asseguram a qualidade mínima da solda em termos de propriedades mecânicas, bem como servem de base para qualificações do metal de adição, do procedimento de soldagem, de soldadores e para verificar os testes de produção. No sentido de situar o leitor no contexto, a tabela 1 ilustra a utilização usual dos ensaios mecânicos, vários deles rotineiros, em atividades de soldagem.

ENSAIO ATIVIDADES DE SOLDAGEM Qualificação de

metal de adição Qualificação de procedimento

de soldagem Qualificação de

soldadores Chapas de teste

de produção

Tração Dobramento Fratura Dureza Impacto Charpy Impacto Drop-Weight Micrográfico Macrográfico CTOD

x - - - x - - - -

x x x x x x x x x

- x x - - - x x -

x x - x x - x x -

TABELA 1 - Utilização dos ensaios mecânicos na soldagem.


1.2 CORPOS DE PROVA São assim chamados, amostras para ensaios removidas de uma parte representativa de um material. As dimensões e forma dos corpos são definidas pelos códigos em função, principalmente, do ensaio ao qual este será submetido. Nas especificações de materiais, para o caso de produtos laminados e forjados, são utilizados os termos “ensaio longitudinal” e “ensaio transversal”. Os termos acima se relacionam à orientação de retirada dos corpos de prova, considerando-se a direção de laminação da peça em ensaio. 1.2.1 Corpo de Prova Longitudinal Significa que o eixo longitudinal (E.L.) do corpo de prova é paralelo à direção de laminação da amostra do material a ser ensaiado, conforme demonstrado na figura 1. EXEMPLOS: - A força aplicada a um corpo de prova, em ensaio de tração longitudinal, deve ser na direção da

laminação. - O eixo de fechamento de um corpo de prova, em ensaio de dobramento longitudinal, deve ser

ortogonal à direção de laminação. FIGURA 1 - Corpo de prova, para ensaio longitudinal, retirados de produto laminado.

E.L. E.L.

ENSAIO DE TRAÇÃO LONGITUDINAL CORPO DE PROVA CILÍNDRICO ENSAIO DE TRAÇÃO LONGITUDINAL

CORPO DE PROVA PLANO

E.L.

ENSAIO DE DOBRAMENTO LONGITUDINAL

E.L.

ENSAIO CHARPY LONGITUDINAL

DIREÇÃO DE LAMINAÇÃO

EIXO DE FECHAMENTO

E.L. = EIXO LONGITUDINAL DO CORPO DE PROVA = DIREÇÃO DE LAMINAÇÃO DO CORPO DE PROVA

AMOSTRA DO MATERIAL A SER ENSAIADA


1.2.2 Corpo de Prova Transversal Significa que o eixo longitudinal do corpo de prova é ortogonal à direção de laminação da amostra do material a ser ensaiado, conforme demonstrado na figura 2. EXEMPLOS: - A força aplicada a um corpo de prova, em ensaio de tração transversal, deve ser ortogonal à direção de

laminação. - O eixo de fechamento de um corpo de prova, com ensaio de dobramento transversal, deve ser paralelo

à direção de laminação.

FIGURA 2 - Corpos de prova, para ensaio transversal, retirados de produto laminado.

E.L.

ENSAIO DE TRAÇÃO TRANSVERSAL CORPO DE PROVA CILÍNDRICO

DIREÇÃO DE LAMINAÇÃO

E.L

ENSAIO DE TRAÇÃO TRANSVERSAL CORPO DE PROVA PLANO

E.L.

ENSAIO DE DOBRAMENTO TRANSVERSAL

EIXO DE FECHAMENTO

ENSAIO CHARPY TRANSVERSAL

E.L.

E.L. = EIXO LONGITUDINAL DO CORPO DE PROVA → = DIREÇÃO DE LAMINAÇÃO DO CORPO DE PROVA

AMOSTRA DO MATERIAL A SER ENSAIADO


1.3. ENSAIO DE TRAÇÃO O ensaio de tração uniaxial é completamente utilizado para caracterizar a resistência mecânica à tração e encontra-se descrito em métodos de ensaio como as normas MB-4/77 da ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) e E8 da ASTM (American Society for Testing and Materials). Várias outras normas existem sobre o ensaio de tração, inclusive também das entidades citadas, para situações particulares. Este ensaio consiste em se tracionar corpos de prova, como os apresentados na figura 3 em máquinas, como a exposta na figura 4. A máquina de tração solicita o corpo de prova na direção de seu eixo longitudinal, através do deslocamento de um barramento pela rotação de 2 parafusos sem-fim pela ação de um mecanismo hidráulico. A célula de carga mede o esforço aplicado e a deformação do corpo de provo é determinada pelo deslocamento do barramento, ou diretamente medida pela utilização de um extensômetro. A região do corpo-de-prova onde se concentra a deformação possui uma seção reduzida, e é denominada parte útil, como visto na figura 3. Nesta região é tomado um trecho de comprimento l 0, denominado base se medida ou comprimento útil. A área inicial de seção reduzida é A0 e o esforço de tração sobre o corpo-de-prova é a força F. FIGURA 3 - Corpos-de-prova típicos empregados em ensaios de tração. Por acordo internacional,

exceto em casos especiais, adota-se a relação L So0 5 65= , o que torna L do = 5 para corpos-de-prova de seção circular.

ZONA DE CONCORDÂNCIA A0

DIÂMETRO

L0 BASE DE MEDIDA

ESPESSURA

LARGURA A0

COMPRIMENTO ÚTIL DO CORPO DE PROVA

COMPRIMENTO TOTAL DO CORPO DE PROVA

CABEÇA

C.P. DE

SEÇÃO CIRCULAR

C.P. DE

SEÇÃO RETANGULAR


FIGURA 4 - Esquema de um ensaio de tração. Neste caso o corpo-de-prova é tracionado pelo deslocamento de um barramento acionado pela rotação de parafusos sem fim.

O alongamento δ do corpo-de-prova, dividido pelo comprimento útil inicial l0 , é o alongamento específico ou deformação de engenharia ∈. Tem-se que:

∈= = =−δ

l

l

l

l l

l0 0

0

0

∆

onde l é o comprimento num dado instante da região do corpo-de-prova, tomado como base de medida. A figura 5 apresenta uma curva típica resultante de um ensaio de tração, relacionado a tensão com a deformação de engenharia (também chamadas tensão e deformação convencionais). Nesta curva estão assinalados parâmetros importantes para a caracterização da resistência a tração dos materiais. Estes, assim como outras propriedades determinadas pelo ensaio de tração, encontram-se comentados a seguir:

Ao

l

F = σ . Ao

CORPO DE PROVA

BASE

PARAFUSO SEM-FIM

BARRAMENTO

CÉLULA DE CARGA


FIGURA 5 - Curva típica tensão/deformação convencionais. a) Módulo de elasticidade A proporcionalidade entre a tensão e a deformação foi determinada por Robert Hooke em 1678. O coeficiente de proporcionalidade E é o módulo de elasticidade, ou módulo de Young.

Os materiais têm um comportamento elástico quando, ao ser retirado o esforço causador de deformação, retomam às suas dimensões originais. Caso haja uma deformação residual, esta é a deformação plástica. b) Módulo de Poisson Como conseqüência da deformação no sentido do comprimento, tem-se uma redução na seção transversal de um material tracionado. A relação entre a deformação longitudinal e a contração lateral é o módulo ou coeficiente de Poisson,v. Nos metais, no comportamento elástico, v é aproximadamente 0,3. Sob deformação plástica, aumenta para 0,5.

DEFORMAÇÃO ATÉ A FRATURA

DEFORMAÇÃO UNIFORME

TENSÃO DE

FRATURA

RESISTÊNCIA À TRAÇÃO

a

TENSÃO DE

ESCOAMENTO CONVENCIONAL

b MÓDULO DE ELASTICIDADE E = a / b

COMPORTAMENTO ELÁSTICO

COMPORTAMENTO PLÁSTICO

DEFORMAÇÃO

0,2 % DE DEFORMAÇÃO

σe ou LE

σt ou LR

E = σσσσ / εεεε


c) Módulo de cisalhamento Um esforço de cisalhamento, como o indicado na figura 6, produz uma deformação cisalhante (ou de cisalhamento). A relação entre a tensão de cisalhamento e a deformação de cisalhamento é igual ao módulo de cisalhamento G, também chamado módulo de rigidez.

FIGURA 6 - Esforço de cisalhamento aplicado sobre um pequeno cubo.

Os módulos de elasticidade de Poisson e de rigidez estão relacionados entre si, de acordo com a

expressão 21

GE

v=

+

d) Limite de escoamento (σσσσe ) ou (LE) A maioria dos metais apresenta nas curvas tensão/deformação uma transição do comportamento elástico para o comportamento plástico, como se pode ver na figura 5. O limite de escoamento convencional é a tensão determinada pela intercessão da curva ″ σ x ε ″ com uma linha paralela ao trecho elástico, deslocada deste, pelo valor de uma deformação estabelecida. O valor convencionado para a deformação plástica varia em função do material. Para os aços, este valor é geralmente igual a 0,2%. Para aços ou ligas não-ferrosas muito duras, este valor é da ordem de 0,01 a 0,1%. Para materiais que não possuem um trecho linear na curva ″ σ x ε ″, como é o caso do cobre ou do ferro fundido cinzento, define-se o limite de escoamento como tensão onde a deformação total é igual a 0,5%. A distinção entre os comportamentos elástico e plástico pode ser feita através dos critérios do limite de elasticidade e do limite de proporcionalidade, que não são usualmente adotados devido a dificuldades práticas na sua determinação. O limite de elasticidade é a maior tensão que pode ser aplicada sem deformação plástica reamanescente. Portanto, aumentando-se a sensibilidade da medição, o limite de elasticidade diminui até o chamado limite elástico verdadeiro, tomado para deformações medidas com precisão da ordem de 10-6 cm/cm.

L

L

F1

dL θ

G = (τ / δ ) ONDE: δ = ( dL / L ) = tan θ ≈ θ


Para uma precisão de 10-4 cm/cm tem-se que o limite de elasticidade é superior ao limite de proporcionalidade, que é a tensão onde ocorre desvio da linha reta na curva ″ σ x ε ″.

e) Limite de resistência à tração (σσσσt ) ou (LR) É a carga máxima registrada no ensaio de tração, dividida pela área inicial. ( figura 5 ). f) Ductilidade

A ductilidade é medida pelo alongamento ou elongação na fratura, ∈f e pela redução de área RAf na fratura, cálculos pelas expressões abaixo e usualmente fornecidos em termos percentuais.

ou

A ductilidade é uma propriedade associada a uma mecânica uniaxial. A capacidade de deformação do material é medida pela maleabilidade quando solicitado triaxialmente, como por exemplo, na laminação. Um material completamente dúctil teria redução de área na fratura de 100%. Na prática são considerados dúcteis, materiais, cuja redução de área na fratura seja superior a 30%. Este critério, não é rígido. g) Resiliência A resiliência é a energia que o material absorve na região elástica. Mede-se pelo módulo de resiliência, que é energia por unidade de volume para tencionar o material até a tensão limite de escoamento. Esta energia corresponde à área sob a curva σ x ∈ até o limite de escoamento. Aços com elevada resiliência são adequados à fabricação de molas. Na figura 7 pode-se comparar a resiliência de um aço estrutural com a de um aço-mola de alto carbono.

FIGURA 7 - Curvas ″ σ x ε ″ de aços com diferentes propriedades.

D C B

A

DEFORMAÇÃO ε

RESILIÊNCIA: AÇO MOLA = ÁREA ( ″″″″A″″″″ + ″″″″B″″″″ ) AÇO ESTRUTURAL = ÁREA ( ″″″″A″″″″ ) TENACIDADE: AÇO MOLA = ÁREA ( ″″″″A″″″″+″″″″B″″″″+″″″″C″″″″ ) AÇO ESTRUTURAL = ÁREA ( ″″″″A″″″″+″″″″B″″″″+″″″″C″″″″+″″″″D″″″″)

AÇO MOLA DE ALTO CARBONO AÇO ESTRUTURAL

( lf - l0 ) l0

εf = RAf = ( A0 - Af )

A0


h) Tenacidade A capacidade do material de armazenar energia na região de comportamento plástico é denominada tenacidade. Esta propriedade é também considera em outros ensaios, como o ensaio de impacto. No ensaio de tração, considera-se como tenacidade a área total sob a curva até a tensão de fratura. Como o aço estrutural apresentado na figura 7 é mais dúctil que o aço-mola de elevado teor de carbono, então ele possui maior tenacidade mesmo com resiliência menor. A energia total para fraturar o corpo-de-prova de aço estrutural é maior que aquela correspondente ao aço-mola. 1.4. ENSAIO DE IMPACTO 1.4.1. INTRODUÇÃO O ensaio de impacto é um ensaio empregado no estudo da fratura frágil dos metais, que é caracterizada pela propriedade de um metal atingir a ruptura sem sofrer deformação apreciável. Embora hoje em dia existam para esse fim ensaios mais elaborados e bem mais representativos, pela sua simplicidade e rapidez, o ensaio de impacto (às vezes denominado ensaio de choque ou impropriamente de ensaio de resiliência) é um ensaio dinâmico usado ainda em todo o mundo e consta de várias normas técnicas internacionais como ensaio obrigatório, principalmente para materiais utilizados em baixa temperatura, como teste de aceitação do material, e qualificação de procedimentos de soldagem. O corpo de prova é padronizado e provido de um detalhe para localizar a sua ruptura e produzir um estado triaxial de tensões, quando ele é submetido à uma flexão por impacto, produzida por um martelo pendular. A energia que o corpo de prova absorve, para se deformar e romper, é medida pela diferença entre a altura atingida pelo martelo antes e após o impacto, multiplicada pelo peso do martelo. Nas máquinas em geral essa energia é lida na própria máquina através de um ponteiro que corre numa escala graduada, já convertida em unidade de energia. Pela medida da área da seção entalhada do corpo de prova, pode-se então obter a energia absorvida por unidade de área, que também é um valor útil. Quanto menor for a energia absorvida, mais frágil será o comportamento do material àquela solicitação dinâmica. O entalhe produz um estado triplo de tensões, suficiente para provocar uma ruptura de caráter frágil, mas apesar disso, não se pode medir satisfatoriamente os componentes das tensões existentes, que podem mesmo variar conforme o metal usado ou conforme a estrutura interna que o metal apresente. Desse modo, o ensaio impacto em corpos de prova entalhados tem limitada significação e interpretação, sendo útil apenas para comparação de materiais ensaiados mas mesmas condições. O resultado do ensaio é apenas uma medida da energia absorvida na fratura de um corpo de prova, não fornecendo indicações seguras sobre o comportamento do metal ao choque em geral. Existem vários fatores que influem na resistência ao impacto tais como entalhe ou descontinuidade, composição do metal de base, composição do metal de adição, tratamento térmico, grau de encruamento, tamanho de grão, temperatura, etc. Nos metais o sistema cúbico de corpo centrado, a temperatura tem um efeito acentuado na resistência ao impacto tal que, à medida que a temperatura diminui, o corpo de prova se rompe com fratura frágil ou


cristalina e pequena absorção de energia. Acima dessa temperatura as fraturas do mesmo metal passam a ser dúcteis e com absorção de energia bem maior em ralação àquela ocorrida em temperaturas baixas. 1.4.2. NORMALIZAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA Geralmente os corpos de prova entalhados para ensaio de impacto são de duas classes: corpo de prova Charpy e corpo de prova Izod, especificado pela norma ASTM E 23. Os corpos de prova Charpy podem ainda ser divididos em três tipos, conforme a forma de seu entalhe. Assim, tem-se corpos de prova Charpy A, B, C, tendo todos eles uma seção quadrada de 10 mm de lado e um comprimento de 55 mm. O entalhe é feito no meio do corpo de prova e no tipo A tem a forma de um V, no tipo B, a forma de fechadura (“buraco de chave”) e no tipo C, a forma de um U. O corpo de prova Izod tem uma seção quadrada de 10 mm de lado com um comprimento de 75 mm e o entalhe é feito a uma distância de 28 mm de uma das extremidades, tendo sempre a forma de um V. Os corpos de prova Charpy são livremente apoiados na máquina de ensaio, com uma distância entre apoios especificada de 40 mm e o corpo de prova Izod é engastado, ficando o entalhe na altura da superfície do engaste. As características de confecção dos corpos de prova da classe Charpy e Izod encontram-se na figura 8.

FIGURA 8 - Corpos de prova Charpy e Izod.

10

10 8

5 45°

1,6

2

10

10

5 10

10

55

75

28 45°

5 10

10

40

IMPACTO DO MARTELO

IMPACTO DO MARTELO

CHARPY V

22

75°

10°

IZOD


1.4.3. RETIRADA DOS CORPOS DE PROVA Toda norma que especifica ensaios de impacto deve indicar o local para retirada dos corpos de prova, bem como a orientação do corpo de prova e a direção do entalhe. O cuidado acima leva em consideração a alteração significativa dos resultados do ensaio em função da orientação do corpo de prova e da direção do entalhe, que tem como principal exemplo as peças trabalhadas mecanicamente. A figura 9 mostra o efeito da direcionalidade nas curvas de impacto, em corpos de prova Charpy retirados em três locais distintos e entalhes com diferentes orientações.

FIGURA 9 - Variação na energia absorvida nos ensaios de impacto com diferentes orientações. 1.4.4. CARACTERÍSTICAS DO ENSAIO Dos ensaios de impacto em barras com entalhe o mais comum é o ensaio Charpy, padronizado pelo método E23 da ASTM. Neste ensaio o corpo-de-prova contém um entalhe e recebe o impacto de um martelo, como indicado na figura 10. Neste ensaio, desenvolvido a cerca de 1905, o pêndulo possui inicialmente uma energia potencial, que é convertida em energia cinética. Ao deformar e fraturar o corpo-de-prova, o pêndulo cede energia, alcançando uma altura de fim de curso inferior à inicial. A diferença de energia potencial do pêndulo é a energia absorvida.

TEMPERATURA DO ENSAIO ( graus F)

EN

ER

GIA

AB

SO

RV

IDA

(lib

ra.p

é)

0

20

40

60

80

100

-40 0 40 80 120 160

LONGITUDINAL (B)

LONGIUDINAL (A)

TRANSVERSAL (C)

C B A

DIREÇÃO DE LAMINAÇAO


As máquinas de ensaio de impacto possuem um braço ligado ao pêndulo que, no seu movimento, desloca um ponteiro, de modo a indicar diretamente a energia absorvida. A grande deformação plástica, que ocorre até a fratura dúctil, é responsável pela absorção de uma grande quantidade de energia necessária para movimentar e multiplicar as discordâncias no material. Na fratura frágil tem-se que a energia necessária para propagar a fratura é geralmente baixa, devido ao predomínio do mecanismo de clivagem. Neste mecanismo, a energia absorvida é armazenada principalmente como energia superficial, presente nas áreas abertas pela fratura. Materiais de baixa tenacidade têm, portanto, maior tendência de sofrer fratura frágil.

FIGURA 10 - Esquema do ensaio de impacto Charpy. O corpo de prova absorve na sua deformação e

fratura a diferença de energia potencial do pêndulo, correspondente à variação da altura (h-h’).

Curvas como a da figura 11 são obtidas ensaiando-se um conjunto de corpos-de-prova do mesmo material em temperaturas diferentes. Verifica-se, de um modo geral, que a energia absorvida no impacto mantém-se elevada nos materiais de estrutura cúbica de face centrada, mesmo em baixas temperaturas. Materiais de estrutura cúbica de corpo centrado geralmente apresentam uma transição no comportamento dúctil para o comportamento frágil com a diminuição da temperatura. Materiais com limite de escoamento superior ao módulo de

CORPO DE PROVA

h

h’

DIFERENÇA DE ENERGIA POTENCIAL DO PÊNDULO = h - h’

ESCALA

PONTEIRO POSIÇÃO INICIAL DO PÊNDULO

FIM DE CURSO DO PÊNDULO


elasticidade dividido por 150 (aços de alta resistência, ligas de titânio e também ligas de alumínio, mesmo CFC) apresentam fratura frágil, mesmo em temperaturas relativamente elevadas.

TEMPERATURA DO ENSAIO ( graus F)

EN

ER

GIA

AB

SO

RV

IDA

(lib

ra.p

é)

Materiais CFC

Materiais CCC debaixa resistência

Materiais CCC dealta resistência

FIGURA 11 - Generalização do comportamento dos materiais em função da temperatura no ensaio de

impacto. Algumas exceções a este comportamento genérico podem ocorrer. A transição no comportamento dúctil-frágil afetada pela temperatura é avaliada por vários critérios, como indicado na figura 12. Estes critérios definem a temperatura de transição. Quanto menor for esta temperatura, maior será a tenacidade do material. O critério mais conservativo caracteriza a temperatura de transição como a menor temperatura, onde a fratura é 100% fibrosa (T1 na figura 12), denominada de “transição para a fratura plástica”, FTP em inglês (fracture transition plastic). Outro critério considera a temperatura T2 onde 50% da superfície da fratura ocorre por clivagem. Esta temperatura é chamada de “temperatura de transição de aparência da fratura”, FATT em inglês (fracture appearance transition temperature). A temperatura T3 é a média entre as temperaturas dos patamares superior e inferior. A temperatura T4 corresponde a uma energia absorvida no ensaio de impacto igual a um valor especificado. Este critério é usualmente considerado nos códigos de projeto. No projeto de vasos de pressão, a energia absorvida especificada é função da resistência mecânica do aço empregado. T5 é a temperatura onde, no ensaio de impacto Charpy, a fratura é essencialmente frágil. Esta temperatura é denominada de “temperatura de ductilidade nula”, NDT em inglês (nil ductility temperature).


FIGURA 12 - Critérios para definição da temperatura de transição 2. ENSAIO PARA DETERMINAÇÃO DO CTOD 2.1 INTRODUÇÃO A existência de descontinuidade num material gera concentradores de tensão que podem nuclear e propagar trincas. As principais variáveis que afetam a propagação ou não de trincas são: - valor da tensão média atenuante; - tamanho e forma da descontinuidade; - tenacidade à fratura do material. A figura 13 apresenta uma descontinuidade idealizada como uma cavidade de seção transversal na forma de uma elipse de eixos 2a e 2b, atravessando toda a espessura de uma chapa. A tensão uniforme atuante na seção da chapa é concentrada na ponta da elipse, conforme indicado pela distorção nas linhas de força.

FTP NDT

T2 T4 T1 T5

T3

FTP → completamente dúctil - ( T1 ) FATT → 50% frágil - ( T2 ) T3 → (T1 + T5 ) / 2 T4 → energia de impacto especificada NDT → completamente frágil - ( T5 )

100

50

0

TEMPERATURA


FIGURA 13 - Uma descontinuidade (por exemplo elíptica) gera concentração de tensões em função de

um carregamento uniforme. A concentração de tensões é em função do tamanho da elipse e da relação entre os semi-eixos a e b. A figura 14 apresenta a concentração de tensões numa descontinuidade elíptica com a = 3b. É indicado nesta figura a tensão em relação à tensão limite de escoamento. A construção decorrente deste tipo de geometria permite a elevação da tensão acima do limite de escoamento, o qual foi determinado no material, através de um ensaio de tração, com carregamento uniaxial. Em função da geometria da descontinuidade, a concentração de tensões é expressa através do fator Kt , denominado fator de concentração de tensão. Multiplicando-se este fator pela tensão uniforme atuante, calcula-se a tensão máxima associada à descontinuidade. No caso da descontinuidade elíptica, que é um modelo utilizado para simular uma trinca, quanto maior for o comprimento (a) ou quanto menor for o raio de curvatura na ponta da trinca, ( )ρ maior será o fator de concentração de tensões. Com o crescimento da trinca pela sua programação, o fator de concentração de tensões irá aumentar, caso a tensão uniforme não seja relaxada.

2b

2a

2a

Tensão Uniforme - σ

Tensão Uniforme - σ

σ

σ


FIGURA 14 - Devido a concentração de tensões na ponta da descontinuidade, neste local, pode atingir valores acima da tensão limite de escoamento, mesmo para valores da tensão uniforme relativamente baixos.

Em função das condições na ponta da trinca e em função do material, é possível haver deformação plástica na região da ponta da trinca, ainda sem a propagação da fratura. Tem-se, neste caso, um afastamento dos lados da descontinuidade e aumento do raio de curvatura, diminuindo a concentração de tensões. Em condições que levam à fratura frágil, a tensão uniforme atuante promove uma deformação elástica que está associada a uma quantidade de energia, concentrada na região da ponta da trinca. A trinca irá se propagar, caso esta energia elástica seja superior ao necessário para deformar plasticamente o material, durante a propagação da fratura, e criar novas superfícies correspondentes aos dois lados da trinca em crescimento. No caso de gasodutos, a energia armazenada pelo gás pressurizado é aliviada pela descompressão do gás para a atmosfera. Como a fratura frágil se propaga muito rapidamente, com velocidade da ordem de 1500 m/s, pode não haver tempo para a descompressão do gás, justificando a propagação da fratura por distâncias tão grandes. Como a descompressão nos líquidos é mais rápida, tem-se uma menor probabilidade de ocorrer fraturas catastróficas em oleodutos. Na fratura dúctil, a deformação plástica na ponta da trinca impede que sejam atingidas velocidades de propagação tão elevadas, favorecendo a despressurização. A tenacidade à fratura é uma propriedade mecânica inerente ao material é que mede a sua resistência à fratura frágil, em determinadas condições. O conceito de tenacidade, associado à energia armazenada pela deformação plástica no ensaio de tração ou associado à energia necessária para deformação e fratura num ensaio de impacto, é considerado,

σYY

σXX

6

5

4

3

2 Y

1

ρ b

X

a

ε / σLE


agora, pelo comportamento do material face à concentração de tensões na ponta da trinca (função da tesão uniforme e do tamanho e formato da trinca). Como vimos na figura 14, no caso onde ocorre grande deformação plástica na ponta da trinca, este se abre pelo afastamento entre seus lados. Este deslocamento de abertura da trinca é chamado δ ou CTOD (crack tip opening displacement) e, ao ser atingido um determinado valor crítico ( )δc , o material

apresenta sua máxima deformação possível, tendo-se, então, a propagação da fratura de modo instável. O CTOD é também conhecido como tenacidade à fratura. 2.2 CARACTERÍSTICAS DO ENSAIO O ensaio para a determinação do CTOD está normalizado pela Norma Inglesa BS 5762/79 e envolve o carregamento em flexão de três pontos de um corpo de prova no qual uma trinca de fadiga, previamente crescida a partir de um entalhe feito por usinagem. Registra-se durante o ensaio os valores da carga aplicada e o respectivo valor da abertura do extensômetro fixado nas bordas laterais do entalhe. O corpo-de-prova é o de flexão em três pontos (Figura 15) com a espessura B igual à de espessura do material ou parte estrutural a ser avaliada, e com sua largura W = 2B. Alternativamente, pode-se empregar um corpo-de-prova de menor constrição com W = B apenas quando se conhece com exatidão a localização, na estrutura real, do defeito cuja periculosidade se quer avaliar. Este corpo-de-prova alternativo deverá ter seu entalhe posicionado em relação à chapa de onde tenha sido retirado, de maneira a reproduzir a posição do defeito em relação à esta mesma chapa. O comprimento da trinca deve estar compreendido entre 45 e 55% da largura W do corpo-de-prova, salvo no caso do corpo-de-prova alternativo onde a/W deverá ser fixado por acordo entre os interessados. O vão entre os apoios no ensaio é igual a 4W. O valor de δ, a abertura da trinca na sua ponta, está relacionado geometricamente a V, a abertura da borda lateral da trinca na face do corpo-de-prova, através da figura 16. O registrador recebe o sinal do extensômetro fixado à borda lateral do corpo-de-prova que monitora, dessa maneira, a abertura da trinca na extremidade oposta à da sua ponta. Logo, é o valor da abertura do extensômetro V ao longo do ensaio que é acessível ao experimentador, não sendo portanto a abertura na ponta da trinca uma dimensão mensural diretamente pelo extensômetro fixado ao corpo-de-prova. A maneira de transformar V em δ,, só pode ser feita por expressões matemáticas. A BS 5762/79 propõe uma relação matemática entre V e δ que é hoje largamente adotada; ela separa o valor de CTOD na ponta da trinca em dois componentes, sendo um elástico e função direta do fator de intensificação de tensões, e outro plástico.

Sendo: KPY

B W= 2 (ver a tabela 12 para o valor de Y2 ), Z a altura de fixação do extensômetro ao corpo-

de-prova (figura 16) e Vp o componente plástico da abertura do extensômetro V, e que se obtém traçando uma reta do ponto de interesse do registro carga versus abertura do extensômetro, paralela à linha de carregamento elástico, e medindo-se a abcissa de seu intercepto com o eixo horizontal (figura

K2 ( 1 - V )2 0,4 ( W - a ) VP

δ = + 2 E σLE 0,4 W + 0,6 a + Z


17). Como conseqüência da discussão anterior sobre os possíveis significados de CTOD, os valores de δ calculáveis pela expressão acima pode ser o da fratura instável, δc , o de iniciação, δ i , e o de máxima carga, δm. Os valores do fator de intensificação de tensão K serão, respectivamente, equivalentes às cargas Pc, Pi e Pm, e os valores do componente plástico Vp da abertura do extensômetro V serão derivados de Vc, Vi e Vm.

URA 15 - Corpo-de-prova para determinação do valor CTOD.

W

Y (STRESS INTENSITY COEFFICIENT)

0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 0,006 0,007 0,008 0,009 0,010 0,450 0,460 0,470 0,480 0,480

9.10 9.37 9.66 9.96 10.28

9.13 9.40 9.69 9.99 10.31

9.15 9.43 9.72 10.03 10.34

9.18 9.46 9.75 10.06 10.38

9.21 9.49 9.78 10.09 10.41

9.23 9.52 9.81 10.12 10.44

9.26 9.54 9.84 10.15 10.48

9.29 9.57 9.87 10.18 10.51

9.32 9.60 9.90 10.21 10.54

9.35 9.63 9.93 10.25 10.58

9.37 9.66 9.96 10.28 10.61

0,500 0,510 0,520 0,530 0,540 0,550

10.61 10.96 11.33 11.71 12.12 12.55

10.65 11.00 11.37 11.75 12.16 12.59

10.68 11.03 11.40 11.79 12.20 12.64

10.71 11.07 11.44 11.83 12.25 12.68

10.75 11.11 11.48 11.87 12.30 12.73

10.78 11.14 11.52 11.91 12.33 12.77

10.82 11.18 11.56 11.96 12.37 12.82

10.85 11.22 11.60 12.00 12.42 12.86

10.89 11.25 11.64 12.04 12.46 12.91

10.93 11.29 11.67 12.08 12.50 12.95

10.96 11.33 11.71 12.12 12.55 13.00

TABELA 2 - Valores de Y2 em função da relação a/W do corpo-de-prova.

FIGURA 16 - Relação entre δ e V

V

δδδδ M

M


FIGURA 17 - Tipos possíveis de registros “carga X abertura do extensômetro”

A figura 17 ilustra cinco tipos possíveis de registro P x V. Os tipos I e II correspondem à registros onde o valor da carga aplicada aumenta gradualmente com V sem que ocorra crescimentos lento e estável da trinca até o momento do início da fratura instável frágil (tipo I) ou do início de um “pop in”, ou seja, fratura frágil cuja propagação tenha sido sustada (tipo II). Nesses dois casos, o cálculo de δc será conduzido tomando-se Pc e Pv como indicado nos registros. Caso haja crescimento lento e estável da trinca precedendo a fratura instável, “pop in” ou carga máxima na instabilidade plástica, os registros P x V serão dos tipos III, IV e V, respectivamente. Esses ilustram ainda os valores de V e P a serem tomados para o cálculo de δc , δ i e δm. A escolha de qual desses três valores de CTOD crítico será tomado como critério na avaliação do risco de fratura fica em aberto, segundo a norma de ensaio, e deverá ser decidido entre as partes interessadas. Como já foi dito, a simples análise visual do registro P x V não permite detectar o momento em que a trinca inicia seu crescimento lento, assinalado nos registros da figura 17 como ponto Pi x Vi, apenas de maneira figurativa. A norma de ensaio fornece entretanto um procedimento que permite calcular δ i e baseia-se em realidade no resultado de vários ensaios (em geral cinco). Prepara-se cinco corpos-de-prova nos moldes já descritos para o ensaio convencional. Estes são ensaiados tomando-se o cuidado de não rompe-los; eles são carregados a diferentes valores de carga, de maneira que o intervalo o mais amplo possível sobre a curva P x V seja coberto, principalmente em sua parte não linear. A figura 18 ilustra esse procedimento, na qual se vê que há nos corpos-de-prova crescimento lento da trinca (parte preta em forma de meia lua na extremidade da trinca) mais pronunciado para valores mais elevados da carga imposta. Os corpos-de-prova são descarregados antes da ruptura e passa-se à etapa de “colorir” a trinca (isto é, o entalhe mais a trinca da fadiga e mais a parte do crescimento lento) aquecendo o corpo-de-prova, por exemplo, de maneira a oxidar a região trincada.

PM PC PC PC PC

VM VC VC

VC VC

PI PI PI

VI VI VI

VP VP VP VP VP

V - SINAL DO EXTENSÔMETRO

C = CRÍTICO I = INICIAÇÃO M = CARGA

MÁXIMA


Os corpos-de-prova são finalmente rompidos a baixa temperatura por meio de um carregamento após entalhá-los na face oposta à trinca. Com a superfície de fratura exposta (figura 19) é possível medir o crescimento lento ∆a da trinca em nove posições ao longo da espessura do corpo-de-prova, e tomar como valor real a média de sete posições, desprezando aquelas correspondentes às faces. Com o valor de δ para cada um dos cinco corpos-de-prova (figura 18) coloca-se em gráfico esse valor com o respectivo incremento ∆a devido ao crescimento lento da trinca (figura 20), obtendo-se em geral uma reta. Extrapolando para ∆a = 0, obtém-se o valor de δ i .

FIGURA 19 - Linhas de medida do valor de ∆a.

W

B

9 8 7 6 5 4 3 2 1 PONTOS DE MEDIDA

ENTALHE USINADO

TRINCA DE FADIGA TRINCA LISA DE CRESCIMENTO LENTO

FRATURA APÓS O

ENSAIO

B = LARGURA DO CORPO DE PROVA

W = ESPESSURA DO CORPO DE PROVA


FIGURA 20 - Determinação do valor CTOD de iniciação.

FIGURA 18 - Abertura da ponta da trinca em função da carga aplicada.

5 4 3 2 1

SINAL ″ V ″ DE DESLOCAMENTO MEDIDO PELO EXTENSÔMETRO

CARGA MÁXIMA

5

4 3

2 1

∆ a = CRESCIMENTO LENTO DA TRINCA

CTOD


A figura 21 permite uma comparação entre os domínios de aplicação do KIC ou do CTOD. O aumento da tenacidade à fratura corresponde à maior deformação plástica (ductilidade) do material. Na figura 21 (a) o campo 1 representa o comportamento onde o limite de escoamento é muito alto, a fratura é frágil e o KIC é aplicável. No campo 2 ocorre um crescimento lento da trinca, em função do carregamento crescente, até um valor máximo de abertura da trinca, a partir do qual a fratura é instável, isto é, se propaga rapidamente de modo frágil. Este valor máximo é o CTOD crítico ( )δc . Em materiais muito dúcteis, geralmente com baixo limite de escoamento, o material sofre fratura dúctil (3) com o crescimento estável da trinca, isto é, seu crescimento ocorre com carga crescente. O CTOD de iniciação ( )δ i represento o momento em que a trinca inicia sua propagação lenta, continuando a afastar seu lado até o CTOD máximo ( )δm , a partir do qual o corpo-de-prova se rompe por rasgamento dúctil. Materiais com este tipo de comportamento dúctil na temperatura de operação irão apresentar grande tolerância a defeitos, e a falha de estruturas reais só poderá acontecer por instabilidade ou colapso plástico.

FIGURA 21 - (a) Mecanismo de fratura em função da tenacidade à fratura do material (b) Registros típicos dos gráficos carga (P) - abertura de extensômetro (V).

2 3 1 2 ou

FRATURA FRÁGIL

FRATURA FRÁGIL PRECEDIDA POR CRESCIMENTO LENTO E DÚCTIL DA TRINCA

FRATURA DÚCTIL

DUCTILIDADE ( 1 / B ) . ( 1 / σLE )

( a )

P P P

K IC ou CTOD

CTOD MÁXIMO

CTOD

CTOD INICIAÇÃO

V V V

1 2 3

( b )


PARTE 5

ASSUNTO PÁGINA

1. INSPEÇÃO DE MANUTENÇÃO

1.1. HISTÓRICO............................................................................................ 01

1.2. MISSÃO.................................................................................................. 02

1.3. NOMENCLATURA................................................................................ 02

1.4. INSPEÇÃO EM CAMPANHA................................................................ 03

1.5. INSPEÇÃO EM PARADA...................................................................... 04

1.6. TEXTOS NACIONAIS REFERENTES A INSPEÇÃO EM VASOS DE PRESSÃO.....................................................................................

09

1.7. SELEÇÃO DOS EXAMES NÃO DESTRUTIVOS NA INSPEÇÃO DE VASOS DE PRESSÃO..........................................................................

12

1.8. PRINCIPAIS CAUSAS DE DETERIORAÇÃO EM VASOS DE PRESSÃO...............................................................................

17

1.9. INTERVALO DE INSPEÇÃO.................................................................. 23

1.10. PLANEJAMENTO DA ATIVIDADE INSPEÇÃO................................. 29

1.11. TESTES.................................................................................................. 34

1.12. REGISTROS DA INSPEÇÃO................................................................ 44


1. INSPEÇÃO DE MANUTENÇÃO 1.1. HISTÓRICO Em fins da década de 50 ocorreram nas Industriais Nacionais vários vazamentos causados por corrosão e/ou deficiências de montagem e manutenção, alguns deles seguidos de incêndio. Constatou-se, então, a necessidade de aperfeiçoar os mecanismos de prevenção utilizados. Foi assim criado em algumas empresas um órgão especificamente responsável por executar um programa sistemático de inspeção em tubulações e equipamentos, em muitas empresas esse órgão foi denominado de “Inspeção de Equipamentos”. Tendo em vista as limitações de qualificação da mão de obra disponível, esse novo órgão logo absorveu a responsabilidade pelo controle de qualidade nas intervenções de manutenção e/ou montagem. Mais de trinta anos se passaram desde a instalação do primeiro Setor de Inspeção de Equipamentos e a experiência acumulada no país, nesta área, é considerável. O desenvolvimento alcançado pode ser bem avaliado pela fertilidade dos intercâmbios técnicos realizados anualmente por várias entidades como o IBP, ABRACO, ABENDE, ABRAMAN, FBTS etc. e pela velocidade da informação adquirida com a informatização. Um fato, nem sempre levado em conta, é o envelhecimento do parque industrial brasileiro, onde muitas instalações industriais foram construídas antes da década de 80. A exposição continua dos equipamentos a temperaturas elevadas e/ou a meios agressivos, promove a acumulação de danos e limita a vida útil. Para vasos de pressão a vida de referência de projeto é, em geral, de 100.000 horas (≈ 12 anos). Um número considerável de equipamentos, hoje em operação, encontra-se assim com sua vida teórica vencida. Como o projeto tende a ser conservador, isto não significa que esses vasos estejam necessariamente, no fim da vida útil. Mesmo aqueles equipamentos onde os danos acumulados alcançam níveis inaceitáveis, a experiência de campo demonstra que as áreas comprometidas tendem a ser de pequena extensão, sendo possível estender a vida útil através de análises específicas, observando o estrito atendimento aos requisitos de segurança. Outro aspecto a ser considerado é o período de dificuldades econômicas vivido pelo país, onde as novas palavras de ordem passaram a ser: qualidade, produtividade, eficácia, redução de custo e outras similares. Nesse novo quadro é intolerável que uma unidade de processo, projetada para operar continuamente por muitos meses, passe a funcionar em regime ″vaga-lume″ como conseqüência de falhas ou vazamentos sucessivos decorrentes de envelhecimento ou processos de deterioração mal avaliados. É evidente que o envelhecimento dos equipamentos torna o escopo da ATIVIDADE INSPEÇÃO bem mais complexo do que aquele estabelecido numa época em que os equipamentos eram seminovos. Cabe agora aos órgãos responsáveis pela inspeção, não apenas identificar a presença de danos acumulados, como vêm fazendo, mas, também, identificar e estabelecer a cinética dos processos de deterioração atuantes num equipamento de modo a estabelecer, com suficiente antecedência, o momento e a extensão para as intervenções de manutenção preventiva. É assim preciso estabelecer programas permanentes de avaliação de integridade e estimativa de vida residual. É igualmente importante a identificação das causas dos processos de acumulação de anos, de modo a especificar medidas que anulem ou pelo menos, atenuem suas taxas de progressão. As ferramentas disponíveis são os exames não destrutivos aliados à análise metalográfica e os conhecimentos da mecânica da fratura aliados à análise de tensões.


Os profissionais da área de inspeção devem também dedicar maior atenção em estudar as causas que estão provocando a deterioração, de maneira a corrigi-lá antes que seja necessário uma intervenção física no equipamento, tentando estabelecer a correlação da deterioração com as variáveis do processo e agir de maneira a modificar essas varáveis sem que interfira na qualidade do produto e do processo. Por exemplo: Estudos mostraram que o controle da temperatura no fundo da torre retificadora de DEA, contribui para reduzir a taxa de corrosão no sistema de fundo da torre, sem prejudicar a qualidade do produto. Os anos modernos trazem também a necessidade de se utilizar cada vez mais os códigos do American Petroleun Institute (API), como regra para se estabelecer os caminhos da inspeção no lugar dos conhecidos Códigos ASME que apesar de excelentes são específicos para a fabricação e montagem de Vasos de Pressão e não levam em consideração as condições e dificuldades específicas dos serviços de manutenção, bem como nada relatam sobre a inspeção com base nos mecanismos de deterioração. 1.2. MISSÃO Tomando como base o que se espera da atividade de Inspeção de Equipamentos hoje, pode-se resumir a missão da inspeção como: ″ZELAR PELAS CONDIÇÕES FÍSICAS DOS EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS ″″″″, ou de uma maneira mais moderna podemos dizer que a missão seja: “COLABORAR PARA GARANTIR A CONFIABILIDADE DOS EQUIPAMENTOS IND USTRIAIS”. Esse novo conceito torna a atividade inspeção como a principal responsável pela otimização do aproveitamento econômico das instalações, a um nível de segurança que atenda aos requisitos estabelecidos nos códigos de construção e normas regulamentadoras vigentes no país. Para cumprir sua missão a atividade inspeção deve agir de maneira a priorizar os seguintes itens: a) Programar inspeções de maneira a detectar deteriorações que possam comprometer a segurança de

um equipamento; b) Estabelecer programas que contemplem à análise, acompanhamento e prevenção de deteriorações; c) Acompanhar e implementar o uso de “ferramentas″ adequadas para a detecção de avarias; d) Estabelecer uma sistemática de atuação de maneira a possibilitar a previsão de reparos e

substituições, dentro de prazos adequados; e) Criar programas de análise de vida residual; f) Adotar uma sistemática de auditoria dos níveis de qualidade empregados pela manutenção; g) Sistematizar um método de registro das condições físicas dos equipamentos, de maneira a facilitar a

consulta de todos os interessados; h) Implementar um programa de inspeção para toda a planta; i) Estabelecer um programa de treinamento, que contemplem as necessidades de cada técnico. A figura 1 mostra um fluxograma simplificado do que se espera hoje da atividade Inspeção de Equipamentos. Todas as etapas devem ser registradas e os registros avaliados por um profissional habilitado de maneira a corrigir, modernizar e refazer o fluxograma permanentemente, adotando os métodos e critérios de inspeção mais adequados para o equipamento, com base nos registros.


FIGURA 1 – Representação esquemática do fluxograma da atividade Inspeção de Equipamentos

moderna. Durante a campanha, além das inspeções periódicas é importante também o registro e tratamento das falhas ocorridas. Esse procedimento ajuda o profissional habilitado a melhor identificar os mecanismos

ESTABELECER UM PLANO DE INSPEÇÃO POR EQUIPAMENTO OU TUBULAÇÃO CONTENDO:

� PROGRAMAÇÃO DAS INPEÇÕES (INTERVALOS DE INSPEÇÃO) � PLANO DE INSPEÇÃO (LOCAIS E COMO INSPECIONAR) � PLANO DE ACOMPANHAMENTO DO EQUIPAMENTO EM OPERAÇÃO

(ESTABELECER PONTOS DE ACOMPANHAMENTO E SE NECESSÁRIO UM CONTROLE DAS VARIÁVEIS OPERACIONAIS, QUANDO APLICADO).

EXECUTAR A INSPEÇÃO � USAR OS END’S MAIS INDICADOS � ESTABELCER UM CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO COM BASE EM

CÓDIGOS INTERNACIONAIS

AVALIAR AS DETERIORAÇÕES DETECTADAS

� VERIFICAR NECESSIDADE DE REPARO (USAR CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO ESTABELECIDO)

DEFINIR SOBRE REPARO OU ACOMPANHAMENTO � REPARO (USAR CÓDIGO DE CONSTRUÇÃO OU PROCEDIMENTOS

MAIS AVANÇADOS QUALIFICADOS) � ACOMPANHAMENTO (DEFINIR: COMO, PERIODICIDADE, CRITÉRIO

DE ACEITAÇÃO E POSIÇÃO FUTURA SE FOR O CASO)

ESTABELECER VIDA REMANESCENTE � CALCULAR A VIDA COM BASE EM MEDIÇÕES DE ESPESSURA � ESTABELECER A VIDA COM BASE NO MECANISMO DE

DETERIORAÇÃO PREDOMINANTE

RE

GIS

TR

O


de deterioração de uma planta e seus pontos críticos. Por exemplo, levantamentos estatísticos feitos em plantas petroquímicas mostram que 50% das falhas em vasos de pressão ocorrem em tubulações de pequeno diâmetro (diâmetro inferior a 2”). Essa informação pode orientar para o estabelecimento de uma periodicidade de inspeção menor para essas partes do vaso, bem como o emprego de técnicas de inspeção que possam ser executadas com o equipamento na condição normal de operação (exemplo: gamagrafia, ultra-som, etc.). Outra constatação interessante é que 70% das falhas registradas em permutadores de calor, do tipo feixe tubular, ocorrem por corrosão nos tubos do feixe. Essa informação pode significar que o intervalo de inspeção do vaso deve ser governado pela vida do feixe. 1.3. NOMENCLATURA O código de inspeção do API STD 510, específico para inspeção de manutenção em Vasos de Pressão recomenda a utilização da nomenclatura a seguir: * ALTERAÇÃO Considera-se ALTERAÇÃO toda modificação física de algum componente que tenha implicação nas condições de projeto. OBS. Definição da NR-13: ALTERAÇÃO é qualquer mudança processada em um vaso de pressão que

altere o projeto original ou as características prescritas pelo fabricante. Variações nos parâmetros de projeto, como por exemplo: pressão, temperatura, vazão etc. também são consideradas como alterações.

* RECLASSIFICAÇÃO Considera-se RECLASSIFICAÇÃO toda modificação na temperatura e/ou pressão máxima admissível de trabalho do vaso. A reclassificação não é uma alteração a não ser que seja necessária alguma modificação física do vaso. * REPARO Considera-se REPARO todo trabalho necessário para recolocar um vaso numa condição adequada de operação, sem alteração dos seus parâmetros de projeto e atendendo aos requisitos do código de construção e montagem do equipamento. OBS. Definição da NR-13: REPARO é todo trabalho necessário para restaurar um vaso de pressão,

restabelecendo as suas condições de segurança e operação.

A seguir estão descritas duas definições cuja interpretação tem dado muita discursão na atividade de inspeção. As definições abaixo foram tiradas da Norma ISO série 9000. QUALIFICAÇÃO : Comprovação de atributos físicos, conhecimentos, habilidades, treinamento e / ou

experiências requeridas para exercer corretamente as atividades de uma função. CERTIFICAÇÃO : Processo que conduz à formalização da qualificação em um indivíduo, através de

avaliação e emissão de certificado para os aprovados.


Um certificado só tem validade em todo o território nacional quando emitido por entidade credenciada pelo INMETRO para essa finalidade.

1.4. TIPOS DE INSPEÇÃO

1.4.1. QUANTO AO CARÁTER DA INSPEÇÃO

O caráter da inspeção é a intenção com que se executa a inspeção. A definição quanto ao caráter de inspeção a ser adotado é gerencial e deve ser tomada considerando os requisitos da Norma Regulamentadora no 13 do Ministério do Trabalho (NR-13), ou seja, os fatores mais importantes a serem considerados nessa decisão são: a segurança das pessoas e a proteção ao meio ambiente. Quanto ao caráter ou intenção com que se executa a inspeção esta pode ser dividida em: preditiva, preventiva e corretiva. A primeira tem como principal característica à monitoração das causas básicas dos mecanismos de deterioração preponderantes no vaso e atuar de maneira a controla-los para evitar a deterioração. A inspeção preventiva baseasse principalmente no histórico do equipamento para a definição dos locais, extensão e métodos de inspeção a serem empregados e quando necessário são recomendados reparos de maneira a evitar a falha. Já a inspeção corretiva é aquela executada após a falha e tem com principal objetivo delimitar as partes a serem recuperadas e em alguns casos são recomendadas ações de maneira a minimizar ou evitar falhas similares. 1.4.1.1. INSPEÇÃO COM CARÁTER PREDITIVO A inspeção de caráter preditivo baseia-se na tentativa de EVITAR A DETERIORAÇÃO, através da correlação das variáveis operacionais com os desgastes observados em inspeções anteriores o que exige à aplicação de técnicas de inspeção que possam ser aplicadas com o equipamento em operação como as citadas a seguir: � O uso de monitoração da corrosão on-line, tipo Corrater (determinação da taxa de corrosão pelo

método de resistência elétrica), ou Corrosometer (determinação da taxa de corrosão pelo método de resistência a polarização linear). Ou ainda o acompanhamento da corrosão através de cupons ou carretéis de teste onde a taxa de corrosão é aferida através da perda de peso em função de um tempo de exposição pré-determinado.

� A utilização do “gama scan”, equipamento que através da emissão de feixes de ondas radioativas do tipo Irídio ou Cobalto podem avaliar torres de processo em operação para a verificação do posicionamento correto dos internos, da formação adequada de líquido em bandejas, a condição física de revestimentos internos, etc.

� A realização do ensaio de emissão acústica para avaliar a propagação de descontinuidades pela ação do hidrogênio, corrosão sob tensão ou fadiga.

� A utilização de aparelhos de ultra-som com cabeçotes que permitam inclusive a medição a quente de maneira a se determinar a taxa de corrosão após períodos de alteração das variáveis operacionais.

� O uso de provadores de hidrogênio em equipamentos sujeitos a deteriorações devido ao hidrogênio, de maneira a se avaliar o quanto o material fica carregado pelo hidrogênio na condição de operação, possibilitando uma melhor avaliação de descontinuidades existentes no equipamento.


� A execução de exame radiográfico para avaliar a espessura do pescoço de bocais de equipamentos, principalmente em bocais de pequeno diâmetro (diâmetro ≤ 1.1/2″) de maneira à avaliar a necessidade de substituição na próxima inspeção geral do equipamento. As conexões de pequeno diâmetro têm sido a responsável por um grande número de vazamentos em vasos de pressão na industria química, petroquímica e de refino.

� 1.4.1.2. INSPEÇÃO COM CARACTER PREVENTIVO

A inspeção chamada de preventiva é aquela que tem como principais objetivos EVITAR A FALHA, isso pode ser feito de várias maneiras, como as descritas a seguir: � Bloquear as deteriorações através de técnicas de reparos a frio. Exemplo: pintura, isolamento

térmico, refratário antierosivo, metalização, etc. � Prever a necessidade de reparos programados, respeitando a programação de produção, a segurança

das pessoas, a contaminação do meio ambiente e evitando falhas. � Garantir a segurança das vias de acesso ao vaso. Exemplo: condições de corrosão de escadas,

plataformas, guardas corpos, etc. � Avaliar os principais mecanismos de deterioração atuantes no vaso através da utilização de exames

não destrutivos adequados. Exemplo: medição de espessura, ultra-som, partículas magnéticas, líquido penetrante, etc. 1.4.2. QUANTO AO ACESSO DISPONÍVEL PARA SUA EXECUÇÃO

Entende-se como acesso disponível ao equipamento para a execução da inspeção a possibilidade de entrar no seu interior. Assim, a inspeção pode ser divida como segue: 1.4.2.1. INSPEÇÃO EXTERNA Essa inspeção pode ser executada com o equipamento na sua condição normal de operação ou com este fora de operação. A inspeção externa de um vaso de pressão tem como principal finalidade avaliar a superfície externa do casco, bem como todos os acessórios externos ligados ao casco. Na inspeção externa não é necessário acesso total ao vaso, mas apenas aos pontos considerados críticos ou que venham a despertar suspeita durante a inspeção. Essa inspeção é visual e pode ou não ser acompanhada de medição de espessura com ultra-som ou outro método de inspeção. Essa inspeção tem intervalo máximo (tempo entre inspeções) definido pela Norma Regulamentadora N013 do Ministério do Trabalho, em função das dimensões do vaso, das características do meio contido no vaso e das habilidades comprovadas do setor de inspeção existente na empresa. 1.4.2.2. INSPEÇÃO INTERNA É quando a inspeção só pode ser realizada com o equipamento fora de operação, drenado e após neutralização do meio no interior do vaso. A inspeção interna de um vaso de pressão tem como principal finalidade avaliar a superfície interna do casco, bem como todos os acessórios internos ligados ou não diretamente ao seu casco. Para a inspeção interna não é necessária a remoção dos internos e acessórios ligados ao casco, mas apenas a remoção do necessário para um acesso adequado aos pontos considerados críticos, de controle ou que venham a despertar suspeita durante a inspeção do vaso.


Essa inspeção também tem intervalo máximo (tempo entre inspeções) definido pela Norma Regulamentadora N013 do Ministério do Trabalho, em função das dimensões do vaso, das características do meio contido no vaso e das habilidades comprovadas do setor de inspeção existente na empresa. 1.4.2.3. TESTE HIDROSTÁTICO Trata-se de uma avaliação da resistência mecânica do vaso quando este é pressurizado em valores acima das condições normais de operação na temperatura ambiente e usando água como fluido. Portanto, o vaso deve ser retirado da condição normal de operação para executar o teste. Não é necessária a remoção do isolamento externo ou pintura total do vaso na condição de manutenção a menos que se trate de um vaso novo ou que existam novas soldas a serem testadas, o mesmo vale para os vasos revestidos internamente. A remoção do revestimento interno e ou externo do vaso que não teve reparos de solda só deverá ser realizada quando houver alguma suspeita a ser avaliada. A pressão de teste deve ser definida por um Profissional Habilitado e que conheça as condições físicas atuais do vaso, bem como seu histórico operacional, de reparos e de inspeção. A pressão de teste na condição de manutenção pode não ser a mesma para avaliar a condição de projeto ou um reparo estrutural, mas sim uma pressão que garanta a segurança das pessoas e do meio ambiente quando o vaso estiver submetido a sua máxima condição operacional. Ë um teste exigido pela Norma Regulamentadora N013 do Ministério do Trabalho e também tem intervalo máximo de execução (tempo entre testes) definido em função das dimensões do vaso, das características do meio contido no vaso e das habilidades comprovadas do setor de inspeção existente na empresa. O teste hidrostático também é exigido quando o vaso for submetido a reparos com solda, modificações ou reparos estruturais. 1.5. ITENS DE INSPEÇÃO

A definição das partes do vaso a serem inspecionadas, a extensão dessa inspeção e os métodos e ou ferramentas de inspeção que serão empregadas depende do acesso disponível ao equipamento.

1.5.1. INSPEÇÃO EXTERNA

Na inspeção externa devem ser observados no mínimo os itens descritos a seguir: 1.5.1.1. Condições das vias de acesso ao vaso, como: escadas, passadiços, plataformas, etc. Os

problemas mais usuais são: deterioração por corrosão, material abandonado irregularmente, falta de guarda corpo, etc. A ferramenta recomendada é o martelo de bola de 250 gramas (em latão para evitar faísca).

1.5.1.2. O estado das fundações do equipamento. Os problemas mais usuais são: corrosão nos chumbadores e/ou chapas de apoio e trincas no concreto. As ferramentas recomendadas são: martelo de bola com 250 gramas, em latão e raspadeira.

1.5.1.3. Estado dos suportes expostos. Normalmente falta impermeabilização asfáltica e existem frestas abertas. Dependendo das condições climáticas da região, as frestas podem esconder corrosão e por isso devem ser evitadas. A ferramenta recomendada é um medidor de espessura e raspadeira.


1.5.1.4. Tensionamento e deterioração dos estais14 , se existirem. O problema mais usual é corrosão e perda de tensionamento. Ajustar os tensores pode ser necessário.

1.5.1.5. Estado das conexões e bocais15. O principal problema é corrosão no pescoço, soldas e aba dos flanges. A região de vedação não tem acesso para inspeção com o bocal fechado, mas é possível se verificar sinais de vazamento, que devem ser verificados quando o vaso estiver fora de operação. Um reaperto dos parafusos controlado é recomendável para eliminar vazamentos.

1.5.1.6. Todo vaso deve estar protegido contra descargas elétricas através de um aterramento elétrico16. O problema mais usual é corrosão no grampo de atracação do fio ao vaso, quando este for de aço carbono.

1.5.1.7. Estado superficial dos estojos e porcas de união de flanges. O principal problema é corrosão na parte do estojo exposta. Recomenda-se o uso de martelo de bola com 250 gramas (em latão, para evitar faísca), de maneira consciente e muito cuidadosa.

1.5.1.8. Verificação do estado de conservação do isolamento. Os problemas mais usuais são: cintas soltas, inchaço de parte do isolamento e corrosão no casco e anel de sustentação do isolamento, devido a infiltração e acúmulo de água pelo isolamento (figura 2). Recomenda-se o uso de estilete na verificação do inchaço em isolamentos e a remoção do isolamento em alguma região para verificação da corrosão.

1.5.1.9. Verificação do estado da pintura. O problema mais usual é a camada de acabamento da tinta se soltando. Recomenda-se o uso de raspadeira e estilete.

A periodicidade dessa inspeção deve ser definida em função das condições operacionais, condições climáticas da região e dos requisitos das Normas de segurança vigentes no país (NR-13).

FIGURA 2 - Corrosão no casco e anel de isolamento de vasos verticais devido à infiltração e acúmulo de água pelas frestas no isolamento.

14 ESTAIS = São cabos de aço presos em blocos de concreto enterrados no solo e ligados ao vaso. 15 A diferença entre conexões e bocais é em função do seu diâmetro. Aberturas com diâmetro inferior a 2 polegadas estão sendo chamadas de conexões. 16 Aterramento elétrico são fios de cobre de diâmetro ¾ polegadas ou 1 polegada, com uma extremidade unida ao vaso e a outra numa barra de ferro ou, preferencialmente, de cobre enterrada no solo.

CORROSÃO DEVIDO AO ACÚMULO DE ÁGUA

ANEL DE SUPORTAÇÃO DO ISOLAMENTO

ISOLAMENTO

VASO VERTICAL

CASCO DO VASO

DETALHE


1.5.2. INSPEÇÃO INTERNA

A inspeção interna pode ser dividida em duas etapas, uma de preparação e estudo e outra de execução da inspeção propriamente dita. 1.5.2.1. ETAPA PRELIMINAR Essa etapa é caracterizada por uma avaliação detalhada do equipamento a ser inspecionado, compreendendo pelo menos as seguintes verificações: � Características operacionais do equipamento, como: temperatura, pressão, vazão, tipo de fluído,

contaminantes, carregamentos cíclicos, etc. de maneira a se relacionar os tipos de deteriorações mais prováveis em função das variáveis operacionais.

� Analisar os tipos de deteriorações mais prováveis e os componentes ou locais mais susceptíveis a essas deteriorações, de maneira a determinar as regiões de inspeção, evitando-se inspeções 100%, que são mais onerosas e, em geral, menos eficazes.

� Características de projeto do equipamento, como: materiais, procedimentos de soldagem especiais, a existência de tratamento térmico, valores das espessuras mínimas, etc.

� Histórico de deteriorações do vaso. � Resultado das inspeções externas realizadas em campanha. � Escolha dos métodos de inspeção e exames não destrutivos mais indicados, com base nos dados

levantados. � Determinação dos locais de inspeção, tentando reduzir a necessidade de apoio, como: andaimes,

remoção de isolamento externo, etc, que muitas vezes são mais honerosos que a própria inspeção. � Prever a necessidade de reparos ou substituições a serem realizadas, de maneira a evitar as compras

durante o período de parada. � Identificar as inspeções e exames não destrutivos que podem ser realizados na fase de pré-parada17,

de maneira a se minimizar os serviços a serem realizados com a parada completa da planta ou do sistema operacional. Exemplo: Medição de espessura com ultra-som, inspeção externa, etc. Essa atitude pode reduzir a quantidade de homen-hora de inspeção necessária no período de parada.

1.5.2.2. ETAPAS DE EXECUÇÃO DA INSPEÇÃO 1.5.2.2.1. PREPARATIVOS Deve ser lembrado que antes da realização de qualquer serviço, de inspeção ou manutenção, principalmente aqueles realizados dentro de equipamentos, que estes devem ser avaliados do ponto de vista de segurança, por profissional habilitado, de maneira a se avaliar a compatibilidade dos serviços a serem executados com as condições de segurança do equipamento e que dessa maneira sejam definidos as prevenções a serem adotadas, bem como os EPI’s (Equipamentos de Proteção Individual) mais adequados aos profissionais que ali irão trabalhar. Algumas empresas, utilizam a prática da emissão de Permissão para Trabalho (PT) para qualquer serviço a ser realizado, prática esta recomendada pois tem trazido bons resultados na prevenção de acidentes do trabalho. Antes do inspetor se dirigir ao equipamento para realizar a inspeção é conveniente que leve consigo as ferramentas que serão necessárias para realizar a inspeção que está prevista com êxito. As ferramentas mais usuais na inspeção de vasos de pressão estão relacionadas na tabela 1:

17pré-parada = fase de aproximadamente 40 dias que antecede a parada geral do processo e que já se dispõe da mão de obra que irá realizar os serviços de parada. Nesse fase só podem ser feitos serviços em equipamentos ou tubulações que sejam liberáveis sem afetar a continuidade do processo, nem a segurança da planta.


FERRAMENTA USO

Ultra-som Medição de espessuras Calibres Medição de espessuras de pescoço de bocais abertos. Martelo de bola18 Verificação de internos (corrosão e fixação).

Teste do pescoço de bocais. Imã Identificação primária de materiais Espátula de aço e pano Pequenas limpezas para sanar dúvidas. Lápis marcador Identificação das partes do vaso e marcar regiões para reparos

ou avaliações posteriores. Trena Medição aproximada de regiões com problemas e facilitar

localizações. Esquema simplificado do vaso Anotar irregularidades, observar detalhes do desenho e facilitar

a orientação no interior do vaso. Exames não destrutivos especificados

Avaliar regiões do vaso pré estabelecidas, quanto a deteriorações.

Caderneta de anotações e caneta Anotar novas irregularidades ou novas observações. Outras Em função da inspeção especifica prevista para o vaso.

TABELA 1 - Relação das ferramentas mais usadas pelo inspetor durante a inspeção

1.5.2.2.2. INSPEÇÃO ANTES DA LIMPEZA Antes da limpeza, o inspetor deve se preocupar principalmente com a coloração dos depósitos, recolher amostras para análise química e marcar as regiões com maior acúmulo de depósitos para uma melhor observação após a limpeza. Nos vasos em que o controle da corrosão é obtido pela passivação, a falta ou falha das películas protetoras é um alerta de possíveis locais com deterioração. (Por exemplo: a falha na pintura interna em carretéis de permutadores de calor que operam com água, ou a falha na pintura ou outro revestimento nas regiões soldadas de vasos de pressão para reduzir a suscetibilidade de defeitos devido a corrosão sob tensão ou ataque pelo hidrogênio etc.). Essa prática de inspeção antes da limpeza só se aplica nos casos em que for possível, devido aos requisitos de segurança necessários para a liberação do equipamento. 1.5.2.2.3. INSPEÇÃO APÓS A LIMPEZA Após a limpeza a inspeção deve constar no mínimo do seguinte: � A primeira etapa de qualquer plano de inspeção deve ser o exame visual. Podendo muitas vezes ser

realizado com o uso de espelhos e lanternas modificadas de maneira a permitir a visão em locais de difícil acesso.

� Medir a espessura dos bocais, conexões, casco, tampos nos pontos pré-determinados para cálculo da taxa de corrosão e vida remanescente.

18Martelo de bola = martelo com uma das pontas na forma de uma bola, com um peso de 250 gramas, de maneira a permitir a

identificação da resposta sonora a batida e não deixar marcas muito agudas.


� Verificar a existência de corrosão, erosão, trincas ou outras falhas no casco, tampos, conexões, bocais e internos com maior atenção nas regiões próximas de: entradas e retiradas de fluido, juntas soldadas, frestas e regiões do casco junto aos vertedores de bandejas (figura 3).

� Verificar se existem bocais ou conexões obstruídas, principalmente drenos e “pontos mortos”19. � Verificação de “demister” quanto a sua espessura falta de continuidade (buracos), sujeira, grades de

contenção, anéis de suportação e fragilização dos fios que compõem a malha do demister. � Revestimentos internos ou externos (isolamento, lining ou refratários) se estiverem em boas

condições não precisão ser removidos para inspeção do metal base. OBS. 1. Em intervalos de tempo previamente definidos os revestimentos tipo refratários em bom

estado devem ter pequenas regiões removidas para inspeção do metal base (exemplo: a cada 18 a 20 anos).

2. Quando existe evidência de defeito no revestimento este deve ser removido para inspeção do metal base antes da definição de qualquer reparo.

3. Revestimento tipo CLAD não precisam ter áreas removidas a não ser que apresentem sinais de defeitos que possam expor o metal base.

� Internos removíveis não precisam ser removidos se não existem evidências de deterioração, mas

deve ser verificado se o seu posicionamento está adequado. � Execução dos exames não destrutivos relacionados previamente e os acrescidos devido a alguma

nova evidência.

FIGURA 3 - Corrosão/erosão no casco de uma torre de processo, junto a chapa de nível dos vertedores.

1.5.2.2.4. INSPEÇÃO EM REVESTIMENTOS Como já descrito na parte 1 desse trabalho, um vaso de pressão pode ser revestido internamente e ou externamente por vários motivos. A escolha do melhor revestimento a ser empregado depende do motivo que levou a sua aplicação. A tabela 2 mostra um resumo dos métodos de inspeção e critérios de aceitação usualmente empregados na inspeção de revestimentos internos em vasos de pressão. Apesar

19pontos mortos = bocais que não são mais utilizados e operam fechados com flange cego ou outro método de maneira que

sua condição operacional é diferente dos demais devido a condição estagnada do meio.

CASCO

CHAPA DE NÍVEL DA BANDEJA

REGIÕES DO CASCO COM DESGASTE DEVIDO A CORROSÃO/EROSÃO


e subjetivos os critérios de aceitação expostos visam orientar a decisão do inspetor que nesse caso dependerá de sua experiência e treinamento de campo.

TIPO DE REVESTIMENTO

MÉTODOS DE

INSPEÇÃO

O REVESTIMENTO DEVE ESTAR ISENTO DE:

OBSERVAÇÃO

Orgânico (ex. pintura)

Visual e aderência com estilete.

Descolamentos significativos, perda de espessura significativa e falha que exponha o metal base.

O metal base não pode ser exposto.

Metálico (ex. linning, clad, deposição metálica).

Visual e líquido penetrante ou partículas magnéticas.

Descolamentos significativos, perda de espessura significativa, falha que exponha o metal base e trincas.

O metal base não pode ser exposto, as trincas que atingirem o metal base devem ser avaliadas ou removidas.

Refratário Visual, aderência com martelo, perda de espessura com estilete.

Descolamentos significativos, perda de espessura significativa, falhas que exponha o metal base e trincas com grandes aberturas.

O metal base não pode ser exposto, as trincas não podem influenciar na aderência do revestimento, os pontos de atracação devem estar com resistência adequada.

TABELA 2 – Métodos de inspeção usuais em revestimentos internos de vasos de pressão

1.6. ANÁLISE DAS DESCONTINUIDADES ENCONTRADAS As descontinuidades detectadas precisam ser avaliadas e muitas vezes é necessário o emprego de novos ensaios complementares, para verificar se estas ainda estão dentro dos limites de aceitação estabelecidos. Outra preocupação é o estabelecimento do método de acompanhamento das descontinuidades que não forem removidas e tiverem a possibilidade de propagação. Nesse estágio, é bastante útil e às vezes até fundamental a identificação das causas mais prováveis das descontinuidades. Quando for possível a identificação das causas de deterioração, algumas vezes, é possível calcular a velocidade de crescimento e dessa maneira pode ser estabelecida uma periodicidade para a reavaliação. Verificar a possibilidade de bloquear o crescimento de descontinuidades que ainda estão dentro dos limites de aceitação, como à aplicação de revestimento ou pintura interna em regiões corroídas. Quando a descontinuidade tiver de ser removida deve ser estudado um procedimento de reparo adequado que não afete as demais partes do equipamento, principalmente aquelas ao redor dos locais onde forem feitas as intervenções. Qualquer que seja o resultado da avaliação de uma descontinuidade esta deve contemplar, no mínimo, um intervalo de inspeção igual à próxima campanha definida para o equipamento e uma operação com


segurança, dentro das condições de operação estabelecidas, que não podem ser acima das condições de projeto do vaso. A queda de revestimentos refratários internos em vasos de pressão tem causado grandes prejuízos financeiros, quase acidentes e até acidentes em vasos de pressão. As análises dessas falhas mostraram que as mesmas estavam associadas à má aplicação e critérios de aceitação inadequados usados quando da inspeção dos revestimentos. Essas conclusões levaram a grandes investimentos para o estabelecimento de novas técnicas de avaliação, critérios de aceitação mais rígidos, técnicas de aplicação mais adequados aos serviços de manutenção e novos materiais de aplicação, bem como do surgimento no mercado de empresas especializadas na inspeção de revestimentos refratários. A tabela 3 faz um resumo das principais descontinuidades observadas em refratários de vasos de pressão e os critérios de aceitação normalmente aplicados por essas novas prestadoras de serviço.

DESCONTINUIDADE MÉTODO DE AVALIAÇÃO CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO

Trincas superficiais Medir abertura da trinca (profundidade e extensão não são motivos de rejeição)

Máxima abertura admissível é de 3 mm.

Perda de espessura Furar com broca fina e medir a profundidade com estilete

Máxima perda admissível é de ¼ da espessura original.

Deterioração química Penetrar um estilete o mais fundo possível sem o uso de ferramentas

Máxima penetração admissível é de ¼ da espessura original.

Desprendimento Martelamento com martelo bola de 250 gramas

Diferença de som numa área máxima de 150 x 150 mm.

Formação de coque Remover a impregnação com martelamento

Perda máxima na espessura do revestimento é de ¼ da espessura original.

TABELA 3 – Critério de aceitação específico para revestimento refratário em vasos de pressão

2. SELEÇÃO DOS EXAMES NÃO DESTRUTIVOS NA INSPEÇÃO DE VASOS DE PRESSÃO 2.1. INTRODUÇÃO

O técnico de inspeção deve conhecer as vantagens e limitações dos exames não destrutivos (END’s) disponíveis no mercado para que possa identificar qual o mais adequado as suas necessidades, considerando as características físicas do vaso a ser inspecionado, bem como o tipo e a posição da descontinuidade a ser procurada ou avaliada.

Este item tem o objetivo de fornecer aos técnicos informações resumidas, mas que caracterizam cada um dos END’s mais usuais, de maneira a auxiliar na escolha da técnica de inspeção. Para informações mais detalhadas de cada uma dessas técnicas deve ser procurada uma literatura específica. A tabela 4 resume a capacidade de vários exames não destrutivos em função do tipo do defeito esperado ou a ser avaliado.


TIPO DE DEFEITO EXAME NÃO DESTRUTIVO EV US ME/US RX PM LP EA TRINCAS SUPERFICIAIS O O O X X X ALVÉOLOS X O X O PERDA DE ESPESSURA UNIFORME X X X X O TRINCAS INTERNAS X O O X POROSIDADE X X FALTA DE FUSÃO X X O INCLUSÕES/VAZIOS INTERNOS X X O MEDIÇÃO DE ESPESSURA X X O

LEGENDA : X = BOA capacidade de detecção; O = ALGUMA capacidade de detecção

EV EXAME VISUAL RX RADIOGRAFIA OU GAMAGRAFIA

US ULTRA SOM PM PARTÍCULAS MAGNÉTICAS

ME/US MEDIÇÃO DE ESPESSURA POR ULTRA SOM

LP LIQUIDO PENETRANTE

EA EMISSÃO ACÚSTICA

Tabela 4 - Resumo da capacidade de detecção dos END’s mais usuais em vasos de pressão.

2.2. PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DOS END’S USADOS EM VASOS DE PRESSÃO 2.2.1. EXAME VISUAL 2.2.1.1. CONCEITO: O Exame Visual é primeira técnica de inspeção a ser usada pois além de

completar as demais técnicas pode fornecer informações diretas quando se trata de defeitos que afloram a superfície.

2.2.1.2. APLICAÇÃO: O Exame Visual é aplicado em todas os tipos de equipamentos, bem como nas

tubulações e seus acessórios ligados aos equipamentos. Outra grande aplicação dessa técnica de inspeção é na avaliação de revestimentos.

2.2.1.3. VANTAGENS: As principais vantagens são a velocidade e o baixo custo. Além de requerer

pequena preparação da superfície. Na maioria dos casos, pode ser executado com o equipamento em operação.

2.2.1.4. LIMITAÇÕES : Danos superficiais e diferença de interpretação entre técnicos. 2.2.2. EXAME DE ULTRA-SOM 2.2.2.1. CONCEITO: Nesta técnica emite-se uma onda sônica no interior do equipamento e analisa-se

sua resposta. As falhas típicas detectadas por esta técnica são trincas ou vazios internos e superficiais, bem como impurezas internas no metal ou soldas. Além de ser largamente usado na avaliação de perda de espessura.


O sucesso deste método é grandemente influenciado pela posição do refletor em relação ao feixe sônico aplicado.

2.2.2.2. APLICAÇÕES: Pode ser usado em materiais metálicos ou não metálicos, numa faixa de

espessura entre 2,5 e 254 mm, para valores fora dessa faixa são necessárias técnicas especiais. A temperatura da superfície deve estar abaixo de 150o C, para valores maiores são necessários equipamentos e procedimentos especiais. Esse exame pode ser aplicado em fundidos, forjados, laminados e vasos de pressão para inspeção de soldas ou da matéria prima a ser aplicada na fabricação. A preparação da superfície requerida é a remoção de carepas, tinta não aderida, produtos de corrosão ou outros depósitos que possam impedir ou prejudicar o acoplamento do cabeçote.

2.2.2.3. VANTAGENS: Detecção de falhas internas em materiais e soldas. Além de ser usado para

acompanhar o desenvolvimento de defeitos, devido a sua grande capacidade de repetibilidade dos resultados.

2.2.2.4. LIMITAÇÕES : Materiais de granulação grosseira, como soldas austeníticas e alguns fundidos,

podem dificultar a interpretação dos resultados. Geometrias complicadas e pouco acesso podem dificultar uma melhor inspeção. Deve se ter cuidado também na escolha dos equipamentos mais adequados para cada serviço.

NOTA : O exame de ultra-som automatizado é indicado quando se deseja um acompanhamento mais

detalhado da evolução de uma falha do tipo trinca, áreas com redução de espessura, etc. O sistema automatizado geralmente é formado por um computador que controla simultaneamente a inspeção com dois ou mais cabeçotes. Os sinais recebidos são armazenados junto com a posição correspondente da origem do sinal.

As principais vantagens desta técnica automatizada são: - Uma visão de várias posições de uma falha com a identificação do comprimento, localização,

profundidade, largura e orientação. - Todos os resultados da inspeção são armazenados num disquete e podem ser analisados na

época oportuna e por várias pessoas. - A interferência do inspetor é minimizada.

2.2.3. RADIOGRAFIA

2.2.3.1. CONCEITO: A técnica radiográfica pode ser utilizada para detectar falhas superficiais ou

internas em materiais ou juntas soldadas. Uma radiação na forma de raios X, gama ou nêutron é introduzido por um lado do material a ser inspecionado e o filme recebe as radiações que atravessam o material do lado oposto. A imagem mostrada no filme é chamada de radiografia. As regiões com falta de material aparecerão no filme como áreas mais escuras, devido a menor absorção das radiações.

Os raios gama e X são similares, sendo usados para materiais metálicos. Nêutrons são usados para materiais que absorvem mais as radiações, materiais que tem mais hidrogênio, como os plásticos, alguns adesivos e a água.


A detectabilidade dos feixes de radiação são fortemente influenciadas pelo alinhamento da falha em relação a direção da incidência do feixe de radiação. Defeitos transversais a direção do feixe de radiação, normalmente, não são detectadas, bem como trincas com óxidos tem uma definição muito pobre na radiografia.

2.2.3.2. APLICAÇÃO: A radiografia pode ser usada para exame de materiais metálicos e não metálicos

para detectar falhas internas ou superficiais, numa faixa de espessura de 5 a 152 mm. Para espessuras maiores podem ser usadas técnicas especiais. A radiografia pode ser usada com o equipamento em operação na temperatura até 25o C.

O exame radiográfico tem sido usado para a inspeção de soldas, avaliação de perda de espessura e ultimamente para detectar corrosão externa sob isolamento.

2.2.3.3. LIMITAÇÕES : Exige um isolamento da área que será exposta a radiação e cuidados especiais

para os operadores. Falhas planares, como trincas, são de difícil detectabilidade quando estas não estiverem numa direção ideal ou contiverem óxidos.

2.2.4. PARTÍCULAS MAGNÉTICAS 2.2.4.1. CONCEITO: Campos magnéticos excitados em materiais ferromagnéticos são distorcidos

quando passam ao redor de anomalias. Onde o campo magnético é interrompido por uma falha na superfície perpendicular as linhas de força estas afloram a superfície. Essa falha do campo pode ser observada com a aplicação de partículas magnéticas, em quanto a peça estiver sobre a aplicação do campo magnético. Existem dois tipos de partículas magnéticas: secas e úmidas. As partículas magnéticas secas jogadas sobre a área magnetizada irão se concentrar nos locais onde o campo magnético aflora, revelando as descontinuidades. As partículas magnéticas úmidas funcionam da mesma maneira, apenas que elas estão contidas num veículo fluído e são aplicadas sobre a superfície na forma de spray. Quando o local é escuro ou pode ser escurecido artificialmente é preferido o uso de partículas úmidas fluorescente devido a sua maior sensibilidade.

2.2.4.2. APLICAÇÃO: Esta técnica é usada para a detecção de falhas superficiais ou próximas a

superfície em materiais ferromagnéticos, e tem boa sensibilidade na detecção de falhas do tipo trincas, inclusões, porosidades, mordeduras ou outras falhas similares.

2.2.4.3. VANTAGENS: É um método de baixo custo, boa sensibilidade para falhas superficiais e

portáteis. Pode ser aplicado com o equipamento em operação desde que a temperatura da superfície em teste esteja abaixo da temperatura de Curie20 do material.

2.2.4.4. LIMITAÇÕES : Aplicação somente em materiais ferromagnéticos e a necessidade de um ponto

de tensão elétrica próximo do local. Preparação da superfície inadequada ou geometrias complicadas podem reduzir a capacidade de detecção da técnica. Este método não determina a profundidade da falha.

20Temperatura de Curie: Temperatura acima da qual um material ferromagnético perde o ferromagnético e passa a paramagnético ( materiais cuja sensibilidade magnética é pequena )


2.2.5. EMISSÃO ACÚSTICA 2.2.5.1. CONCEITO: A emissão acústica é uma técnica de inspeção PASSIVA, em que são capitadas

ondas eletromagnéticas oriundas de deformações plásticas provocadas por tensões mecânicas. A principal utilização dessa técnica é a detecção da propagação de defeitos. Os sinais gerados são captados por sensores localizados estrategicamente na estrutura. A emissão acústica é capaz de detectar a propagação de defeitos internos ou superficiais. A localização das falhas é estimada pelo tempo relativo que o sinal demora a chegar em vários sensores. A determinação do tamanho e orientação do defeito detectado pelo ensaio só pode ser determinada pela aplicação de exames complementares com o ultra-som ou radiografia.

O principal problema que interfere no sucesso dessa técnica é a presença de ruídos que costuma ser contornado com o uso de filtros eletrônicos. A técnica requer alto conhecimento do operador para a interpretação dos resultados.

2.2.5.2. APLICAÇÃO: O teste de emissão acústica é considerado um método de exame global da

estrutura e tem sido usado para avaliar diversos tipos de estrutura, como: vasos de pressão, tubulações, tanque de armazenamento e aeronaves. O método pode ser aplicado com o equipamento em operação numa condição operacional que permita uma pressão pouco acima da normal de operação ou em condição teste hidrostático. O teste requer acesso ao equipamento para a instalação dos sensores. Em estruturas isoladas é necessária a remoção do isolamento numa faixa de 150 mm para a instalação dos sensores. O método de carregamento pode ser sobre pressão (mais usual) ou gradientes térmicos.

2.2.5.3. LIMITAÇÕES : O teste de emissão acústica só detecta falhas que estejam em propagação

durante a monitoração, as falhas que não estejam em propagação não serão detectadas. As falhas são classificadas em função da sua propagação, não sendo dimensionadas nem identificadas quanto o tipo. Por isso, quando o ensaio de emissão acústica indicar áreas ativas a inspeção dessas áreas deverá ser completada por um exame não destrutivo do tipo radiografia ou ultra-som.

2.2.6. LIQUIDO PENETRANTE 2.2.6.1. CONCEITO : Defeitos superficiais em materiais não porosos podem ser detectados com liquido

penetrante. O fluido é aplicado sobre a superfície em teste e por capilaridade penetra nas falhas, o fluido que ficou sobre a superfície é removido. Em seguida aplica-se um revelador que contrasta com o liquido retido nas falhas, revelando a forma da falha. O fluido mais sensível é o liquido com partículas fluorescente, mas para sua avaliação é necessário o uso de luz ultravioleta sobre o revelador de maneira a possibilitar à avaliação do ensaio.

2.2.6.2. VANTAGEM: As principais vantagens desse teste são a sua portabilidade, baixo custo e pode

ser usado em locais de difícil geometria. 2.2.6.3. LIMITAÇÕES : A principal limitação é a revelação apenas do tamanho de defeitos superficiais

sem a informação da profundidade do defeito. 2.3. ESCOLHA DOS END’S NA INSPEÇÃO DE MANUTENÇÃO


A escolha do exame não destrutivo mais indicado para cada parte de um vaso de pressão no auxilio a inspeção de manutenção depende basicamente de: mecanismo de deterioração atuante no vaso, características do metal base e depositado, dimensões da parte do vaso a ser inspecionada e do tipo de descontinuidade mais provável associada ao mecanismo de deterioração. Assim, antes de escolher o END é necessário conhecer os itens descritos acima. A tabela 5 faz uma sugestão de correlação usual entre mecanismos de deterioração, tipo de descontinuidade e END mais adequado.

MECANISMO DE DETERIORAÇÃO

TIPO DE DESCONTINUIDADE

LOCAIS MAIS PROVÁVEIS

END MAIS INDICADO

FADIGA Trinca superficial

Pontos de concentração de tensões (ex. soldas, ZTA de solda, canto reto de bocais, soldas de suportes, etc.)

Partículas Magnéticas ou Líquido Penetrante

FLUÊNCIA Trinca superficial e

deformações Pontos quentes

Partículas Magnéticas ou Líquido Penetrante, Dimensional e Medição de espessura.

CHOQUE TÉRMICO

Trinca superficial e deformações

Pontos sujeitos a grandes variações de temperatura

Partículas Magnéticas ou Líquido Penetrante, Dimensional e Medição de espessura.

CORROSÃO SOB TENSÃO

Trinca superficial

Pontos de concentração de tensões e meio propício (ex. soldas, ZTA de solda, canto reto de bocais, soldas de suportes, etc.)

Partículas Magnéticas ou Líquido Penetrante

CORROSÃO Perda de material

Frestas, sob depósitos, regiões com tensão diferencial, bocais de pequeno diâmetro.

Medição de espessura ou Radiografia.

DETERIORAÇÃO PELO

HIDROGÊNIO

Trincas superficiais e internas

Chapas com segregações, diferencial de tensões e dupla laminação.

Partículas Magnéticas ou Líquido Penetrante e Medição de espessura

EROSÃO Perda de material

Regiões de mudança de fluxo, região com turbulência, bocais de pequeno diâmetro, etc. (ex. entrada ou saída de produto no vaso)

Medição de espessura ou Radiografia

ALTERAÇÕES METALÚRGICAS

Trincas superficiais e internas e alterações microestruturais

Pontos de concentração de tensões e ou pontos quentes.

Partículas Magnéticas ou Líquido Penetrante, Ultra-som, Metalografia e Dureza.

SOBRE PRESSÃO Trincas superficiais e internas

Pontos de concentração de tensões

Partículas Magnéticas ou Líquido Penetrante e Ultra-som.

Tabela 5 – Seleção dos Exames não destrutivos na Inspeção de Manutenção em Vasos de Pressão.


Após a escolha da melhor técnica de inspeção a ser adotada é também importante a determinação de como o exame deve ser realizado. O detalhe de como o exame deve ser realizado depende basicamente das características físicas do equipamento e da posição da descontinuidade. Esses dois fatores vão ajudar na definição de como realizar o enxame. Detalhes do tipo: qual o ângulo do cabeçote de ultra-sônico mais indicado, qual a melhor posição da fonte de radiação, qual o sentido de aplicação do fluxo magnético mais apropriado, etc. 3. PLANEJAMENTO 3.1. INTRODUÇÃO Planejamento é a função administrativa de determinar antecipadamente o que deverá ser feito, qual ou quais as técnicas a serem utilizadas, correlacionar as técnicas definidas com o tipo de deterioração procurado, quais os locais a serem inspecionados, como e por quem será realizados a inspeção, tipo e quantidade de apoio necessário e a quantidade de recursos necessários considerando o tempo disponível para a inspeção e manutenção. O planejamento continua sendo a maneira mais sensata de se estimar: o tipo de inspeção a ser realizada, o tempo necessário, material de consumo, equipamentos, apoio, recurso etc. para a realização da inspeção em qualquer tipo de equipamento, sistema ou planta operacional e será tanto mais complexo quanto for o equipamento, sistema ou planta a ser inspecionado. Na elaboração de um plano de inspeção deve ser levado em consideração não apenas os serviços relacionados diretamente com a atividade de inspeção, mas também as dificuldades de preparação, acesso e reparos caso estes sejam necessários depois de completada à inspeção. A seguir estão descritas de maneira sucinta as principais etapas a serem seguidas na elaboração de um plano de inspeção para um vaso de pressão: 3.2. FONTES DE CONSULTA PARA ELABORAR UM PLANO DE I NSPEÇÃO Para a elaboração mais adequada de um plano de inspeção interna para um vaso de pressão é necessário antes consultar no mínimo os seguintes itens: � Histórico do Equipamento: ocorrências operacionais, reparos executados, relatos de descontinuidades

detectadas em inspeções anteriores e suas relativas freqüências; � Características Construtivas do vaso: diâmetro, comprimento, bocais, detalhes das soldas (frestas),

internos (tipos e atracações), materiais, exigência tratamento térmico de alívio de tensões, existência de revestimento interno, chapas de desgaste, instrumentação com tubulações de pequeno diâmetro, etc.

� Características Operacionais: condições normais de operação, ocorrências de elevação de temperatura e ou pressão desde a última inspeção interna, modificações importantes no tipo de fluido ou na velocidade do fluxo, registro de obstruções em operação, etc.

� Resultado das Inspeções Externas Realizadas: verificar se as descontinuidades registradas durante as inspeções externas executadas já foram sanadas ou estão aguardando a parada do equipamento para realizar.

� Características dos Mecanismos de Deterioração: verificar a adequação dos END’s escolhidos com o tipo de descontinuidade esperada.


3.3. CONTEUDO DE UM PLANO DE INSPEÇÃO Um plano de inspeção interna para um vaso de pressão deve conter no mínimo as seguintes informações: � Identificações: TAG do vaso, unidade a qual este pertence e outras informações necessária de

maneira a identificar totalmente o vaso. Item importante numa auditoria. � Responsável: é necessária a identificação do responsável ou responsáveis pela elaboração do plano

de inspeção do vaso. Pela a NR-13 deverá ser um Profissional Habilitado � Data: é necessário ficar claro a data da elaboração do plano e a revisão que o plano está. Este é

normalmente um dos itens verificado numa auditoria de sistema, tipo ISO 9000. � Apoio para a Inspeção: verificar a necessidade de andaime, remoção de partes do vaso, abertura de

bocais, remoção de instrumentos, preparação de superfície, limpeza interna, etc. Estas informações facilitam a elaboração do contrato de manutenção e evitam surpresas durante o prazo de parada.

� Partes a serem inspecionadas: identificar as partes do vaso a serem inspecionadas e o método de inspeção a ser empregado em cada parte. Orientação para o técnico que vai executar a inspeção.

� Extensão da Inspeção: a quantidade a ser inspecionada com cada END especificado. Orientação para o técnico que vai executar a inspeção.

� Métodos de Inspeção: identificar os métodos de inspeção a serem empregados no vaso. � Duração da Inspeção: estimar o tempo e mão de obra necessária para realizar a inspeção pretendida.

Influencia na definição do prazo de parada. � Previsão de Reparos: baseado no histórico das últimas inspeções fazer uma estimativa de reparos a

serem realizados após a inspeção. Evita surpresas durante o prazo de parada. � Serviços em Pré-parada: pode ser interessante relacionar quais as inspeções podem ser feitas com o

equipamento em operação normal. Influencia na definição do início do contrato. 3.4. ELABORAÇÃO DE UM PLANO DE INSPEÇÃO Como foi descrito acima para elaborar um plano de inspeção é necessário um conhecimento detalhado do vaso, mas para facilitar a elaboração de futuros planos de inspeção serão mostrados a seguir os itens que normalmente devem constar de um plano de inspeção interna padrão para um vaso de pressão. � Medição de Espessura: método mais usual para avaliar a vida residual de um vaso. Devem ser

realizados em locais pré-determinados que representem o vaso, no mínimo um ponto por anel do vaso, mais um ponto por tampo e um ponto em cada pescoço de bocal do vaso. Em regiões com possibilidade de perda de espessura mais acentuada pode ser necessário um mapeamento de espessura, em geral usam-se medições em distâncias de 30 x 30 mm.

� Inspeção Visual: deve ser realizada inspeção visual em todas as partes acessíveis do vaso e nas sem acesso fácil caso haja suspeita de deterioração, ou quando não inspecionada a mais de 12 anos ou metade da vida remanescente prevista para essa parte do vaso, em função de medições de espessura anteriores, o que for menor. As partes do vaso não sujeitas à pressão devem ser inspecionadas caso haja a suspeita de corrosão por frestas ou estejam expostas à corrosão atmosférica, em atmosferas agressivas. Os pescoços dos bocais devem ser inspecionados visualmente caso não tenham sido medidos na inspeção ou radiografados em operação. Todas as sedes de vedação dos flanges abertas devem ser inspecionadas quanto à possibilidade de vazamentos futuros, inclusive bocas de visita.

� Realização de outros END’s: devem ser especificados exames não destrutivos para avaliar a existência de descontinuidades possíveis em função dos mecanismos de deterioração atuantes no vaso. A extensão e tipo desses exames devem ser modificados em função do histórico de inspeções anteriores. Os pontos usuais de inspeção são pontos de concentração de tensões, tais como: soldas,


zonas termicamente afetadas, cantos retos de bocais, soldas de suportes, soldas de mudanças de formas do vaso, sodas de união casco / bocais, chapas de reforço, clips de sustentação de plataformas, etc.

� Inspeção de revestimentos: os revestimentos internos e externos devem ser inspecionados como descrito anteriormente. Os revestimentos que não apresentarem deteriorações nos últimos 12 anos devem ter seu substrato (metal base) avaliado por medição de espessura em vários pontos, pelo lado oposto ao do revestimento. O revestimento do tipo “fire proof” deve ter uma pequena área removida para inspeção visual da suportação do vaso a cada 12 anos ou mais em função do seu estado superficial e da agressividade da atmosfera no local.

� Previsão de Reparos: previsão de reparos com base no resultado de inspeções anteriores. Essa previsão quando bem feita reduz os custos de manutenção e evita dilatação do prazo de parada, falha considerada grave para o responsável pelo plano de inspeção.

3.5. PLANO DE INSPEÇÃO Para facilitar a elaboração de um plano de inspeção algumas empresas costumam usar um formulário específico com a finalidade de que nenhuma parte do vaso seja esquecida na elaboração do plano. A tabela 6 mostra uma sugestão de formulário a ser usado para elaborar um plano de inspeção de um vaso de pressão.

PLANO DE INSPEÇÃO

IDENTIFICAÇÃO DO VASO DATA DA INSPEÇÃO

/ /

INSPETOR DOCUMENTO DE

REFERÊNCIA

FOLHA: / /

LOCAL A SER INSPECIONADO

EXTENSÃO DA INSPEÇÃO

TIPO DE INSPEÇÃO

DURAÇÃO DETERIORAÇÃO ESPERADA

APOIO NECESSÁRIO

1. INSP. INTERNA - CHAPAS E TAMPOS - JUNTAS SOLDADAS - BOCAIS E B.V. - REVESTIMENTO - INTERNOS 2. INSP. EXTERNA - CHAPAS E TAMPOS - BOCAIS E B.V. PESCOÇO

FLANGES ESTOJOS/PORCAS LUVAS NIPLES PLUG CHAPA DE REFORÇO - PLATAFORMAS - ESCADAS DE ACESSO - FUNDAÇÕES - ATERRAMENTO - SUPORTAÇÃO - FIRE-PROOF. 3. TESTES - TESTE HIDROSTÁTICO


IDENTIFICAÇÃO DO VASO DATA DA INSPEÇÃO

/ /

INSPETOR DOCUMENTO DE

REFERÊNCIA

FOLHA: / /



TIPO DE INSPEÇÃO


APOIO NECESSÁRIO

- TESTE DE ESTANQUEIDADE CHAPAS DE REFORÇO REVESTIMENTO

TABELA 6 - Sugestão de formulário para a elaboração do plano de inspeção para vasos de pressão.

EXEMPLO DE ELABORAÇÃO DE UM PLANO DE INSPEÇÃO: Elaborar um plano de inspeção para um vaso de pressão vertical, suportado por saia de sustentação, com fire proof, com cerca de 100.000 horas de operação, que será submetido a uma inspeção periódica interna e externa durante sua parada operacional, considerando que seu histórico registra problemas de trincas devido à corrosão sob tensão na ZTA das soldas da região de topo. O vaso foi pintado internamente na última intervenção como medida preventiva à corrosão sob tensão.

PLANO DE INSPEÇÃO PARA O VASO V 25539

IDENTIFICAÇÃO DO VASO V - 25539

DATA DA INSPEÇÃO 10/ 03 / 98

INSPETOR JOSÉ

DOCUMENTO DE

REFERÊNCIA: REC. PRÉVIA 3

FOLHA: 01/ 01



TIPO DE INSPEÇÃO


APOIO NECESSÁRIO

1. INSP. INTERNA - CHAPAS E TAMPOS TOTAL EV 2h/ 1 IE Corrosão/erosão LI,AC,IL,AN - JUNTAS SOLDADAS TOTAL

SOLDAS DO TOPO EV PM

2h/ 1 IE 20h/2 IE

Corrosão/erosão trincas

LI,AC,IL,AN PS,AC,IL,AN

- BOCAIS E B.V. TOTAL SOLDAS DO TOPO

EV PM

2h/ 1 IE 20h/2 IE

corrosão/erosão trincas

LI,AC,IL,AN PS,AC,IL,AN

- REVESTIMENTO SOLDAS DO TOPO EV na PINTURA

0,5h/1 IE trincas, descolamento

LI,AC,IL

- INTERNOS TOTAL EV 2h/ 1 IE corrosão/erosão LI,AC,IL 2. INSP. EXTERNA - CHAPAS E TAMPOS TOTAL

PONTOS EV ME

2h/ 1 IE 0,5h/ 1 IE

corrosão/erosão corrosão

RI, LI RI, PS

- BOCAIS E B.V. PESCOÇO TOTAL

PONTOS EV ME

2h/ 1 IE 0,5h/ 1 IE


RI, LI RI, PS

FLANGES TOTAL SEDE

EV DM

0,5h/ 1 IE 0,5h/ 1 IE

corrosão desgaste

LI PS

ESTOJOS/PORCAS TOTAL EV 0,5h/ 1 IE corrosão/erosão RC, LI LUVAS TOTAL

ROSCA EV

CALIBRAR 0,5h/ 1 IE 0,5h/ 1 IE

corrosão/erosão desgaste

RC, LI LI

NIPLES TOTAL RX 1 equipe corrosão NA PLUG ROSCA CALIBRAR 0,5h/ 1 IE desgaste RC, LI CHAPA DE REFORÇO TOTAL EV 0,5h/ 1 IE corrosão/erosão NA - PLATAFORMAS TOTAL EV 0,5h/ 1 IE corrosão/erosão NA - ESCADAS DE ACESSO TOTAL EV 0,5h/ 1 IE corrosão/erosão NA - FUNDAÇÕES TOTAL EV 0,5h/ 1 IE trincas NA


IDENTIFICAÇÃO DO VASO V - 25539


INSPETOR JOSÉ

DOCUMENTO DE


FOLHA: 01/ 01



TIPO DE INSPEÇÃO


APOIO NECESSÁRIO

- ATERRAMENTO CABO EV 0,5H/ 1 IE rompido NA - SUPORTAÇÃO TOTAL

PONTOS EV ME

0,5h/ 1 IE 0,5h/ 1 IE

corrosão corrosão

RI, LI RI, PS

- FIRE-PROOF. TOTAL EV 0,5h/ 1 IE trincas NA 3. TESTES - TESTE HIDROSTÁTICO REPAROS EV 2h/ 1 IE vazamento PREPARAR - TESTE DE ESTANQUEIDADE CHAPAS DE REFORÇO NA NA NA NA NA REVESTIMENTO NA NA NA NA NA

EV = EXAME VISUAL LI = LIMPEZA PM = PARTÍCULAS MAGNÉTICAS AC = ACESSO IE = INSPETOR DE EQUIPAMENTOS IL = ILUMINAÇÃO ME = MEDIÇÃO DE ESPESSURA AN = ANDAIME RX = GAMAGRAFIA PS = PREPARAÇÃO DE SUPERFÍCIE NA = NÃO APLICADO RI = REMOÇÃO DE ISOLAMENTO RC = REMOVER CONEXÃO ROSCADA

Além do plano de inspeção que é utilizado mais na fase de planejamento dos serviços a partir desse plano o inspetor poderá elaborar uma lista de verificações mais simplificada de maneira a evitar que sejam esquecidas algumas das tarefas previstas no plano traçado. A tabela 7 mostra um exemplo de lista de verificações preparada para o vaso V 25539 a partir do seu plano de inspeção. (exemplo anterior)

IDENTIFICAÇÃO DO VASO

V - 25539


INSPETOR JOSÉ

DOCUMENTO DE


FOLHA: 01/ 01


EXTENSÃO DA

INSPEÇÃO

TIPO DE INSPEÇÃO

DETERIORAÇÃO ESPERADA

RESULTADO DA INSPEÇÃO

1. INSP. INTERNA - CHAPAS E TAMPOS TOTAL EV corrosão/erosão - JUNTAS SOLDADAS TOTAL

SOLDAS DO TOPO

EV PM


- BOCAIS E B.V. TOTAL SOLDAS DO TOPO

EV PM


- REVESTIMENTO SOLDAS DO TOPO

EV PINTURA

trincas, descolamento

- INTERNOS TOTAL EV corrosão/erosão 2. INSP. EXTERNA - CHAPAS E TAMPOS TOTAL

PONTOS EV ME


- BOCAIS E B.V.

LEGENDA:


IDENTIFICAÇÃO DO VASO

V - 25539


INSPETOR JOSÉ

DOCUMENTO DE


FOLHA: 01/ 01


EXTENSÃO DA

INSPEÇÃO

TIPO DE INSPEÇÃO

DETERIORAÇÃO ESPERADA


PESCOÇO TOTAL PONTOS

EV ME


FLANGES TOTAL SEDE

EV DM

corrosão desgaste

ESTOJOS/PORCAS TOTAL EV corrosão/erosão LUVAS TOTAL

ROSCA EV

CALIBRAR corrosão/erosão

desgaste

NIPLES TOTAL RX corrosão PLUG ROSCA CALIBRAR desgaste CHAPA DE REFORÇO TOTAL EV corrosão/erosão - PLATAFORMAS TOTAL EV corrosão/erosão - ESCADAS DE ACESSO TOTAL EV corrosão/erosão - FUNDAÇÕES TOTAL EV trincas - ATERRAMENTO CABO EV rompido - SUPORTAÇÃO TOTAL

PONTOS EV ME

corrosão corrosão

- FIRE-PROOF. TOTAL EV trincas 3. TESTES - HIDROSTÁTICO REPAROS EV vazamento - ESTANQUEIDADE CHAPAS DE REFORÇO NA NA NA REVESTIMENTO NA NA NA

TABELA 7 - Exemplo de lista de verificações para facilitar a inspeção

4. TEXTOS REFERENTES À INSPEÇÃO EM VASOS DE PRESSÃO

Os textos que tratam da necessidade e obrigatoriedade da inspeção em vasos de pressão têm sofrido diversas alterações ao longo do tempo. Alguns desses textos são desprovidos de força legal, enquanto outros são de observância obrigatória. A seguir, estão descritos alguns comentários sobre os principais documentos que se referem a inspeção de manutenção em vasos de pressão.

4.1. GUIAS DE INSPEÇÃO

As guias de inspeção foram elaboradas pelo IBP (Instituto Brasileiro de Petróleo), basicamente na década de 60, tendo como principal referência as Guias de Inspeção do American Petroleum Institute (API). Atualmente existem 10 guias, a maioria revisada entre 1973 e 1974, abordando diretamente os equipamentos de maneira separada.


A Guia referente a vasos de pressão é a n° 8 (Vasos de Pressão Não Sujeitos a Chama). As Guias de Inspeção abordam diversos aspectos de uma maneira predominantemente didática, e apenas orientam quanto ao estabelecimento da freqüência de inspeção. Por serem instrumentos particulares, as Guias de Inspeção não têm força legal.

4.2.RECOMENDAÇÕES PRÁTICAS

Desde o início dos anos 90 os técnicos envolvidos na atividade de inspeção começaram a usar como referência para inspeção não mais os códigos de projeto que são excelentes quando se trata de inspeção de fabricação, mas nada falam sobre inspeção de manutenção, uma inspeção orientada pelos mecanismos de deterioração, histórico do vaso, etc. as Recomendações Práticas de Inspeção elaboradas pelo API são referências mundiais para a Inspeção de Manutenção. Essa mudança ocorrida vagarosamente através dos anos 90, provavelmente pelas dificuldades de estarem escritas em inglês, hoje está presente na grande maioria das empresas. Apesar de não terem efeito legal são aceitas como referência de inspeção pela Norma Nacional NR-13. Consideramos que hoje os técnicos de inspeção devem consultar documentos específicos referentes à inspeção de manutenção para a elaboração do seu plano de inspeção e até para ajudar a identificar o mecanismo de deterioração mais provável atuante em cada vaso. As Recomendações Práticas do API que devem ser consultadas são: API 510 ( ), API 572 ( ), API 581 ( ), essas são genéricas e se aplicam a todos os vasos de pressão, mas existem outras específicas em função da condição operacional ou do mecanismo de deterioração identificado no vaso, como por exemplo o API XXX ( ). Até para reparos hoje já existem técnicas específicas para manutenção desenvolvidas por Institutos de Pesquisas associados a Empresas diferentes das recomendadas pelos códigos de construção e que já vem sendo empregadas em casos especiais de reparos. Essas técnicas de reparos são aceitas pela Norma Nacional NR-13 desde que antes de serem utilizadas sejam qualificadas conforme os requisitos do Código de projeto do vaso. 4.3. NORMAS REGULAMENTADORAS

Em 1977 foi assinada a Lei n° 6514, alterando o capítulo V do Título II da Consolidação das Leis do Trabalho, relativa à segurança e medicina do trabalho. Essa lei contem seções com vários assuntos, sendo que a Seção XII trata de Caldeiras, Fornos e Recipientes Sob Pressão. Em 1978 o Ministério do Trabalho aprovou as Normas Regulamentadoras (NR), previstas na Lei 6514, visando detalhar as disposições daquela lei. Dentre as 28 Normas Regulamentadoras somente as NR-13 - VASOS DE PRESSÃO e NR-14 - FORNOS tratavam diretamente dos equipamentos industriais. Apesar do título, a NR-13 tratava apenas de caldeiras e era simplesmente uma cópia da antiga portaria n°20, com todos os seus problemas. Em 1983 o Ministério do Trabalho resolveu estender a NR-13 a ″outros″ vasos de pressão, como: compressores, tanques de ar comprimido, vasos de ar comprimido, reservatórios em geral de ar comprimido e outros com auto-claves, que são tão perigosos quanto as caldeiras.


Em 1984 e 1985 a NR-13 sofreu algumas alterações, continuando com vários problemas que praticamente inviabilizavam a sua utilização. Em l995 a NR-13 sofreu novas alterações, agora com a participação de técnicos de algumas industrias e foi totalmente modificada, sendo introduzida nesta, conceitos existente em Normas Européia. A atual NR-13 classifica os vasos de pressão em função dos dados de projeto e estabelece entre outros itens a freqüência de inspeção e a periodicidade de testes. Atualmente no Brasil as Normas Regulamentadoras são os instrumentos legais que exigem inspeção em vasos de pressão e por sua natureza tem força de lei. A NR-1 descreve que as Normas Regulamentadoras são de observância obrigatória pelas empresas privadas e públicas e pelos órgãos públicos da administração direta e indireta, bem como pelos órgãos dos poderes legislativo e judiciário, que possuam empregados regidos pela Consolidação das Leis Trabalhistas (CLT).

4.3.1. COMENTÁRIOS DA NR- 13, REFERENTES A VASOS DE PRESSÃO

A seguir serão feitos alguns comentários referentes às exigências da NR-13, da parte referente a vasos de pressão.

a) A principal modificação introduzida na NR-13 é a adoção da classificação dos vasos de pressão em

CATEGORIAS DE INSPEÇÃO, em função do: tipo de fluido armazenado, produto da pressão máxima de operação do vaso e seu volume geométrico e o grupo potencial de risco do vaso. (tabela 8).

GRUPO DE POTENCIAL DE RISCO CLASSE DE FLUIDO 1

PV ≥ 100 2

100 ⟩ PV ≥ 30 3

30 ⟩ PV ≥ 2,5 4

2,5⟩ PV ≥ 1 5

PV ⟨ 1

A - Fluido inflamável - Combustível com temperatura igual ou superior a

200·C - Tóxico com limite de tolerância ≤ 20 ppm; - Hidrogênio; - Acetileno.

I I II III III

B - Combustível com temperatura ⟨⟨⟨⟨ 200°°°°C; - Tóxico com limite de tolerância ⟩⟩⟩⟩ 20 ppm.

I II III IV IV

C - Vapor de água; - Gases asfixiantes simples; - Ar comprimido.

I II III IV V

D - Água ou outros fluidos não enquadrados nas

classes A, B, ou C, com temperatura ⟩⟩⟩⟩ 50°°°°C. II III IV V V

TABELA 8 - Categorias de inspeção, conforme a NR-13.


b) As categorias de inspeção variam de I a V, sendo mais rigorosa quanto MENOR for sua categoria. Assim um vaso enquadrado na categoria I é aquele que estará submetido aos maiores rigores da Norma.

c) A Norma NR-13, na parte referente a vasos de pressão aplica-se, basicamente, a vasos de pressão, estacionários, não sujeitos a chama, cujo produto da pressão máxima de operação (KPa) e seu volume geométrico (m3) seja superior a 8 ou que armazene fluido classe A.

d) Independente da categoria, todos os vasos devem possuir: - Placa de identificação: placa fixada no vaso, em local visível que deve conter algumas

informações, referentes às condições de projeto do vaso, selecionadas pela Norma. - Prontuário : são os dados de projeto do vaso. - Registro de Segurança: registro de todas as ocorrências que possam influir na segurança do

vaso. - Projeto de Instalação: características das instalações onde o vaso está localizado. - Projeto de Alterações ou Reparos: registro dos reparos realizados no vaso que possam

interferir na sua segurança e do procedimento de reparo utilizado. - Relatórios de Inspeção: registro de alterações do vaso que estejam em desacordo com sua placa

de identificação. e) Todo vaso enquadrado nas categorias I e II, deve possuir um manual de operação que contenha os

procedimentos específicos adotados para o vaso em manobras operacionais, como: paradas, partidas, emergências, etc. Além disso, os operadores devem ser treinados, conforme os requisitos especificados na Norma.

f) Todos os reparos ou alterações devem respeitar o respectivo código de projeto e construção do vaso. A critério do Profissional Habilitado, podem ser utilizadas tecnologias de cálculo ou procedimentos mais avançados em substituição aos previstos pelos códigos de projeto e construção.

g) A periodicidade de inspeção exigida pela Norma, depende da categoria do vaso e se a empresa possui Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos. A tabela 9 mostra os prazos de inspeção e exigências de teste hidrostático para vasos de pressão.

EXAME EXTERNO EXAME INTERNO TESTE HIDROSTÁTICO CATEGORIA DO VASO COM SPIE SEM SPIE COM SPIE SEM SPIE COM SPIE SEM SPIE

I 3 ANOS 1 ANO 6 ANOS 3 ANOS 12 ANOS 6 ANOS

II 4 ANOS 2 ANOS 8 ANOS 4 ANOS 16 ANOS 8 ANOS

III 5 ANOS 3 ANOS 10 ANOS 6 ANOS A CRITÉRIO

12 ANOS

IV 6 ANOS 4 ANOS 12 ANOS 8 ANOS A CRITÉRIO

16 ANOS

V 7 ANOS 5 ANOS A CRITÉRIO 10 ANOS A CRITÉRIO

20 ANOS

TABELA 9 - Exigências da Norma NR-13 para vasos de pressão. OBS. COM SPIE = empresas Com Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos.

SEM SPIE = empresas Sem Serviço Próprio de Inspeção de Equipamentos. h) As válvulas de segurança devem ser desmontadas, inspecionadas e recalibradas durante o exame

interno do vaso.


i) Em situações que possam alterar as condições iniciais do vaso este deve ser submetido a uma inspeção de segurança extraordinária. Por exemplo : quando houver alteração de local do vaso.

j) Após a inspeção deve ser emitido relatório de inspeção contendo no mínimo o seguinte: - identificação do vaso; - fluido de serviço e categoria do vaso; - tipo do vaso; - data de início e término da inspeção; - tipo de inspeção executada; - descrição dos exames e testes executados; - resultados das inspeções e intervenções executadas; - conclusões; - recomendações e providências necessárias; - data prevista para a próxima inspeção; - nome e assinatura do profissional habilitado; - nome e assinatura dos técnicos que participaram da inspeção.

4.3.2. FISCALIZAÇÃO E PENALIDADES As delegacias Regionais do Trabalho (DRT) cabem executar as atividades relacionadas com a segurança e medicina do trabalho e a fiscalização do cumprimento dos preceitos legais e regulamentares sobre a segurança e higiene do trabalho. A fiscalização quanto ao cumprimento dos requisitos da NR 13 pode ser feita pelos empregados da empresa ou seus sindicatos de classe, mediante solicitação formal a empresa, ou através de denuncia ao ministério público. Cabe, portanto, às DRT’s impor penalidades, embargar, interditar etc. em função da inobservância das Normas Regulamentadoras. A NR-1 estabelece também que cabe ao empregador cumprir e fazer cumprir as disposições legais e regulamentares, sob pena de aplicação das penalidades previstas na legislação pertinente. Ao empregado cabe cumprir essas disposições. A recusa injustificada constitui ato faltoso. Merece destaque o não cumprimento dos itens da NR 13 considerados como risco grave e iminente, nesses casos a empresa está sujeita a interdição total ou parcial de suas atividades enquanto esses itens não forem atendidos. Os critérios de interdição para embarco de obras ou interdição de unidades operacionais estão descritos na Norma Regulamentadora NR 3. A interdição e embargo poderão ser requeridos pelo Setor de Segurança e Medicina do Trabalho da DRT ou por entidade sindical. As penalidades que as empresas e profissionais habilitados estão sujeitos por não atendimento aos requisitos da Norma Regulamentadora No 13 estão descritas na Norma Regulamentadora No 28. São exemplos de risco grave e emitente a falta de dispositivos de segurança, de indicadores de pressão, etc.


5. INTERVALOS DE INSPEÇÃO Em todo território brasileiro os prazos máximos de inspeção interna, externa e teste hidrostático para os vasos de pressão devem ser os estipulados na Norma Regulamentadora NR-13, já descritos. Entretanto é necessário que se verifique tecnicamente se o vaso não necessita uma intervenção antes do prazo máximo estipulado pela NR-13. Essa verificação é feita conhecendo-se o mecanismo de deterioração preponderante no vaso e pelo cálculo da vida remanescente das partes do vaso. Na maioria das vezes a vida remanescente das partes de um vaso é estabelecida com base em medições de espessura realizadas periodicamente em pontos pré-definidos pelo Profissional Habilitado responsável pelo equipamento. A freqüência com que um vaso de pressão deve ser inspecionado depende de vários fatores, sendo os mais importantes os seguintes: a) Taxa de desgaste e/ou deterioração; b) Sobre-espessura para corrosão; c) Condições de operação; d) Natureza dos fluidos contidos no vaso; e) Flexibilidade operacional do vaso em relação ao restante da unidade; f) Atendimento aos requisitos das Leis vigentes no país

5.1. INTERVALOS DE INSPEÇÃO SEGUNDO A NORMA API-510

O API-510 recomenda que o intervalo entre inspeções internas inicial adotado não seja maior do que o menor valor entre: metade da vida remanescente do vaso, calculada pela taxa de desgaste, ou 10 anos. O cálculo da vida remanescente do vaso deve ser feito pela expressão matemática a seguir:

Onde: t1 = menor espessura medida do vaso.

t2 = espessura mínima, calculada para a parte do vaso medida com base nas condições de projeto do vaso.

tc = taxa de corrosão determinada como descrito a seguir. A taxa de corrosão deve ser determinada pela expressão: Onde : ti = espessura medida no início da contagem do tempo ″t″ de exposição do metal ao meio

corrosivo; tf = espessura medida, no mesmo ponto da medição inicial, após o tempo ″t″ de exposição

do metal ao meio. t = tempo de exposição do metal ao meio corrosivo.

A espessura mínima e a taxa de corrosão máxima das partes de um vaso devem ser determinadas adotando-se para a medição da espessura um dos seguintes métodos:

VIDA = ( t 1 - t2 ) / tc

tc = ( ti - tf ) / t


a) Pode ser usado um exame não destrutivo, como ultra-som ou radiografia, que não afetam a segurança do vaso. Algumas vezes podem ser necessários a confirmação da espessura com um furo de sondagem quando o método não destrutivo for considerado incerto.

b) Devem ser feitas medidas em todas as aberturas disponíveis. c) A profundidade de corrosão pode ser determinada por comparação com uma superfície vizinha não

corroída. d) Em áreas com pitting a perda de espessura devido a profundidade dos pitting pode ser desprezada se

for atendido todos os requisitos descritos na parte 6, item 1.3.4. dessa apostila. Caso a área não seja aceita e os pitting não puderem ser desconsiderados deverá ser verificado se a espessura remanescente na região do maior pitting (espessura remanescente = espessura longe do pitting - profundidade do pitting) é menor do que a adotada como espessura atual. Caso afirmativo essa espessura remanescente deverá ser adotada como atual.

Tanto em vasos novos como para vasos em serviço, deve ser usado um dos seguintes métodos para determinar a taxa de corrosão provável, que junto com a espessura remanescente servem para estimar o prazo máximo para a próxima inspeção. a) Pode ser usada a taxa de corrosão calculada para outro vaso com as mesmas condições de operação. b) Caso não sejam disponíveis dados de vasos com a mesma condição operacional, podem ser usados

os dados de publicações de vasos, com condições de operação similares. c) Se nenhum dos métodos acima for possível, a taxa de corrosão deve ser determinada após 1.000

horas de operação (aproximadamente 1,5 mês), utilizando-se aparelho monitor de corrosão ou medir a espessura com um método não destrutivo. As medidas devem ser feitas posteriormente em intervalos adequados.

Depois de algumas inspeções, tendo se registrado as ocorrências relativas ao vaso de pressão, pode-se modificar o intervalo de inspeção previamente estabelecido, levando-se em conta sempre que deverá permanecer um mínimo de sobre-espessura para corrosão, no intervalo entre duas inspeções. As mudanças nas condições de operação de um vaso que possam afetar a taxa de desgaste ou deterioração devem ser estudadas para que sejam introduzidas as modificações necessárias nos intervalos de inspeção. Se a localização do vaso for modificada, o vaso deve ser inspecionado antes de ser reutilizado. Em condições normais, os intervalos de inspeção devem ser estabelecidos em coordenação com os órgãos de manutenção e operação. Em alguns casos, as condições mínimas de limpeza exigidas para o bom funcionamento do vaso podem determinar a duração de sua campanha operacional. Uma vez definida a freqüência de inspeção, o vaso poderá ser inspecionado regularmente dentro desse esquema. Isto, porém não significa que o intervalo de inspeção tenha que ser obedecido com rigor extremo. Deve-se admitir uma certa flexibilidade a fim de se poder ajustá-lo às necessidades do processo e à disponibilidade de mão-de-obra de manutenção e inspeção. Independentemente das inspeções programadas, sempre que o vaso for retirado de operação e aberto por qualquer razão, a oportunidade deverá ser aproveitada para uma inspeção, mesmo que esta seja parcial.


5.2 INTERVALO DE INSPEÇÃO SEGUNDO O CÓDIGO DE INSPEÇÃO INGLÊS

A prática de segurança na industria do petróleo e petroquímica para inspeção em vasos de pressão na Inglaterra, segue o código emitido pelo The Institute of Petroleum, London. Esse código classifica os equipamentos em função das suas condições operacionais. Os vasos de pressão e trocadores de calor para sistemas de processo são classificados como equipamentos CLASSE B. As freqüências de inspeção estabelecidas para os equipamentos Classe B estão descritas na tabela 10.

EQUIPAMENTO GRAU 0 GRAU I GRAU II GRAU III

VASOS DE PRESSÃO E PERMUTADORES

24 MESES 36 MESES 72 MESES 108 MESES

TABELA 10 - Freqüência de inspeção conforme o código de inspeção Inglês para equipamentos Classe B. A tabela 10 deve ser usada da seguinte maneira: 1. Todo equipamento quando NOVO deverá ter grau de inspeção 0; 2. Após a 1a inspeção o equipamento deverá ser reclassificado em um dos graus I, II ou III, em função

do tipo de solicitação, a taxa de desgaste esperada e suas condições operacionais; 3. De acordo com as inspeções subseqüentes os grau de inspeção pode ser modificado em função do

grau de deterioração constatado no equipamento; 4. Os valores da tabela 10 são os valores máximos para cada grau de inspeção. 5.3. INTERVALO DE INSPEÇÃO CONFORME O API-RP-581 A Recomendação Prática 581 do Código API não é um documento que tenha como base estabelecer o intervalo de inspeção para um vaso de pressão, entretanto o uso dessa recomendação fornece informações básicas relativas ao risco que o vaso oferece a comunidade e ao meio ambiente que pode ser usado junto com os critérios acima para melhor estabelecer o intervalo de inspeção mais adequado para um vaso de pressão. Por exemplo: um vaso cuja falha ofereça um risco muito baixo, se for de interesse para a empresa pode ser levado a seu intervalo máximo de inspeção permitido pela Lei vigente no país, já um vaso cuja falha ofereça um alto risco só deve ter seu prazo de inspeção dilatado ao seu valor máximo se seu mecanismo de deterioração estiver sob controle e sua probabilidade de falha for muito baixa. O API 581 apresenta uma receita para se determinar o risco que um vaso oferece a comunidade e ao meio ambiente a partir do histórico do vaso e do mecanismo de deterioração preponderante no vaso. Com uma análise do histórico e mecanismo de deterioração do vaso pode-se definir a probabilidade de falha do vaso e após uma avaliação detalhada das condições operacionais e do fluido do vaso pode-se determinar as conseqüências para a comunidade e meio ambiente caso ocorra uma falha no vaso. Com esses dois conceitos definidos, probabilidade e conseqüência da falha, com o uso da tabela 11 chega-se ao risco do vaso. Essa análise pode ser feita de maneira qualitativa ou quantitativa dependendo do rigor que se deseja dar a análise.


5 MÉDIO / ALTO

MÉDIO / ALTO

MÉDIO / ALTO

ALTO ALTO

4 MÉDIO MÉDIO MÉDIO / ALTO

MÉDIO / ALTO

ALTO

3 BAIXO BAIXO MÉDIO MÉDIO / ALTO

ALTO

2 BAIXO BAIXO MÉDIO MÉDIO MÉDIO / ALTO

1 BAIXO BAIXO MÉDIO MÉDIO MÉDIO / ALTO

A B C D E

PR

OB

AB

ILID

AD

E

CONSEQUÊNCIA

TABELA 11 – Determinação do risco de um vaso conforme API-RP-581 A probabilidade de falha varia de 1 a 5, sendo considerada 1 a menor probabilidade possível de ocorrência da falha. Por exemplo: probabilidade 5, corresponde a probabilidade de ocorrência superior a 80% e a 1 inferior a 10%. A conseqüência “E” corresponde a pior conseqüência, como: explosão e perdas de vida e a conseqüência “A” corresponde a pequenas perdas materiais, sem para operacional. 5.4. MÉTODOS DE MEDIDA DA ESPESSURA As medidas de espessura podem ser obtidas por vários métodos destrutivos ou não destrutivos, em função de fatores tais como: precisão desejada da medida, dificuldade de acesso à área a ser medida, tempo disponível, custo, condição operacional do vaso, etc. Para medir a espessura de parede de um vaso, vários processos e instrumentos podem ser utilizados, sendo os mais usuais descritos a seguir: a) FURO DE SONDAGEM O furo de sondagem é um método destrutivo e de grande precisão para determinação de espessura. A medida é feita pela colocação de um calibre mecânico específico no furo de sondagem, com aproximadamente 3 mm de diâmetro.

Após realizada a medição é feita a obstrução do furo por meio de tampão roscado e selado com solda. Deve-se verificar a necessidade de alívio de tensões no vaso.(figura 4). Este método de medição é geralmente utilizado quando a espessura de parede do vaso já está muito próxima da espessura mínima, segundo as medições executadas por processos não destrutivos, principalmente em tanques de armazenamento.


FIGURA 4 - Medida de espessura através do furo de sondagem

b) ORIFÍCIO SENTINELA

Este método consiste em fazer-se um furo externamente, com uma profundidade igual à espessura mínima calculada do vaso. Assim, quando a sobre-espessura para corrosão é consumida ocorre vazamento do produto contido no vaso.(figura 5). Além de ser um método destrutivo, não é possível controlar a taxa de desgaste do vaso e dependendo do produto no interior do vaso pode ser um método de grande risco. Este método é usual em vasos de pressão com revestimento interno tipo "lining".

FIGURA 5- Orifício sentinela c) CILINDROS DE CORROSÃO É um método não destrutivo que permite obter-se o desgaste da parede do vaso e conseqüentemente a sua espessura real. Para tanto soldam-se na parede interna do vaso, em pontos previamente escolhidos, dois pequenos cilindros de material que não seja corroído pelo meio. Com um micrômetro de profundidade apoiado sobre esses cilindros mede-se a profundidade que traduz a perda de espessura. (figura 6).

FURO PARA SONDAGEM TAMPONADO COM UM PLUG SELADO

ESPESSURA DO VASO

FURO PASSANTE REGIÃO COM BAIXA ESPESSURA

e

e2

e

e1 = ESPESSURA MÍNIMA DO VASO. e2 = ESPESSURA DO REVESTIMENTO

OU SOBRE-ESPESSURA DE CORROSÃO.

e3 = ESPESSURA NOMINAL DO VASO.

ORIFÍCIO SENTINELA LINING


FIGURA 6 - Cilindros de corrosão.

d) CALIBRES MECÂNICOS Os calibres mecânicos podem ser do tipo com relógio indicador ou com escala. (figura 7). Estes instrumentos servem para medir espessuras e diâmetros e a leitura destas medidas é direta. Em certos casos, as medições só podem ser efetuadas indiretamente e devem ser utilizados, então os compassos de ponta que servem para transferir a medida que se deseja determinar para uma escala.

MICRÔMETRO DE PROFUNDIDADE

CILINDROS DE CORROSÃO SOLDADOS AO CASCO DO VASO.

CORROSÃO


FIGURA 7 - Calibres mecânicos e) MEDIDORES ULTRA-SÔNICOS Estes instrumentos são bastante práticos para medir espessuras de paredes. Baseia-se no princípio de reflexão de ondas ultra-sônicas, quando estas atingem uma superfície.

Para se efetuar uma medição, faz-se o contato, em um dos lados da parede a medir, com um cabeçote (transdutor) contendo um cristal que vibra em alta freqüência. Esta vibração (impulso) se propaga pelo material e ao atingir o lado oposto é refletida; a onda refletida (eco) é captada pelo cabeçote. Sendo a velocidade de propagação constante para cada material, o intervalo de tempo entre o impulso e o eco é diretamente proporcional à espessura da parede que se está medido. Associando-se estes princípios a um tipo especial de cronômetro eletrônico, obtém-se uma leitura direta da espessura da parede medida. É conveniente salientar que estes instrumentos podem ser utilizados para medir materiais metálicos e não metálicos, bastando, para isso, regular o aparelho de acordo com o material que se quer medir.

RELÓGIO

Calibre mecânico com relógio HASTE COM

ESCALA

Calibre mecânico com escala

ANEL COM ESCALA

BUJÃO COM MARCADOR

Micrômetro de profundidade

ESCALA EM MILÍMETROS

ESCALA EM POLEGADAS

CURSOR

LINGUETA

Paquímetro


6. TESTES

Após terminados os serviços de inspeção e de manutenção onde foram recomendados e executados reparos que podem ter afetado a estrutura do vaso, torna-se necessário realizar um teste de pressão que poderá ser feito com água, ar, vapor, ou outro meio que proporcione igual efeito sem aumento dos riscos inerentes ao teste. Atualmente a Norma Regulamentadora NR 13, do ministério do trabalho exige uma periodicidade do teste de pressão em função das características do vaso e sua condições operacionais, como já descrito.

6.1. TESTE HIDROSTÁTICO

O teste hidrostático consiste na pressurização do vaso com um fluido apropriado, a uma pressão, cujo valor no ponto mais alto do vaso é denominada de "pressão de teste hidrostático". Exceto para o casco de vasos integralmente construídos de materiais adequados para baixas temperaturas, o teste hidrostático com água, não poder ser feito numa temperatura inferior ao maior valor entre a temperatura mínima de projeto do vaso (calculado conforme API RP 920) ou 15ºC. Para os vasos construídos em aços inoxidáveis austeníticos ou com revestimentos desses materiais a água do teste não pode conter mais de 50 ppm de cloretos. 6.1.1. TESTE HIDROSTÁTICO PADRÃO De acordo com o parágrafo UG-99 do ASME seção VIII, a pressão de teste hidrostático deve ser, em cada ponto do vaso, igual ou maior ao valor calculado pela expressão abaixo:

onde: PMTAvq = pressão máxima admissível de trabalho do equipamento na situação corroída na temperatura de projeto;

Sf = tensão admissível do material á temperatura do teste; Sq = tensão admissível do material na temperatura de projeto; Ptp = pressão de teste hidrostático padrão.

NOTA: Para os vasos fabricados pela edição do ASME após 2000 o fator 1,5 da expressão matemática

acima no cálculo de Ptp deve ser substituído pelo fator 1,25. Este valor é o mínimo estabelecido pelo código, mas a critério do projetista e usuário do equipamento, este poderá ser testado com uma pressão determinada através de um procedimento alternativo. Qualquer valor de pressão entre o procedimento padrão e o alternativo pode ser adotado, de acordo com o ASME. Quando não for calculada a PMTA do vaso está deverá ser considerada igual à pressão de projeto. 6.1.2. TESTE HIDROSTÁTICO ALTERNATIVO A pressão de teste alternativo, atuando no topo do vaso, será calculada da seguinte forma:

Ptp ≥ 1,5 PMTAvq . ( Sf / Sq)


Determina-se a PMTA para cada parte constituinte, na condição não corroída e na temperatura do teste (PMTAnf, para cada componente); multiplicamos cada um desses valores por 1,5 ou 1,25, se o vaso foi construído com a edição do ASME após 2000; desconta-se a altura hidrostática atuando em cada parte; em relação ao topo do equipamento, adota-se o menor valor calculado.

OBSERVAÇÕES: 1. As condições do teste devem ser claramente definidas entre fabricante e usuário. Deve ficar claro se

a pressão de teste é referente ao vaso novo ou corroído, assim como se a pressão de teste é referente ao vaso na posição horizontal ou vertical (para os vasos verticais exige-se a determinação dos valores de pressão de teste nas duas posições).

2. O código não limita superiormente a pressão de teste, porém pressões acima dos valores de Ptp21 ou

Pta22, poderão provocar deformações excessivas causando a rejeição do equipamento. 3. É importante lembrar que, na condição de teste hidrostático, a tensão máxima poderá atingir 80%

do limite de escoamento do material na temperatura ambiente, nas partes pressurizadas. Nas partes não pressurizadas pode-se considerar a tensão admissível básica acrescida de 33,33%.

4. Vasos submetidos a pressão externa deverão também ser submetidos a um teste hidrostático ou

quando este for impraticável a um teste pneumático. Em qualquer caso a pressão de teste não deverá ser inferior a 1,5% vezes a diferença entre a pressão atmosférica normal e a mínima pressão absoluta interna; a pressão interna máxima admissível é calculada da mesma maneira que para os vasos sujeitos a pressão interna.

6.1.3. TESTE HIDROSTÁTICO PARA ATENDIMENTO A NR-13

A Norma Regulamentadora no 13 estabelece uma periodicidade para execução de teste hidrostático com o objetivo principal de garantir que o equipamento ofereça segurança à comunidade, meio ambiente e trabalhadores. Teoricamente essa segurança pode ser garantida com um teste que mostre que o vaso tem resistência mecânica e ausência de vazamento nas máximas condições operacionais. Por ser uma Lei de Segurança e não de inspeção, fabricação, construção ou montagem a mesma não estabelece as condições de teste que deve ser definida pelo Profissional Habilitado. Constituem as condições de teste a definição de: tipo e características do fluido a ser usado, temperatura do fluido e qual a pressão de teste que atende o objetivo desejado. Em muitos casos o Profissional Habilitado acaba definindo as condições de teste iguais às especificadas no Código de Fabricação e que foram utilizadas quando da fabricação do vaso. Essa definição pode não ser a mais adequada, pois o vaso já foi submetido a várias horas de operação com um provável desgaste de dimensões algumas vezes ignoradas, mas que devem ser consideradas na definição das condições de teste. Quanto ao fluido é usual se utilizar a água como fluido padrão, realmente na grande maioria dos casos esse acaba sendo o fluido mais indicado, entretanto existe alguns casos em que são necessários cuidados especiais, como: controlar o teor de cloreto para evitar a possibilidade de corrosão sob tensão em aços

21Ptp = Pressão de Teste Padrão 22Pta = Pressão de Teste Alternativo


inoxidáveis austeníticos, evitar respingos de água em vasos onde estes são incompatíveis com as condições operacionais, etc. A definição da temperatura é de fundamental importância quanto a possibilidade de introduzir descontinuidades no vaso devido a modificações microestruturais ocorridas com o vaso após horas de operação. Para o cálculo da menor temperatura a ser usada no teste hidrostático recomenda-se a utilização dos requisitos do Código API RP 920, que estão descritos a frente. Entretanto a definição da pressão máxima a ser adotada no teste constituem-se em geral a maior preocupação do Profissional Habilitado. Recomenda-se que este não adote simplesmente a pressão de teste definido na condição de projeto que é recomendada apenas para o vaso quando na condição de novo que não é o caso na condição de manutenção quando um vaso é levado a teste para atender as exigências da NR-13. Para atender as exigências da NR-13 e garantir as condições de segurança do vaso sem submetê-lo a esforços desnecessários recomenda-se adotar como pressão máxima de teste a pressão de abertura do dispositivo de segurança que protege o vaso mais 10%, pois esta será a máxima pressão que o vaso poderá ser submetido na condição de operação ou mesmo se o vaso for submetido a um incêndio com aumento de pressão.

6.1.4. REALIZAÇÃO DO TESTE HIDROSTÁTICO A pressão de teste hidrostático deve ser medida no topo e fundo do vaso, mas a pressão que deve ser adotada com pressão de teste é o valor medido no topo do vaso. No fundo do vaso esta pressão estará adicionada à altura de carga hidráulica. Recomenda-se usar no mínimo dois manômetros aferidos para acompanhamento do teste. Um próximo ao sistema de pressurização de maneira a facilitar o controle da velocidade de pressurização e o outro no topo do vaso. Quando se utilizar três manômetros um deles pode ser registrador. Recomenda-se também que sejam instalados bloqueios entre os manômetros e os vasos para permitir sua substituição durante o teste caso seja necessário. Os manômetros devem possuir uma faixa graduada correspondente à cerca do dobro da pressão de teste prevista, porém, em nenhum caso, essa faixa deve ser menor do que 1,5 vezes ou maior do que quatro vezes essa pressão. Os vasos horizontais são testados na posição horizontal. Os vasos verticais, quando novos, podem ser testados em uma das seguintes posições: a) Vertical; b) Horizontal, somente se o teste mantiver as dimensões do vaso dentro das tolerâncias permitidas. Obs. A pressão de teste deve levar em consideração a modificação da coluna hidrostática quando o

vaso vertical é testado na posição horizontal. Antes de se realizar o teste hidrostático em vasos montados sobre suas fundações, deve ser verificado se estas foram projetadas considerando o peso do vaso cheio d’água. Em vasos de grande volume para gases, caso a fundação não possa resistir com segurança ao peso do vaso cheio d'água, duas soluções podem ser adotadas:


a) Execução de teste pneumático. b) Enchimento parcial do vaso com água, pressurizando-se com ar sobre o nível livre da água, em

função das limitações da fundação. O ASME recomenda que seja efetuada uma inspeção visual de todas as juntas e ligações, sob uma pressão não menor do que 65% da pressão do teste. Para se evitar riscos desnecessários recomenda-se que o teste hidrostático no campo seja realizado conforme o esquema da figura 8. Quando a pressão de teste hidrostático for superior a pressão de abertura da válvula de segurança ou alívio, esta deve ser removida. Não é recomendada aplicação de carga adicional na mola da válvula, para impedir a sua abertura.

FIGURA 8 – Sugestão de curva para a realização do teste hidrostático

6.1.4. TEMPERATURA DA ÁGUA PARA O TESTE O código API Recommended Practice 920 (API-RP-920) - Prevention of Brittle Fracture of Pressure Vessels - edição de março de 1990 - que tem como principal objetivo orientar a manutenção de vasos de pressão construídos de acordo com os critérios do código ASME seção. VIII divisão 1 ou 2 estabelece valores de temperatura mínimas de carregamento de um vaso de pressão de maneira a evitar o risco de fratura frágil durante o teste. No item introdução essa recomendação prática lembra que durante o teste hidrostático um vaso de pressão é carregado com uma tensão de membrana acima do valor da tensão admissível utilizada no cálculo da espessura mínima do equipamento e na temperatura ambiente. Muitas vezes o material utilizado no projeto do vaso não foi verificado quanto a sua tenacidade na temperatura ambiente, principalmente para os vasos de pressão construídos antes de 1990 quando o código só exigia essa avaliação para temperaturas de projeto inferiores a - 200F (≈ - 290C). A partir dessa data o código passou a exigir essa avaliação quando se deseja carregar um vaso com temperaturas inferiores a 150C.

0,5. PTESTE

PTESTE

PR

ES

SÃ

O

TEMPO 15 minutos Acomodação

15 minutos + tempo de inspeção

Reduzir a pressão gradativamente e abrir os bocais superiores para evitar vácuo.


A seção 2 deste mesmo documento estabelece que a verificação de tenacidade do material deve ser feita sempre que se desejar carregar um vaso de pressão em temperaturas inferiores a 1200F (≈ 490C) que é o caso do teste hidrostático, normalmente realizado com a água na temperatura ambiente.

Existem inúmeros relatos de vasos de pressão que romperam por fratura frágil durante a realização do teste hidrostático como resultado da baixa tenacidade do material na temperatura de teste aliada a existência de descontinuidade com dimensões permitidas pelo código de construção, pois o vaso não foi projetado para ser carregado na temperatura ambiente.

Com a finalidade de evitar novos casos de perda de vasos de pressão durante o teste hidrostático devido à fratura frágil recomendamos que seja adotado o procedimento especificado a seguir e que está descrito no Apêndice A do API-RP-920, para determinar a temperatura mínima da água para o teste hidrostático de um vaso de pressão. SEQÜÊNCIA PARA A DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA MÍNIMA DA ÁGUA PARA O

TESTE HIDROSTÁTICO EM VASOS DE PRESSÃO 1. VASOS COM ESPESSURA DE PAREDE INFERIOR OU IGUAL A 2 POLEGADAS (≈≈≈≈ 50,8

mm.) 1.a) Determinar a temperatura mínima de projeto para o vaso utilizando as curvas da figura 9 (cópia da

figura D-1 do API-RP-920). Nessa figura aparecem quatro curvas com as letras A, B, C e D, que representam famílias de materiais que apresentam tenacidade similar. Utilizando as curvas dos materiais das diversas partes do vaso em função da espessura determina-se a temperatura mínima de projeto do vaso.

1.b) Determinar a temperatura mínima da água para o teste hidrostático do vaso. Adiciona-se a temperatura mínima de projeto do vaso 100F (≈ 6oC), ou seja:

OBS. Temperaturas em graus Celsius (oC) 2. VASOS COM ESPESSURA DE PAREDE MAIOR DO QUE 2 POLEGADAS (≈≈≈≈ 50,8 mm.) 2.a) Determinar a temperatura mínima de projeto para o vaso utilizando as curvas da figura 9 (cópia da

figura D-1 do API-RP-920). Nessa figura aparecem quatro curvas com as letras A, B, C e D, que representam famílias de materiais que apresentam tenacidade similar. Utilizando as curvas dos materiais das diversas partes do vaso em função da espessura determina-se a temperatura mínima de projeto do vaso.

TEMPERATURA MÍNIMA DA ÁGUA = TEMPERATURA MÍNIMA DE PROJETO + 6oC


2.b) Determinar a temperatura mínima da água para o teste hidrostático do vaso. Adiciona-se a temperatura mínima de projeto do vaso 300F (≈ 17oC), ou seja:

OBS. Temperaturas em graus Celsius (oC)

FAMÍLIAS DE MATERIAIS DAS CURVAS DA FIGURA 9 CURVA A : A curva “A” é indicada para todos os aços carbono e baixa liga na forma de chapas, tubos,

barras, forjados ou fundidos que não estejam relacionados nas curvas B, C e D. Exemplos de especificações usuais em vasos de pressão em que se aplica a curva A: ASTM-A-283 todos os graus, (aço carbono); ASTM-A-201 todos os graus, (aço carbono); ASTM-A-212 todos os graus, (aço carbono); ASTM-A-203 Gr. B, (aço C-Mo); ASTM-A-285 Gr. C, (aço carbono); ASTM-A-515 Gr. 70, (aço carbono); ASTM-A-387 Gr. 11, (aço com 1 ¼ %Cr - ½ % Mo); ASTM-A-387 Gr. 12, (aço com 1% Cr - ½ % Mo); ASTM-A-387 Gr. 22, (aço com 2 ¼ %Cr - 1% Mo) CURVA B : A curva “B” é indicada para os aços relacionados a seguir: B1. ASTM-A-285 Gr. A e B; B2. ASTM-A-414 Gr. A; B3. ASTM-A-442 Gr. 55 com espessura acima de 1 polegada, se o material não tiver granulação fina e

não for normalizado; B4. ASTM-A-442 Gr. 60 se o material não tiver granulação fina e não for normalizado; B5. ASTM-A-515 Gr. 55 e 60; B6. ASTM-A-516 Gr. 65 e 70 se o material não for normalizado; B7. ASTM-A-612, se o material não for normalizado; B8. ASTM-A-662 Gr. B, se o material não for normalizado; B9. ASTM-A-724, se o material não for normalizado; B10. Todos os materiais listados na curva “A”, se tiverem granulação fina e forem normalizados; B11. Todos os tubos, “tubings” e acessórios de tubulação. CURVA C: A curva “C” é indicada para os aços relacionados a seguir: C1. ASTM-A-182 Gr. 21 e 22, se o material não for normalizado e revenido; C2. ASTM-A-302 Gr. C e D; C3. ASTM-A-336 Gr. F21 e F22, se o material não for normalizado e revenido; C4. ASTM-A-387 Gr. 21 e 22, se o material não for normalizado e revenido; C5. ASTM-A-442 Gr. 55, com espessura inferior a 1 polegada, se o material não tiver granulação fina e

não for normalizado; C6. ASTM-A-516 Gr. 55 e 60, se o material não for normalizado;

TEMPERATURA MÍNIMA DA ÁGUA = TEMPERATURA MÍNIMA DE PROJETO + 17oC


C7. ASTM-A-533 Gr. Be C; C8. ASTM-A-662 Gr. A; C9. Todos os materiais listados na curva “B”, se tiverem granulação fina e forem normalizados.

CURVA D: A curva “D” é indicada para os aços relacionados a seguir:

D1. ASTM-A-203; D2. ASTM-A-442, se o material tiver granulação fina e for normalizado; D3. ASTM-A-508 Class 1; D4. ASTM-A-516, se o material for normalizado; D5. ASTM-A-524 Class 1 e 2; D6. ASTM-A-537 Class 1 e 2; D7. ASTM-A-612, se o material for normalizado; D8. ASTM-A-662, se o material for normalizado; D9. ASTM-A-724, se o material for normalizado.

NOTA: Os vasos de pressão construídos em aços baixa liga com 1 ¼ % Cr e ½ % Mo; 2 ¼ % Cr e 1 % Mo e 3% Cr e 1 % Mo que estão sujeitos ao fenômeno de fragilização na temperatura de serviço estão sujeitos a requisitos adicionais, devendo ser consultado o API - 959.

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 1 2 3 4 5 6Espessura da chapa em polegadas

(limitada em 4 polegadas para vasos soldados)

Tem

pera

tura

mín

ima

de p

roje

to e

m

0 F

Curva A

Curva B

Curva C

Curva D

Figura 9 - Curvas de referência para determinação da temperatura mínima de projeto dos materiais.

(cópia da figura D-1 do Apêndice D do API-RP-920 - edição 03/90)

Exemplo de aplicação: Determine a temperatura da água para teste hidrostático do vaso de pressão de maneira a minimizar o risco de fratura frágil do vaso durante o teste . Sabendo-se que o vaso tem as características descritas a seguir.

- Vaso cilíndrico horizontal


- Dimensões: diâmetro de 2,0 metros e comprimento total de 7,0 metros

COMPONENTE MATERIAL (ASTM) ESPESSURA (polegadas) CASCO A-285 Gr. C 2,0

TAMPOS A-516 Gr. 60 2,0 PESCOÇO DA B.V. A-283 Gr. C 1,0

PESCOÇO DE BOCAIS A-106 0,5 FLANGES A-105 NA

RESOLUÇÃO

1. Cálculo das temperaturas mínima de projeto de cada material

MATERIAL (ASTM)

ESPESSURA (polegadas)

CURVA DA FIGURA 15a

TEMPERATURA MÍNIMA DE PROJETO

O F O C A-285 Gr. C 2,0 A 100 37.8 A-516 Gr. 60 2,0 C 21 -6,1 A-283 Gr. C 1,0 A 67 19.5

A-106 0,5 B -7 -21.7 2. Determinação da temperatura mínima da água para o teste hidrostático do vaso

COMPONENTE TEMP. MÍN. DE PROJETO (OC)

TEMP. MÍN. DA ÁGUA PARA TESTE (O C)

CASCO 37.8 37.8 + 6 = 43.8 TAMPOS -6,1 -6,1 + 6 = - 0,1

PESCOÇO DA B.V. 19.5 19.5 + 6 = 25.5 PESCOÇO DE BOCAIS -21.7 -21.7 + 6 = -15.7

Resposta: Portanto a temperatura da água para realizar o teste hidrostático do vaso, sem o risco

de ocorrer fratura frágil durante o teste, é de 440 C. 6.2. TESTE PNEUMÁTICO O ensaio pneumático é executado quando o vaso e seus suportes e/ou fundações não sustentam o seu peso d'água, ou quando não for possível uma perfeita secagem para eliminação da água restando traços que não serão permitidos por motivos operacionais de certas unidades. A pressão de teste, em nenhum caso, deve exceder o valor calculado pela expressão a seguir:

onde: PMAvq = pressão máxima admissível de trabalho do equipamento na situação corroída na temperatura de projeto;

Sf = tensão admissível do material na temperatura do teste; Sq = tensão admissível do material na temperatura de projeto;

PTESTE PNEUMÁTICO = 1,25 . PMAvq . ( Sf / Sq )


A pressão no vaso deve ser aumentada gradualmente, até cerca da metade da pressão de teste. Após ter sido alcançado esse valor, a pressão no vaso deve ser aumentada em incrementos de 1/10 da pressão de teste, até a pressão requerida. Em seguida a pressão deve ser reduzida para um valor igual a 80% da pressão de teste, e mantida o tempo suficiente para a inspeção do vaso. (figura 10.

Em alguns casos, é desejável que os vasos sejam testados quando estiverem parcialmente cheios com líquidos. Para tais vasos, pode ser usado um teste hidrostático e pneumático combinado, como uma alternativa ao teste pneumático. Nesses casos a pressão de teste deverá ser a mesma da calculada para o teste pneumático. De acordo com o parágrafo UW-50, nos vasos de pressão, a serem testados pneumaticamente, as seguintes soldas devem ser submetidas, em todo o seu comprimento a um exame de partículas magnéticas ou líquido penetrante, quando o primeiro não for possível, com a finalidade de detectar possíveis trincas: a) Todas as soldas em volta de aberturas. b) Todas as soldas de ângulo com espessura da garganta maior do que 6 mm. Os vasos que operam a vácuo podem ser ensaiados com pressão, que indicará melhor os vazamentos existentes. Como medida de segurança deve-se observar que, durante toda a execução do teste pneumático, até a completa despressurização, somente deverão ter acesso ao vaso e suas imediações as pessoas estritamente necessárias à execução do ensaio e inspeção do equipamento. OBS. O TESTE PNEUMÁTICO SÓ DEVE SER ADOTADO QUANDO NÃO HOUVER OUTRA

ALTERNATIVA.

FIGURA 10- Execução de teste pneumático, conforme o código ASME. LEGENDA DA FIGURA 10: PT = PRESSÃO DE TESTE. 1a ETAPA: PRESSÃO = 50% DA PRESSÃO DE TESTE - t1 = 15 minutos.

TEMPO

t2

t3

t1

PT

0,8.PT

0,5.PT


2a ETAPA: PRESSÃO = 100% DA PRESSÃO DE TESTE - t2 = no mínimo 30 minutos OBS. Por motivo de segurança NENHUMA inspeção deve ser executada nessa etapa.

3a ETAPA: PRESSÃO = 80% DA PRESSÃO DE TESTE - t3 = 15 minutos + o tempo necessário para a inspeção do vaso.

NOTAS: 1. O incremento de pressão entre as etapas 1 e 2 deve ser de 1/10 da pressão de teste.

2. Após completada a 3a ETAPA, reduzir gradativamente até a pressão atmosférica e abrir os bocais superiores para evitar vácuo no esvaziamento.

3. A pressão de teste deve ser calculada conforme o código ASME parágrafo UG-99. 6.3. TESTE DE ESTANQUEIDADE 6.3.1. ESTANQUEIDADE DE BANDEJAS Vazamentos de bandejas, pratos e outros acessórios internos de vasos de pressão causam perdas de eficiência do equipamento, do ponto de vista operacional, podendo acarretar também um acúmulo de produtos em locais do vaso que onde este não foi previsto, podendo influenciar na deterioração do equipamento. O projeto de alguns vasos admite um mínimo de perdas por vazamentos nas bandejas, pratos e outros acessórios o que pode ser verificado por um ensaio específico de estanqueidade. A bandeja é inundada, com água, até a altura da chapa de nível do vertedor, sendo o seu esvaziamento espontâneo cronometrado. A inspeção visual da parte inferior da bandeja indicará o número de gotas que vazam na unidade de tempo, através das regiões de vedação do assoalho da bandeja. 6.3.2. TESTE DE ESTANQUEIDADE PARA CHAPAS DE REFORÇO Esse teste é usado para verificar a existência de vazamentos nas soldas de atracação de chapas de reforço de bocais em vasos de pressão.

Ressaltamos que o teste de estanqueidade não visa a análise da resistência mecânica da solda, nem da chapa de reforço. Recomenda-se que o teste seja conduzido, como descrito a seguir: RESUMO DO TESTE: 1. Colocar ar comprimido ou gás inerte (nitrogênio, hélio ou argônio) através de um niple, com entalhe

na extremidade, conectado no furo de ensaio. (figura 11). OBS. O entalhe no niple é para evitar o bloqueio do gás no caso da extremidade do niple entrar em

contato com o casco do vaso. 2. A chapa deve ser pressurizada com uma pressão entre 0,7 e 1,0 Kgf/cm2. 3. Após 15 minutos da pressurização deve ser colocada, sobre as soldas em teste, uma solução

formadora de bolhas.

OBS. A norma Petrobrás sugere a utilização de uma solução de sabão líquido, glicerina e água na proporção de 1 x 1 x 4,5 de cada componente em volume.


FIGURA 11 - Execução do teste de estanqueidade em chapas de reforço.

6.3.3. TESTE DE ESTANQUEIDADE EM VASOS DE PRESSÃO O teste de estanqueidade em vasos de pressão não é um teste normalizado nem exigido pelos códigos de construção e ou manutenção, mas tem sido adotado a muitos anos em várias empresas antes de pressurizar o vaso com qualquer produto inflamável ou combustível. Esse teste consiste em pressurizar o vaso numa pressão igual ou pouco acima da pressão de operação do vaso usando um fluido não combustível e tem por finalidade verificar a vedação de uniões roscadas e flangeadas. Normalmente o teste é acompanhado por operadores ou em alguns casos conjuntamente com a inspeção. Nos casos em que não é recomendado o uso do teste hidrostático esse teste pode ser usado como um exame não destrutivo adicional no plano de inspeção do vaso, mas nesse caso terá que ser acompanhado pelo inspetor e emitido relatório de teste. Esse teste é também usado como substituto do teste hidrostático em permutadores retirados de operação para limpeza ou outro motivo que não seja a inspeção. 7. PRINCIPAIS CAUSAS DE DETERIORAÇÕES

7.1. INTRODUÇÃO

Com base na Recomendação Prática n° 572 do API as formas de deterioração de equipamentos ocorrem devido a fenômenos eletroquímicos, químicos, mecânicos ou uma combinação desses três. Sendo que a velocidade com que as deteriorações acontecem é determinada pelos seguintes fatores: - Temperaturas acima de 400°C ou abaixo de 15°C; - Variações constantes ou bruscas de temperatura; - Alteração do estado de tensões de um equipamento através de aumento de pressão ou processos de

aquecimento localizado ou diferencial; - Vibrações excessivas; - Grande número de ciclos operacionais, associados a variações de temperatura e / ou pressão;

LOCAIS DE APLICAÇÃO DA SOLUÇÃO FORMADORA DE BOLHAS

EQUIPAMENTO

DE PRESSURIZAÇÃO

MANÔMETRO

VÁLVULAS GLOBO

SAÍDA PARA ATMOSFERA

SOLDAS EM TESTE


- Erosão nos locais de mudança da direção de fluxo; - Escoamento de fluidos em alta velocidade; - Escoamento de fluidos com turbulência; - Existência de frestas.

Para equipamentos construídos em aço carbono que operam com temperaturas abaixo de 400°C a principal causa de deterioração tem sido a CORROSÃO, que nessas condições é um fenômeno de natureza eletroquímica. Os meios mais comuns da industria química e petroquímica que provocam esse tipo de deterioração são meios que contém um ou uma combinação dos seguintes constituintes: - Compostos de enxofre; - Cloretos; - pH acima de 9 ou abaixo de 6; - Ácidos inorgânicos fortes; - Ácidos orgânicos fortes; - Água com pH abaixo de 6; - Aeração diferencial. As regiões de entrada e saída de fluido de um equipamento são pontos onde os mecanismos de deterioração presentes se associam a mecanismos de erosão e / ou turbulência do fluido, sendo locais que merecem uma maior atenção quando de uma inspeção. São exemplos desses locais os seguintes: - vertedores de bandejas; - casco do vaso junto aos vertedores (figura 2) e regiões próximas dos distribuidores e frontais aos

bocais de entrada de fluido no vaso; - chapas de desgaste. Cabe destacar que dependendo das condições climáticas da região onde o equipamento está localizado, bem como do nível de poluição e da umidade relativa do ar, a corrosão atmosférica torna-se uma das formas de desgaste mais importante e que exigi um grande dispêndio com à aplicação de revestimentos protetores como: pintura, galvanização, cadmiação, etc. para ser minimizada. A eficiência desses sistemas de proteção está fortemente relacionada com a preparação da superfície a ser protegida e que no campo passa ser um grande desafio, devido as dificuldades em ser executar uma boa preparação sem agredir o meio ambiente. A utilização do jateamento com areia que vinha sendo largamente usado, com boa eficiência, na preparação de superfícies a serem protegidas não pode mais ser utilizada em locais abertos, na grande maioria dos municípios do território Brasileiro a exemplo de outros países. As figuras 12 e 13 mostram o resultado de um levantamento feito, pela instalação de corpos de prova em regiões diferentes do Estado de São Paulo, onde pode ser observada a influência da umidade relativa do ar e do tipo de poluentes na taxa da corrosão atmosférica para o aço carbono.


050

100

150

0 10 20 30 40

TEMPO ( dias )

GA

NH

O D

E M

AS

SA

(m

g)

U.R. = 58%

U.R. = 80%

U.R. = 97%

o FIGURA 12 - Corrosão do aço carbono, sem proteção, em função da Umidade Relativa do ar numa

atmosfera marinha.

0

20

40

60

80

100

120

0 10 20 30 40

TEMPO ( dias )

GA

NH

O D

E M

AS

SA

(m

g/ d

m2)

U.R. = 90% + 0% SO2

U.R. = 70 % + 0,01%SO2

U.R. = 99% + 0,01% SO2

FIGURA 13 - Corrosão do aço carbono, sem proteção, em função da Umidade relativa do ar e dos

poluentes numa atmosfera industrial. As deteriorações descritas acima devido a corrosão e erosão caracterizam-se por provocarem perda de espessura do material. Um equipamento também está sujeito a alterações metalúrgicas e mecânicas que aparecem na forma de trincas e/ou deformações plásticas localizadas. As alterações metalúrgicas mais usuais em vasos de pressão são: - Grafitização, pode ocorrer em vasos construídos em aço carbono que operam acima de 400°C;


- Fragilização pelo hidrogênio, pode ocorrer quando o fluido interno ao vaso possui hidrogênio molecular ou promove alta taxa de corrosão do casco com geração de hidrogênio através das reações catódicas;

- Fragilização do material devido a precipitação de carbonetos, pode ocorrer em vasos que operam acima de 400°C;

- Fragilização do material devido a corrosão intergranular, normalmente este fenômeno está precedido de precipitação de carbonetos que pode ter ocorrido antes do equipamento entrar em operação, devido a tratamentos térmicos ou procedimentos de soldagem mau executados.

As alterações mecânicas são mais raras e normalmente estão relacionadas a problemas operacionais como: choque térmico, modificações das condições operacionais e vibração excessiva. Outros processos de deterioração dos vasos de pressão estão associados à matéria prima usada na fabricação do vaso. São defeitos não detectados durante os processos de fabricação e montagem que afloram após o vaso passar por uma ou várias campanhas. As falhas deste tipo mais usualmente detectadas são: - Dupla-laminação que podem aflorar após corrosão da superfície do metal ou durante a inspeção por

ultra-som de chapas ou juntas soldadas; - Vazios de fundição que afloram após corrosão da superfície; - Inclusões excessivas que nucleam trincas devido à modificação do estado de tensões nas imediações

das juntas soldadas. Alguns defeitos introduzidos na fabricação por procedimentos indevidos também podem vir a ser observados em inspeções de manutenção, sendo os mais usuais os seguintes: - Defeitos em soldas não identificados na fabricação e montagem, principalmente nas soldas de

atracação de bocais com o casco do vaso, em equipamentos montados antes dos anos 60, época em que o exame de ultra-som não era utilizado, devido a sua baixa confiabilidade;

- Tratamento térmico impróprio, inserindo nos materiais tensões residuais elevadas que podem vir a nuclear trincas após varias horas de operação;

- Tolerâncias dimensionais pouco acima do limite que podem aumentar após horas de operação; - Internos mal instalados que podem reduzir a eficiência do equipamento e provocar deteriorações

mais acentuadas em algumas regiões do que em outras; - Regiões de vedação deficientes que podem piorar após horas de operação.

Considerando o descrito acima podemos concluir que a investigação das causa de deterioração de um equipamento exigem não apenas um conhecimento das suas condições operacionais, como também de um histórico do vaso desde a sua fabricação.

7.2 TIPOS DE DETERIORAÇÃO CAUSADAS PELO HIDROGÊNIO

As falhas causadas pela penetração do hidrogênio no material do casco de vasos de pressão têm cada vez mais merecida à atenção dos técnicos que atuam na área de análise de causas de deterioração e, principalmente, quando se pretende estabelecer a vida remanescente de um equipamento. Por isso, serão descritas a seguir as principais causas de deterioração provocadas pelo hidrogênio nos materiais em geral.


7.2.1 EMPOLAMENTO O empolamento pelo hidrogênio é um DESCOLAMENTO de parte da espessura do metal, devido a penetração de hidrogênio atômico no seu interior, que após ficar retido nas descontinuidades deste, podem provocar uma pressão interna suficiente para originar o descolamento. (figura 14). A figura 6 mostra as etapas de formação do empolamento pelo hidrogênio.

Os materiais mais susceptíveis a sofrerem empolamento pelo hidrogênio são os aços carbono, ligas ferríticas e martensíticas de cromo-ferro e ligas de manganês-ferro. Os elementos de liga: titânio, molibdênio, vanádio e tântalo podem formar hidretos que agravam o problema.

FIGURA 14 - Representação esquemática do empolamento pelo hidrogênio. Uma empresa licenciadora americana de unidades de refino de petróleo recomenda que os empolamentos sejam analisados da seguinte maneira: a) Empolamentos agrupados com profundidades diferentes, são perigosos e a chapa deve ser

substituída. b) Se houver trincas numa área de 20 cm além do perímetro do empolamento, a chapa deve ser

substituída. c) Empolamentos em internos, como: bandejas, chicanas etc. são aceitos. Furar o empolamento para

despressurizá-lo é opcional. d) Quando a espessura de metal sobre o empolamento é menor do que 0,1 da espessura da chapa, o

empolamento é considerado desprezível e não é necessário qualquer tipo de reparo. Furar o empolamento é opcional.

e) Empolamento com alguma dimensão maior do que 80 mm em chapas não conformadas são perigosos. A chapa pode precisar substituição.

f) Em áreas sensíveis como: raio de curvatura de calotas, chapas de reforço, almofadas de suportes e juntas soldadas, qualquer empolamento deve ser reparado ou a chapa substituída.

g) Quando recomendado os empolamentos devem ser furados sobre o empolamento para despressurização da região que reteve o hidrogênio.

H2 H2

H+

H+ H+ H+

H+ H+ H+ H+

H H

H H

H

H

H

MEIO

METAL METAL

EMPOLAMENTO DESCONTINUIDADE


Para possibilitar a análise descrita acima é necessário o seguinte procedimento de inspeção: - Exame visual e mapeamento das regiões empoladas; - Medir a espessura sobre todos os empolamentos; - Executar exame de partículas magnéticas sobre e ao redor do empolamento numa área de no

mínimo 20 cm, a contar do perímetro do empolamento; - Quando necessário, os reparos com solda devem ser feitos usando procedimento de soldagem

específico para cada caso.

FIGURA 15 - Mecanismo de formação do empolamento pelo hidrogênio.

7.2.2 TRINCAS INDUZIDAS PELO HIDROGÊNIO (HIC 23)

Quando o metal não tem ductilidade suficiente para sofrer deformação plástica e aliviar a pressão provocada pelo hidrogênio ou CH4 retida nas suas descontinuidades, ocorrem pequenas fissuras, em geral, em planos paralelos a superfície do metal (figura 16). Na maioria das vezes está associada a regiões soldadas, conformadas ou tencionadas localmente.

FIGURA 16 - Trincas induzidas pelo hidrogênio, localizadas próximas a regiões tencionadas.

23 HIC = Hydrogem Induced Cracking.

HIC (trincas induzidas pelo hidrogênio).

FORMAÇÃO DE HIDROGÊNIO ATÔMICO

PENETRAÇÃO DO H O NO INTERIOR DO METAL

FORMAÇÃO DE H 2 OU CH4 EM DESCONTINUIDADES COMO:

DUPLA-LAMINAÇÃO , INCLUSÕES, VAZIOS, ETC.

EMPOLAMENTO

- Reações catódicas em meios ácidos; - Processos que trabalham com H2 em alta

temperatura. ( H2 → 2Ho ). Exemplo: hidrogenação catalítica.

ATRAVÉS DE

- H2S facilita a penetração do Ho; - As, Se facilitam a penetração; - Superfícies lisas facilitam a penetração.

FATORES QUE INTERFEREM


7.2.3 TRINCAS INDUZIDAS PELO HIDROGÊNIO ORIENTADAS PELO ESTADO DE TENSÃO (SOHIC24)

É um tipo particular de HIC, onde as pequenas fissuras formadas aparecem em vários planos, ao longo da espessura do material, e em geral, se unem formando um desenho similar aos degraus de uma escada (step wise cracking). As fissuras são perpendiculares as tensões de tração atuantes no material. Em geral, estão associadas as tensões residuais de soldagem e ocorrem nas regiões mais moles da ZTA25 (figura 17).

FIGURA 17 - Trincas devido ao hidrogênio unidas na forma de degraus e localizadas próximas a regiões com tensões de tração (SOHIC).

7.3. TRINCAS DEVIDO A CORROSÃO SOB-TENSÃO NA PRESENÇA DE SULFETOS

(SSCC26) Em meios onde existe sulfeto de hidrogênio em quantidade suficiente para catalisar as reações de corrosão, a reação catódica de produção de hidrogênio é catalisada e, além disso, os pitting’s de corrosão formados irão nuclear e facilitar a propagação de fissuras a partir da superfície do metal (figura 18). Em geral, esse tipo de deterioração está associado as regiões onde existem tensões residuais e a nucleação das fissuras ocorre nas regiões endurecidas pelo processo de soldagem (dureza acima de 22 HRC).

FIGURA 18 - Trincas devido ao hidrogênio em meios com sulfeto de hidrogênio (H2S). 8. REGISTROS DA INSPEÇÃO Todas as observações; medidas; tipo, quantidade e resultados dos exames não destrutivos usados durante a inspeção; reparos executados; alterações; etc. devem ser registradas de maneira a constituir um HISTÓRICO individual para cada equipamento. Como já foi mostrado o histórico de um vaso deve no mínimo conter o exigido pela Norma Regulamentadora NR-13. Através do histórico de um vaso de pressão podem ser feitos estudos e previsões de vida residual e reparos, bem como serem analisados meios de combate às suas causas de deterioração.

24 SOHIC = Stress Oriented Hydrogen Induced Cracking. 25 ZTA = Zona Térmicamente Afetada pelo calor da soldagem. 26 SSCC = Sulfide Stress Corrosion Cracking.

step wise cracking

trincas superficiais próximo a soldas


Cada órgão deve criar seus formulários, da maneira que melhor se adapte aos registros que serão efetuados e que facilite a consulta. Algumas empresas do ramo petroquímico costumam adotar 4 formulários para registro das informações, divididos da maneira mostrada na tabela 5. Assim, o histórico de um vaso é formado por um pasta contendo vários formulários. Sendo que os registros de dados técnicos e cálculos estruturais devem ser feitos uma única vez e corrigidos sempre que houver alterações no vaso e os referentes ao resultado da inspeção e medidas efetuadas, devem ser emitidos por inspeção realizada. As figuras 19, 20, 21 e 22 mostram exemplos de formulários que podem ser adotados.

FORMULÁRIO REGISTRO

DADOS TÉCNICOS (Figura 19)

- Unidade operacional a qual o vaso pertence. - Serviço básico do vaso. - TAG. do vaso. - Categoria do vaso segundo a NR-13. - Dados de projeto.(eficiência de junta, extensão da radiografia, alívio de

tensões, código de construção, revestimento, temperatura, pressão, PMTA, pressão de teste hidrostático, sobre-espessura de corrosão e procedimentos utilizados)

- Dados de fabricação.(especificações dos materiais, dimensões, espessuras nominal e mínima de todas as partes do vaso)

- Dados de operação (temperatura, pressão, identificação do dispositivo de segurança do vaso e sua pressão de abertura)

- Alterações - Reparos


(Figura 20)

- Unidade operacional a qual o vaso pertence. - Serviço básico do vaso. - TAG. do vaso. - Tipo de inspeção realizada e a data de início e término da inspeção. - Categoria do vaso segundo a NR-13. - Observações da inspeção realizada. - Recomendações de reparos emitidas. - Reparos executados. - Tipo e quantidade de exames não destrutivos e testes realizados . - Executante dos exames e procedimento utilizado. - Resultados dos exames não destrutivos e testes realizados. - Recomendações para a próxima inspeção. - Previsão de reparos. - Conclusão da inspeção. - Data da próxima inspeção e teste hidrostático.

MEDIDAS EFETUADAS

(Figura 21)

- Unidade operacional a qual o vaso pertence. - Serviço básico do vaso. - TAG. do vaso. - Categoria do vaso - Local e valor das medidas realizadas. - Data e identificação do inspetor. - Método e aparelho usado na medição.


FORMULÁRIO REGISTRO - Cálculo da taxa de corrosão e vida residual.

CÁLCULOS

ESTRUTURAIS (Figura 22)

- Unidade operacional a qual o vaso pertence. - Serviço básico do vaso. - TAG. do vaso. - Categoria do vaso. - Espessura mínima de projeto calculada para cada parte do vaso, usando as

fórmulas do código de projeto.

TABELA 6 - Registros da inspeção.

DADOS TÉCNICOS DO VASO UNIDADE SERVIÇO TAG CATEGORIA

DADOS DE PROJETO

FABRICANTE No DO DESENHO DE CONJUNTO

ALÍVIO DE TENSÕES RADIOGRAFIA NORMA DE PROJETO

EFICIÊNCIA DE JUNTA REVESTIMENTO EXTERNO REVESTIMENTO INTERNO

TEMPERATURA PRESSÃO SOBRE ESPESSURA DE CORROSÃO

PMTA PRESSÃO DE TESTE HIDROSTÁTICO PADRÃO

DADOS DE OPERAÇÃO

TEMPERATURA PRESSÃO DISPOSITIVO DE SEGURANÇA

TAG. PRESSÃO DE AJUSTE

DADOS DE FABRICAÇÃO COMPONENTE MATERIAL DIMENSÕES ESPESSURA

NOMINAL ESPESSURA

MÍNIMA SOBRE

ESPESSURA

CASCO CALOTA S CALOTA N

BOCAIS ESTOJOS PORCAS JUNTAS

BANDEJAS VÁLVULAS

TUBOS INTERNOS ENCHIMENTO


PARTE 6

ASSUNTO PÁGINA

1. ANÁLISE DE DESCONTINUIDADES........................................................

01

1.1. QUALIDADE CONVENCIONAL.............................................................. 01

1.2. QUALIDADE PARA USO ESPECÍFICO................................................... 02

1.3. CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO DE DESCONTINUIDADES ESPECÍFICO PARA VASOS DE PRESSÃO EM OPERAÇÃO......................................

05

1.3.1. DESCONTINUIDADE DO TIPO TRINCA............................................. 05

1.3.2. INCLUSÃO DE ESCÓRIA...................................................................... 23

1.3.3. CORROSÃO POR PITTING................................................................... 23

1.3.4. ÁREA COM REDUÇÃO DE ESPESSURA............................................ 24

1.3.5. ÁREA COM EMPOLAMENTO.............................................................. 34

2. REPAROS ....................................................................................................

37

3. AVALIAÇÃO DE INTEGRIDADE...............................................................

53


1. ANÁLISE DE DESCONTINUIDADES Uma das características de uma junta soldada é a presença de descontinuidades em função do seu tamanho. A qualidade de uma junta depende da tecnologia empregada e das dificuldades específicas para sua fabricação, e é bastante sensível a fatores tais como: processo e procedimento de soldagem, posição de soldagem, habilidade do soldador, dificuldades de montagem, grau de restrição, etc. Para fins estruturais, é indispensável que se efetue um controle de qualidade das juntas soldadas, o que implica na detecção e caracterização de descontinuidades - que podem variar quanto à distribuição, tamanho e natureza (poros, inclusão de escória, trincas etc.) - para, em seguida, compará-las a um padrão de aceitação ou rejeição. Esta necessidade levou a um grande desenvolvimento de técnicas de exames não destrutivos (END). Deste modo, define-se uma lista de descontinuidades inaceitáveis, denominadas defeitos, que deverão ser reparadas ou reavaliadas através de técnicas específicas, baseadas nos conceitos da Mecânica da Fratura. São dois os critérios utilizados no estabelecimento do padrão de comparação para aceitação ou rejeição das descontinuidades, e estão descritos a seguir. 1.1. QUALIDADE CONVENCIONAL A utilização de um processo adequado de soldagem na fabricação, aliada a um controle de qualidade eficiente, permitiu que vários componentes e equipamentos tivessem bom desempenho em serviço. Este fato mostrou que as descontinuidades que permaneceram nestas soldas eram de natureza e dimensões tais que não comprometeram o desempenho estrutural das mesmas. Os padrões de aceitação e rejeição de descontinuidades, nos códigos de construção destes equipamentos, baseiam-se justamente na premissa de que o bom emprego da tecnologia de soldagem leva a uma qualidade convencional (QC) que a experiência em serviço demonstrou ser segura. Esse é o critério de aceitação normalmente utilizado na fabricação e montagem de equipamentos para a industria em geral, baseado portanto em dados de experiências bem sucedidas, sem a necessidade de análises estruturais quanto as possibilidades reais de falhas. Este padrão de qualidade, porém, não se restringe apenas ao controle de descontinuidades é necessário também a obtenção dos níveis de propriedades mecânicas e tolerâncias dimensionais requeridos pelo projeto. Sua definição seguiu uma linha filosófica distante de bases consistentes com uma análise de real significância das descontinuidades, e nem poderia ter sido diferente. Só a partir de 1980, com a publicação do documento PD 649327, é que critérios com embasamento científico para esta análise atingiram o estágio de consolidação necessário a sua aplicação em engenharia. Deste modo, devido ao desconhecimento da real significância das descontinuidades, o limite de qualidade convencional (LQC) definido pelos códigos de construção como, por exemplo o ASME, foi estabelecido com base na qualidade das soldas que um soldador deve ser capaz de produzir rotineiramente. Este critério é arbitrário e muitas vezes desnecessariamente restritivo: poros e inclusões de escória são admitidos até certos tamanhos, enquanto trincas e defeitos planares não são aceitos, independentemente do tamanho. Mesmo assim, alguns códigos estabelecem critérios de registro parcial de descontinuidades que se situam à esquerda do LQC e que são, portanto, aprovados. Conhecidas as descontinuidades, estas são comparadas com o nível de QC. Naturalmente o LQC estará sempre à direita do limite de detecção dos END, e suficientemente à esquerda do limite de segurança

27PD 6493 = Norma Inglesa da British Standards Institute, que apresenta um procedimento para análise de descontinuidades

do tipo planar.


estrutural (LSE). Entretanto, quanto mais para a direita se deslocar o LQC, menor será o índice de reparos, implicando na redução de prazos, custos dos serviços de manutenção e muitas vezes viabilizando a continuidade operacional de equipamentos. (figura 1)

FIGURA 1 - Variação do número de descontinuidades com o seu tamanho em uma junta soldada. 1.2. QUALIDADE PARA USO ESPECÍFICO Em determinadas situações, a análise da significância de descontinuidades para evitar reparos desnecessários pode ser necessária, como por exemplo: a) pequenas descontinuidades cujos reparos podem introduzir defeitos ou descontinuidades de maior

gravidade; b) detecção de descontinuidades durante a fase de operação de um equipamento cujo reparo ou

paralisação do equipamento representa consideráveis riscos; c) detecção de descontinuidades durante a manutenção de equipamentos que já operaram mais do que

25000 horas; d) detecção de descontinuidades em equipamentos cujas as condições operacionais não tem

probabilidade de gerar descontinuidades, sendo estas provavelmente oriundas de falhas durante as fases de fabricação e/ou montagem.

Na análise da significância das descontinuidades tem que ser consideradas: as propriedades mecânicas dos materiais empregados, as tensões em serviço, as características do meio ao qual o material está exposto, o tipo e dimensões da descontinuidade, bem como a possibilidade de sua propagação. Dependendo das condições de serviço, a presença de descontinuidades planares podem se propagar e induzir a diferentes tipos de falhas, como por exemplo: fratura frágil, fadiga, corrosão-fadiga, fluência, corrosão sob tensão, defeitos devido ao hidrogênio, etc. Atualmente qualquer que seja a descontinuidade e seu mecanismo de propagação esta pode ser analisadas com base nos conceitos da mecânica da fratura, com a utilização de dois documentos: API-RP-579, que é uma recomendação prática editada pelo American Petroleun Institute, em Janeiro de 2000

LIMITE DE DETECÇÃO DO ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS

LIMITE DE QUALIDADE

CONVENCIONAL - LQC

LIMITE DE SEGURANÇA ESTRUTURAL

DESC. IGNORAD

DESC. REGISTRADAS

DESC. A SEREM

REPARADAS

TAMANHO

No D

E D

ES

CO

NT

INU

IDA

DE

S


ou a Norma B.S.7910 que trata-se de um documento editado pela Bristis Satandart Institute, em Janeiro de 1999, sendo bastante similares e que geralmente levam a resultados semelhantes. Em função do descrito acima as figuras 2 e 3 , sugerem uma seqüência de etapas a serem seguidas na análise de descontinuidades em vasos de pressão que já tenham operado.

FIGURA 2 - Etapas a serem seguidas na análise de descontinuidades que não afloram a superfície

DESCONTINUIDADES QUE NÃO ESTÃO AFLORANDO A SUPERFÍCIE

REPARO COM SOLDA NÃO É OBRIGATÓRIO TTAT

1. EXECUTAR REPARO TRADICIONAL 2. INSPECIONAR COM PARTÍCULAS

MAGNÉTICAS E ULTRA-SOM OU RADIOGRAFIA

REPARO COM SOLDA É OBRIGATÓRIO TTAT

VERIFICAR OS INCONVENIENTES EM REALIZAR O TTAT LOCALIZADO CONFORME OS

REQUISITOS DO CÓDIGO

TTAT É FÁCIL E NÃO SUBMETE O VASO A GRANDES RISCOS

TTAT É DIFÍCIL OU SUBMETE O VASO A GRANDES RISCOS

1. EXECUTAR REPARO TRADICIONAL 2. EXECUTAR TTAT CONFORME ASME 3. INSPECIONAR COM PARTÍCULAS MAGNÉTICAS

E ULTRA-SOM OU RADIOGRAFIA 4. EXECUTAR MEDIÇÃO DE DUREZA 5. EXECUTAR TESTE HIDROSTÁTICO

1. OBTER PROPRIEDADES MECÂNICAS DO MATERIAL DO COMPONENTE DO VASO COM A DESCONTINUIDADE

2. MAPEAR DESCONT., COM ULTRA-SOM 3. DETERMINAR TENSÕES ATUANTES NA

REGIÃO DA DESCONTINUIDADE

1. NÃO EXECUTAR O REPARO COM SOLDA

2. VERIFICAR POSSIBILIDADE DE EXECUTAR TESTE HIDROSTÁTICO

3. ESTABELECER PROGRAMA DE ACOMPANHAMENTO DA DESCONTINUIDADE

1. REPARAR COM SOLDA , UTILIZANDO UM PROCEDIMENTO DE

SOLDAGEM ESPECIAL OU PROCEDIMENTO TRADICIONAL SEGUIDO DE TTAT LOCALIZADO

ESPECIAL 2. INSPECIONAR A REGIÃO COM

PROPAGAÇÃO POSSÍVEL POR FADIGA, BAIXA TENACIDADE OU

SOBRE PRESSÃO

PROPAGAÇÃO POSSÍVEL POR CST OU HIDROGÊNIO

EXECUTAR ANÁLISE DA DESCONTINUIDADE PELO API -RP-579 OU BS.

DESCONTINUIDADE APROVADA DESCONTINUIDADE REPROVADA

VERIFICAR OS MECANISMO DE PROPAGAÇÃO POSSÍVEIS DA DESCONTINUIDADE

1. EXECUTAR O REPARO COM SOLDA 2. VERIFICAR POSSIBILIDADE DE EXECUTAR TESTE

HIDROSTÁTICO 3. METALIZAR A SUPERFÍCIE REPARADA COM SOLDA 4. ESTABELECER PROGRAMA DE ACOMPANHAMENTO DA

REGIÃO REPARADA


FIGURA 3 - Etapas a serem seguidas na análise de descontinuidades que afloram a superfície.

DESCONTINUIDADES QUE AFLORAM A SUPERFÍCIE

1. REMOVER A DESCONTINUIDADE A FRIO 2. ACOMPANHAR A REMOÇÃO COM O MESMO END USADO NA SUA DETECÇÃO. 3. ADOTAR COMO LIMITE DE REMOÇÃO , A ESPESSURA REMANESCENTE IGUAL A ESPESSURA MÍNIMA CALCULADA PARA O COMPONENTE DO VASO, USANDO AS CONDIÇÕES DE PROJETO DO EQUIPAMENTO E AS FÓRMULAS DO CÓDIGO DE

DESCONTINUIDADE FOI TOTALMENTE REMOVIDA

1. CONFIRMAR A REMOÇÃO DA DESCONTINUIDADE COM O MESMO END USADO NA SUA DETECÇÃO.

2. SUAVIZAR A SUPERFÍCIE, REMOVENDO CANTOS VIVOS, SE POSSÍVEL ADOTAR O PERFIL 3:1

DESCONTINUIDADE NÃO FOI TOTALMENTE REMOVIDA

1. OBTER PROPRIEDADES MECÂNICAS DO MATERIAL DO COMPONENTE DO VASO COM A DESCONTINUIDADE

2. MAPEAR DESCONTINUIDADE, COM ULTRA-SOM 3. DETERMINAR TENSÕES ATUANTES NA REGIÃO

DA DESCONTINUIDADE

1. NÃO EXECUTAR O REPARO COM SOLDA

2. VERIFICAR POSSIBILIDADE DE EXECUTAR TESTE HIDROSTÁTICO

3. ESTABELECER PROGRAMA DE ACOMPANHAMENTO DA DESCONTINUIDADE

1. REPARAR COM SOLDA , UTILIZANDO UM PROCEDIMENTO DE

SOLDAGEM ESPECIAL OU PROCEDIMENTO TRADICIONAL SEGUIDO DE TTAT LOCALIZADO

ESPECIAL 2. INSPECIONAR A REGIÃO COM

PROPAGAÇÃO POSSÍVEL POR FADIGA, BAIXA TENACIDADE OU

SOBRE PRESSÃO

PROPAGAÇÃO POSSÍVEL POR CST OU HIDROGÊNIO

EXECUTAR ANÁLISE DA DESCONTINUIDADE PELO API -RP-579 OU BS.

DESCONTINUIDADE APROVADA DESCONTINUIDADE REPROVADA

1. EXECUTAR O REPARO COM SOLDA 2. VERIFICAR POSSIBILIDADE DE EXECUTAR TESTE

HIDROSTÁTICO 3. METALIZAR A SUPERFÍCIE REPARADA COM SOLDA 4. ESTABELECER PROGRAMA DE ACOMPANHAMENTO DA

REGIÃO REPARADA

VERIFICAR OS MECANISMOS DE PROPAGAÇÃO POSSÍVEIS DA DESCONTINUIDADE


1.3. CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO DE DESCONTINUIDADES ESPECÍFIC O PARA VASOS DE PRESSÃO QUE JÁ OPERARAM

A utilização do método de inspeção adequado é indispensável para uma boa identificação das dimensões e do tipo de descontinuidade a ser analisada. Para possibilitar a análise de um componente contendo uma descontinuidade, aplicando-se os critérios dos documentos API-RP-579 ou da Norma BS.7910, a descontinuidade deverá ser caracterizada em um dos grupos especificados abaixo. No caso de descontinuidades associadas a trincas está deverá ser analisada como uma descontinuidade do tipo trinca. Nos caso em que a identificação da descontinuidade não seja possível ou existirem dúvidas quanto a sua classificação está deverá ser analisada como descontinuidade do tipo trinca. Grupos de descontinuidades:

* DESCONTINUIDADE DO TIPO TRINCA (são descontinuidades do tipo planar, como: trincas, falta de fusão ou falta de penetração);

* INCLUSÕES DE ESCÓRIA e POROS ALINHADOS (essas descontinuidades deverão ser analisadas como descontinuidades do tipo trinca, embora sejam descontinuidades volumétricas);

* CORROSÃO POR PITTING; * ÁREAS COM REDUÇÃO DE ESPESSURA; * ÁREAS COM EMPOLAMENTO.

Os métodos de análise e critérios de aceitação serão apresentados separadamente para cada um desses grupos de descontinuidades descritos acima. Os métodos de análise e critérios de aceitação descritos a seguir foram tirados da Recomendação Prática do American Petroleun Institute, documento API-RP-579, edição de janeiro de 2000. Este trabalho adota o API-RP-579, por considerá-lo mais simples e mais adequado para os equipamentos fabricados e montados de acordo com os critérios do código ASME seção VIII , caso da maioria dos vasos de pressão existente nas industrias do país. 1.3.1. DESCONTINUIDADES DO TIPO TRINCA O processo de avaliação de descontinuidades do tipo trinca tem como base científica os conceitos da Mecânica da Fratura e a análise de falhas com o uso do diagrama FAD (Failure Assessment Diagram), Diagrama de Análise de Falhas. Atualmente esta é a metodologia mais aceita pela comunidade especializada nesse tipo de análise. O documento API-RP-579 só pode ser usado se as condições descritas a seguir forem atendidas:

a) O vaso deve ter sido fabricado e montado respeitando-se os critérios de algum código aceito internacionalmente;

b) O componente não opera na condição de fluência (temperatura menor ou igual a 4000C , para aços carbono, 4550C para aços baixa liga e 5100C para aços de alta liga);

c) Os efeitos das cargas dinâmicas não são as mais significantes para o componente em análise. A análise pode ser feita em três níveis, sendo que o nível 1 é o mais simples de ser realizado, exige menor precisão de dados, entretanto fornece resultados mais conservativos e pode ser realizado por


Técnicos e Engenheiros. A análise pelos níveis 2 e 3 fornecem resultados menos conservativos, entretanto sua utilização é mais complexa além de exigir maior precisão nas informações e só deve ser utilizado por Engenheiros com conhecimento nos conceitos de análise de tensões e mecânica da fratura. O autor deste trabalho entende que uma análise pelos níveis 2 e 3 fogem dos objetivos deste documento. Por isso, será apresentada apenas a análise pelo nível 1. 1.3.1.1. CONDIÇÕES NECESSÁRIAS PARA ANÁLISE DE DESCONTINUIDADES PELO

NÍVEL 1 Para análise pelo nível 1 são necessárias ser atendidas as seguintes condições: a) O componente onde está a descontinuidade deve estar nas formas: plana, cilíndrica ou esférica; b) Para os cilindros e esferas os valores abaixo tem que ser satisfeitos:

b.1.) (Raio interno do cilindro) / (espessura da região) deve ser maior ou igual a 5; b.2.) espessura da região deve ser menor ou igual a 38 mm; c) A descontinuidade deve estar distante mais do que 1,8.(raiz quadrada do produto entre o diâmetro interno do cilindro e a espessura da região) de qualquer descontinuidade estrutural, como regiões de apoio, mudanças de forma, bocais, linha de tangência casco / tampos, etc.);

d) Os componentes sujeitos a tensões de dobramento como: uniões entre cilindros e tampos, bocais, cabeçotes retangulares de resfriadores à ar, etc. devem ser analisados pelos níveis 2 ou 3;

e) O componente aprovado para operar pela análise em nível 1, só poderá ser submetido a teste hidrostático se esse fato for considerado no cálculo (pressão e temperatura);

f) Os componentes com descontinuidades do tipo trinca aprovados para as condições de operação pelo nível 1 que forem submetidos a teste hidrostático, deverão ser reexaminadas e reavaliados após o teste. O teste hidrostático deverá ser realizado com a água numa temperatura acima dos valores extraídos da figura UCS-66 do Código ASME seção VIII divisão 1, de maneira a garantir a tenacidade do material nas condições do teste;

g) Para aços carbono a tensão admissível não deverá ser superior a 25 Ksi (1758 Kgf/cm2); h) Para outros materiais o limite de escoamento deverá ser menor ou igual a 40 Ksi (2812 Kgf/cm2) e o

limite de resistência a tração deverá ser menor ou igual a 70 Ksi (4922 Kgf/cm2); i) As soldas deverão ter sido executadas com consumível de resistência mecânica maior ou igual ao do

metal base; j) Para os valores de tenacidade (na forma de: KIC ou CTOD) deverão ser adotados os valores mínimos. 1.3.1.2. DETERMINAÇÃO DAS DIMENSÕES DA TRINCA A caracterização da descontinuidade do tipo trinca que será analisada pelos critérios do documento API-RP-579 deverá ser feita pelas seguintes dimensões: - Comprimento, valor “2c ou c”, conforme figura 4; - Altura, valor “2a ou a”, conforme figura 4; - Distância a superfície mais próxima, valor “d” , só para descontinuidades internas, conforme figura

4. As trincas passantes (figura 4 a) e de borda (figura 4 b) são definidas por uma única dimensão, já as demais (figura 4c/4d/4e) devem ser transformadas numa elipse ou parte dela e caracterizadas pelas dimensões “c” e “a”. A dimensão “c”, corresponde ao comprimento da trinca ou a metade dele e a dimensão “a” corresponde a altura da trinca ou a metade dela. Para as trincas internas defini-se adicionalmente o parâmetro “d”, como sendo a distância da trinca até a superfície mais próxima (figura 4d).


Quando a trinca não estiver na direção normal as principais tensões atuantes no sentido de propagação da trinca poderá ser determinado o comprimento equivalente da trinca, como mostrado na figura 5. Recomenda-se realizar uma análise conservativa utilizando 2C0 = 2C, independente da direção das principais forçar atuantes.

2c 2c

t t

a) TRINCA PASSANTE

e)TRINCA DE CANTO

d)TRINCA INTERNA

c)TRINCA SUPERFICIAL

b)TRINCA DE BORDA

c c

t t

d

2c 2c

a a t t

t t

2c

2a

2c

2a

t t a

c c

a

FALHA IDEALIZADA FALHA REAL

FIGURA 4 - Nomenclatura e idealização de falhas tipo trinca


Quando a altura da trinca, valor “a ou 2a" da figura 4 não for normal a superfície, deverá ser calculado um novo valor “a0 ou 2a0”, como descrito a seguir: a) Projetar a trinca sobre um plano normal a superfície plana, como mostrado na figura 6; b) Medir o valor do ângulo θ e determinar o valor “W” usando a figura 7; c) Calcular o valor de a0 ou 2a0, pela equação: a0 = a. W ou 2a0 = 2a .W , conforme o caso; d) Calcule o novo valor de “d” que será menor.

σ1 ≥≥≥≥ σ2

σ1

σ1

β

σ2

σ2

σ2

σ1

σ1

2C0

2C

2C

OU

b)

a)

β < 45o

FIGURA 5 - Processo de definição de uma trinca equivalente normal ao plano da tensão principal

β ≥ 45o

OBS. 1. Na análise mais usual, considerada conservativa, adota-se 2 C0 = 2 C.

2. Para uma análise mais precisa são necessárias outras considerações para definir o valor 2 C.


FIGURA 6 – Determinação da altura da trinca para análise, para trincas que não sejam perpendiculares a

superfície, valores de W devem ser tirados da figura 7.

FIGURA 7 – Determinação do valor “W” da figura 6.

Quando o componente apresentar trincas ramificadas deverá ser determinada uma trinca equivalente para executar a análise. A metodologia recomendada para determinar a trinca equivalente está mostrada na figura 8 e descrito a seguir: a) etapa 1: determine um retângulo que envolva toda a região afetada. Defina a dimensão 2 C0 , como

sendo o comprimento do retângulo formado; b) etapa 2: determine o comprimento equivalente 2 C como mostra a figura 8 e depois 2 C0 como

mostrado na figura 5. Alternativamente poderá ser adotado 2 C = 2 C0 , essa é uma estimativa conservativa;

c) etapa 3: determine a profundidade máxima da trinca, como o valor a0 . Adotar para análise o valor de profundidade da trinca, como a = 1,2.a0 .

θ

a0 t a t

θ

2a0 t 2a t

d0 d

SITUAÇÃO REAL SITUAÇÃO DE ANÁLISE

a = a0 . w

2a = 2a0 . w

0,9

0,95

1

1,05

1,1

1,15

1,2

0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 82 90

Valores do angulo theta em graus

Val

ores

de

W


Quando o componente apresentar várias trincas próximas deverá ser determinada uma trinca equivalente para executar a análise. A metodologia recomendada para determinar a trinca equivalente está mostrada na figura 9 e descrito a seguir: a) etapa 1: determinar a trinca equivalente para cada uma das trincas de maneira que todas fiquem

paralelas como mostra a figura 9b;

σ2

σ1

σ2

σ1

σ2

σ1

2c0

2c0

2c t

a0

t a = 1,2. a0

a) Traçar um retângulo ao redor da área com as trincas

b) Falhar planar com o comprimento igual ao comprimento do retângulo

c) Comprimento efetivo para estudo num plano normal ao das tensões principais. (conservativo : 2c = 2c0 ).

d) A profundidade do defeito equivalente será igual a 1,2 vezes a profundidade máxima determinada

FIGURA 8 - Procedimento de tratamento de trincas ramificadas

σ1 ≥ σ2


b) etapa 2: aplique o critério de proximidade mostrado na figura 10 para determinar os valores de C ou 2C e a ou 2 a da trinca equivalente. Caso as trincas estejam combinadas, como mostra a figura 10d, defina o valor de a como a largura do retângulo ao redor das falhas combinadas.

σ2

σ2

σ1

σ2

2c1

2c2 σ1

2c1

2c2

2c3 2c3

σ1

2c1

2c2

2c3

2c

t a

b) CONFIGURAÇÃO EQUIVALENTE a) CONFIGURAÇÃO INICIAL

d) DEFINIÇÃO DAS DIMENSÕES EFETIVAS DAS TRINCAS APÓS PROJEÇÃO SOBRE UM MESMO PLANO

c) CONFIGURAÇÃO EQUIVALENTE APÓS INTERAÇÃO DAS TRINCAS

FIGURA 9 - Tratamento de multi falhas tipo trincas.


FIGURA 10 – Critério de proximidade para a definição de trinca equivalente.

C1 + C2 ≥ S ⇒ 2C = 2C1 + 2C2 + S 2a = o maior valor entre 2a1 e 2a2

2C1 2C2

a1 a2

S

C1 + C2 ≥ S ⇒ 2C = 2C1 + 2C2 + S a = o maior valor entre a1 e a2

2C1

2a1

2a2 a1 + a2 ≥ S ⇒ 2a = 2a1 + 2a2 + S 2C = o maior valor entre 2C1 e 2C2

2C2

2a2

2C1

a1

2C1

a1

a S

a1 + a2 ≥ S ⇒ a = a1 + 2a2 + S 2C = o maior valor entre 2C1 e 2C2

2C2

S

2a1 2a2

2C1 S

2C2

2a1

2C1

S1

2a2

2C2

S2

C1 + C2 ≥ S2 2C = 2C1 + 2C2 + S2

e ⇒ e a1 + a2 ≥ S1 2a = 2a1 + 2a2 + S1

2a2

2C2

2C1

a1

2C1

a1

S1

S2 C1 + C2 ≥ S2 2C = 2C1 + 2C2 + S2

e ⇒ e a1 + a2 ≥ S1 a = a1 + 2a2 + S1


FIGURA 10 (continuação) – Critério de proximidade para a definição de trinca equivalente.

Trincas internas que estão muito próximas a superfície deverão ser analisadas como trincas superficiais, como mostra a figura 11.

FIGURA 11 – Reclassificação de trincas internas próximas a superfície

S

2C1

2C2

2C

C1 + C2 ≥ S ⇒ 2C = ao comprimento total, baseado no comprimento das duas trincas

S1

2C1

2C2

C1 + C2 ≥ S1 e ⇒ 2C = 2C1 + 2C2 + S2

C1 + C2 ≥ S2

S2

d

2a b

2C b

2C S

a s

2CS = 2Cb + 2d se d / t < 0,2 ⇒ e a S = 2 a b + d

t


Trincas superficiais com profundidade maior do que 80% da espessura deverão ser analisadas como trinca passante, como mostra a figura 12.

FIGURA 12 – Reclassificação de trincas superficiais profundas

1.3.1.3. CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO PARA DESCONTINUIDADE S DO TIPO TRINCA PELO

NÍVEL 1 DO API-RP-579 A análise pelo nível 1 é uma análise simples, fácil de ser executada e por isso bastante conservativa. Os critérios descritos a seguir estão baseados em valores conservativos: de tensões admissíveis e tenacidade dos materiais, definidos considerando que todos os requisitos descritos no item 1.3.1.1 estão sendo atendidos. Por isso, se houver alguma dúvida quanto ao atendimento de algum desses requisitos a análise deverá ser executada pelo nível 2 ou 3, conforme o caso. Etapas que devem ser seguidas para análise de descontinuidades do tipo pelo nível 1 do documento API-RP-579, edição de janeiro de 2000: a) etapa 1: determine a temperatura a ser usada na análise. Esta determinação deve ser baseada nas

condições operacionais, de projeto do componente que está sendo analisado e de teste hidrostático, se for o caso;

b) etapa 2: determine as dimensões como descrito no item 1.3.1.2 deste trabalho. Os valores necessários para realizar a análise são: comprimento, altura e distância “d” da descontinuidade até a superfície mais próxima, como mostra a figura 4.

c) etapa 3: determine qual das figuras será usada para análise da descontinuidade, como descrito abaixo:

c.1. para descontinuidades localizadas em soldas longitudinais de componentes cilíndricos em que a descontinuidade é paralela a junta soldada, deverá ser usada a figura 14;

c.2. para descontinuidades localizadas em soldas longitudinais de componentes cilíndricos em que a descontinuidade é perpendicular a junta soldada, deverá ser usada a figura 15;

c.3. para descontinuidades localizadas em soldas circunferências de componentes cilíndricos em que a descontinuidade é paralela a junta soldada, deverá ser usada a figura 16;

c.4. para descontinuidades localizadas em soldas circunferências de componentes cilíndricos em que a descontinuidade é perpendicular a junta soldada, deverá ser usada a figura 17;

c.5. para descontinuidades localizadas em soldas circunferências de componentes esféricos em que a descontinuidade é paralela a junta soldada, deverá ser usada a figura 18;

c.6. para descontinuidades localizadas em soldas circunferências de componentes esféricos em que a descontinuidade é perpendicular a junta soldada, deverá ser usada a figura 19.

t a S

2c S

t

2c t

se a S / t > 0,8 ⇒ 2C t = 2C s + 2 (t - a S)


d) etapa 4: determine a curva que deverá ser usada da figura escolhida acima, como segue: d.1. as linhas sólidas deverão ser usadas para descontinuidades em que o valor a/t ou 2a/t

sejam menores ou igual a ¼; d.2. as linhas tracejadas deverão ser usadas para as demais descontinuidades. d.3. as curvas “A” deverão ser usadas quando a descontinuidade estiver localizada no metal

base, ( descontinuidades em que a distância até uma junta soldada seja maior ou igual a 1,8. , onde D = diâmetro interno e t = espessura do componente);

d.4. as curvas “B” deverão ser usadas quando a descontinuidade estiver localizada na solda ou zona térmicamente afetada pelo calor de uma junta soldada que tenha sido tratada térmicamente após a soldagem para alívio de tensões;

d.5. as curvas “C” deverão ser usadas quando a descontinuidade estiver localizada na solda ou zona térmicamente afetada pelo calor de uma junta soldada que NÃO tenha sido tratada térmicamente após a soldagem para alívio de tensões;

e) etapa 5: condições limites na aplicação das curvas:

e.1. quando a espessura do componente é menor ou igual a 25,4 mm e a curva de ¼ (curva sólida) foi utilizada a altura limite para as descontinuidade é de 0,25.t (t = espessura do componente);

e.2. quando a espessura do componente é maior do que 25,4 mm e a curva de ¼ (curva sólida) foi utilizada a altura limite para as descontinuidade é de 6,3 mm.

f) etapa 6: determine a temperatura para entrar no eixo x das figuras 14 a 19, através da temperatura determinada pela expressão (T – TREF + 100) 0 F ou (T – TREF + 55,6) 0 C, onde: T = temperatura de análise determinada. O menor valor entre a temperatura de operação ou

mínima de projeto. No caso de realizar teste hidrostático após a análise deverá ser considerada também a temperatura de teste.

TREF = temperatura de referência do material. Esse valor deverá ser determinado pela figura UCS-66 do código ASME seção VIII divisão 1, que está reproduzida na figura 13 e proceder como descrito a seguir:

f.1. etapa 1: escolher a curva da figura 13, com base na especificação do material do componente em análise. As famílias dos materiais das curvas são:

CURVA A : A curva “A” é indicada para todos os aços carbono e baixa liga na forma de chapas, tubos,

barras, forjados ou fundidos que não estejam relacionados nas curvas B, C e D. Exemplos de especificações usuais em vasos de pressão em que se aplica a curva A: ASTM-A-283 todos os graus, (aço carbono); ASTM-A-201 todos os graus, (aço carbono); ASTM-A-212 todos os graus, (aço carbono); ASTM-A-203 Gr. B, (aço C-Mo); ASTM-A-285 Gr. C, (aço carbono); ASTM-A-515 Gr. 70, (aço carbono); ASTM-A-387 Gr. 11, (aço com 1 ¼ %Cr - ½ % Mo); ASTM-A-387 Gr. 12, (aço com 1% Cr - ½ % Mo); ASTM-A-387 Gr. 22, (aço com 2 ¼ %Cr - 1% Mo)

D . t


CURVA B : A curva “B” é indicada para os aços relacionados a seguir: B1. ASTM-A-285 Gr. A e B; B2. ASTM-A-414 Gr. A; B3. ASTM-A-442 Gr. 55 com espessura acima de 1 polegada, se o material não tiver granulação fina e

não for normalizado; B4. ASTM-A-442 Gr. 60 se o material não tiver granulação fina e não for normalizado; B5. ASTM-A-515 Gr. 55 e 60; B6. ASTM-A-516 Gr. 65 e 70 se o material não for normalizado; B7. ASTM-A-612, se o material não for normalizado; B8. ASTM-A-662 Gr. B, se o material não for normalizado; B9. ASTM-A-724, se o material não for normalizado; B10. Todos os materiais listados na curva “A”, se tiverem granulação fina e forem normalizados; B11. Todos os tubos, “tubings” e acessórios de tubulação. CURVA C: A curva “C” é indicada para os aços relacionados a seguir: C1. ASTM-A-182 Gr. 21 e 22, se o material não for normalizado e revenido; C2. ASTM-A-302 Gr. C e D; C3. ASTM-A-336 Gr. F21 e F22, se o material não for normalizado e revenido; C4. ASTM-A-387 Gr. 21 e 22, se o material não for normalizado e revenido; C5. ASTM-A-442 Gr. 55, com espessura inferior a 1 polegada, se o material não tiver granulação fina e

não for normalizado; C6. ASTM-A-516 Gr. 55 e 60, se o material não for normalizado; C7. ASTM-A-533 Gr. Be C; C8. ASTM-A-662 Gr. A; C9. Todos os materiais listados na curva “B”, se tiverem granulação fina e forem normalizados. CURVA D: A curva “D” é indicada para os aços relacionados a seguir: D1. ASTM-A-203; D2. ASTM-A-442, se o material tiver granulação fina e for normalizado; D3. ASTM-A-508 Classe 1; D4. ASTM-A-516 , se o material for normalizado; D5. ASTM-A-524 Classe 1 e 2; D6. ASTM-A-537 Classe 1 e 2; D7. ASTM-A-612, se o material for normalizado; D8. ASTM-A-662, se o material for normalizado; D9. ASTM-A-724, se o material for normalizado.

f.2. etapa 2: após escolhida a curva a ser utilizada entra-se no eixo x com o menor valor da espessura do componente, medida próxima da região onde está localizada a descontinuidade.

f.3. etapa 3: determina-se depois o valor da temperatura mínima de projeto para esse material com a espessura definida acima. Esse valor de temperatura é o valor a ser adorado para a temperatura TREF .


-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 1 2 3 4 5 6Espessura da chapa em polegadas

(limitada em 4 polegadas para vasos soldados)

Tem

pera

tura

mín

ima

de p

roje

to e

m

0 F

Curva A

Curva B

Curva C

Curva D

Figura 13 - Curvas de referência para a determinação da temperatura mínima de projeto em função da

especificação do material e espessura utilizada, conforme o código ASME seção VIII divisão 1, figura UCS-66.

g) etapa 7: com o valor da temperatura calculado como mostrado acima, figura e curva de análise

escolhidas determine o comprimento máximo admitido para a descontinuidade, “valor 2c”. h) etapa 8: se o valor determinado acima é maior ou igual ao valor da descontinuidade existente o

componente está aprovado e não é necessário reparo.


FIGURA 14 – Limites de aceitação para descontinuidades do tipo trinca, aplicado a soldas longitudinais de cilindros, com a descontinuidades paralela a junta soldada.


FIGURA 15 – Limites de aceitação para descontinuidades do tipo trinca, aplicado a soldas longitudinais de cilindros, com a descontinuidades perpendicular a junta soldada.


FIGURA 16 – Limites de aceitação para descontinuidades do tipo trinca, aplicado a soldas circunferênciais de cilindros, com a descontinuidades paralela a junta soldada.


FIGURA 17 – Limites de aceitação para descontinuidades do tipo trinca, aplicado a soldas

circunferênciais de cilindros, com a descontinuidades perpendicular a junta soldada.


FIGURA 18 – Limites de aceitação para descontinuidades do tipo trinca, aplicado a soldas circunferênciais de esferas, com a descontinuidades paralela a junta soldada.


FIGURA 19 – Limites de aceitação para descontinuidades do tipo trinca, aplicado a soldas

circunferênciais de esferas, com a descontinuidades perpendicular a junta soldada.

1.3.2. INCLUSÕES DE ESCÓRIA Falhas internas como inclusões de escória são caracterizadas pelo comprimento ( 2c), profundidade (2a) e a distância da superfície mais próxima (d). Esta caracterização é idêntica a utilizada nas trincas, como mostrado na figura 4d. As inclusões de escória devem ser analisadas como descontinuidades do tipo trinca ou então acompanhadas em intervalos de inspeção definido com base no documento API-RP-581. (Inspeção com base no risco)

1.3.3. CORROSÃO POR PITTING Para à análise das áreas com corrosão por pitting deve ser usado o critério de aceitação descrito na Recomendação Prática do API 510, ou seja: “Uma área com pitting será aceita se TODOS os itens descritos a seguir forem satisfeitos”


a) Nenhum pitting pode ter profundidade maior do que a metade a espessura de projeto do vaso

(espessura nominal28 - sobre espessura de corrosão) b) Num círculo de diâmetro igual a 200 mm, a soma das áreas da superfície do vaso com pitting não

pode ser superior a 45 cm2 . c) A soma das dimensões dos pitting numa linha reta aleatória traçada no interior de um círculo de 200

mm não pode ser maior do que 50 mm. ( figura 20 )

1.3.4. ÁREA COM REDUÇÃO DE ESPESSURA Uma área é considerada de espessura reduzida quando a sua perda de espessura for maior do que a sobre espessura de corrosão, ou quando a espessura remanescente for menor que a espessura de projeto, calculada com base nas condições de projeto do vaso, aplicando-se as fórmulas de cálculo do código utilizado no projeto. A análise de componentes pressurizados com redução de espessura devido a corrosão e ou erosão feita pelo documento API-RP-579 pode ser usada para possibilitar a continuidade em operação nas condições de projeto ou reclassificá-lo para uma nova condição de operação. A análise é feita com base numa espessura mínima determinada de maneira apropriada quando a perda de espessura é uniforme. Quando existem áreas com perdas de espessuras diferentes a definição da espessura mínima poderá ser feita através do uso de um perfil de espessura como mostrado na figura 24.

28espessura nominal = espessura mínima calculada pelo código + ajustes comerciais + acréscimos de deformação

200 mm ( 8 in )

d1

d2

d3

DETALHE

CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO :

d1 + d2 + d3 + ......... + dn ≤≤≤≤ 50 mm ( 2 in )

FIGURA 20 - Procedimento de medida para área com pitting.


A distinção entre áreas com perda de espessura uniforme e localizada pode ser feita através do levantamento do perfil de perda de espessura. 1.3.4.1. CONDIÇÕES LIMITES PARA REALIZAR A ANÁLISE A análise pode ser aplicada para áreas com perda de espessura uniforme ou localizada ou ainda para os casos em que a perda de espessura prevista, com base na taxa de corrosão medida, irá exceder o valor admissível de perda por corrosão. A perda de espessura pode ser devido a deterioração da superfície interna ou externa do componente. Serão mostrados dois processos de análise: um com avaliação da espessura remanescente através de um perfil de espessura e o outro através de medida pontual. Os componentes que não forem aprovados para operação poderão ser reclassificados para uma nova condição de operação. Essa reclassificação deverá ser feita usando as fórmulas do código de construção para o cálculo da espessura mínima, determinando-se uma nova condição combinada de pressão e temperatura de operação, fazendo o caminho inverso do usado no cálculo da espessura mínima. A exemplo do descrito para análise de falhas do tipo trinca, também neste caso a análise poderá ser feita em três níveis de aceitação. A análise em nível 1 é mais simples, exige menor precisão dos dados de campo, porém os resultados são mais conservativos e tem maiores limites de aplicação. Já o nível 3 pode ser aplicado a qualquer situação, mas exige dados de campo mais precisos, é mais difícil de ser realizado, porém os resultados são menos conservativos. A análise em nível 2, também se aplica a praticamente todos os casos, tem a vantagem de ser menos complexo que o nível 3, exige uma precisão nos dados de campo menor do que o nível 3, mas os resultados são mais conservativos do que o nível 3 e menos do que o nível 1. É normalmente o nível de análise mais utilizado, entretanto sempre que possível recomenda-se realizar a análise em nível 1. Para realizar a análise utilizando-se os critérios do nível 1 ou 2 é necessário que o componente a ser avaliado atenda aos seguintes requisitos de fabricação, montagem e inspeção: a) O componente tem que ter sido projetado, montado e inspecionado de acordo com os requisitos de um

código de construção reconhecido internacionalmente; b) O componente não opere sobre condições de fluência, ou seja, a temperatura de projeto deverá ser

menor ou igual aos valores mostrados na tabela 1; c) A região a ser analisada tem contornos suaves, sem entalhes (isto é não existem pontos de

concentrações de tensões); d) O componente não está sujeito a serviços cíclicos, ou seja o componente está sujeito a menos do que

150 ciclos de pressão e/ou temperatura, incluindo paradas e partidas, considerando seu histórico de operação e previsões futuras;

e) O componente não contém descontinuidades do tipo trinca; f) O componente foi projetado considerando todas as cargas que atuam sobre ele na condição de

operação; g) A análise pelo nível 1 se aplica aos seguintes componentes:

g.1) Seções cilíndricas, esféricas e cônicas de vasos de pressão; g.2) Tanques de estocagem; g.3) Tampos nas formas: esféricos, elípticos e toresféricos; g.4) Trechos retos de tubulações; g.5) Curvas ou tubos curvados, onde não tenha suportação.

h) A análise pelo nível 2 se aplica aos seguintes casos: h.1) Bocais de vasos de pressão, tanques e derivações de tubulações;


h.2) Transições cônicas e regiões com reforço; h.3) Tampos planos de cilindros; h.4) Flanges; h.5) Os componentes não aprovados no nível 1.

i) A análise pelo nível 3 é indicada nos casos onde existem grandes descontinuidades estruturais, como: união entre tampos e cascos cilíndricos, regiões com anéis de resistência, regiões onde estão localizadas a suportação do equipamento e as situações não cobertas pelo nível 2. Aplica-se também nos casos em que o componente está sujeito a carregamento cíclico ou opera na condição de fluência.

MATERIAL TEMPERATURA LIMITE (OC) Aço carbono, carbono ½ molibdênio e aços inoxidáveis ferríticos

4000C

Aços baixa liga tipo Cromo e Molibdênio 4550C Aços inoxidáveis Austeníticos 5100C Ligas de alumínio 900C

TABELA 1 – Temperaturas limite usadas para definir a faixa de fluência 1.3.4.2. DADOS REQUERIDOS PARA A ANÁLISE Para realizar a análise são necessárias informações sobre os dados de projeto, histórico de inspeção e medidas da região a ser analisada. A análise pode ser feita com valores de medida de espessura pontuais ou através de perfil de espessura. Deverá ser feita pelo menos 15 leituras de espessura na região a ser analisada, caso o coeficiente de variação das medidas (COV) menos a perda de espessura prevista até a próxima inspeção for maior do que 10% da espessura mínima medida deverá ser usado o perfil de espessura para a definição da espessura mínima medida da região a ser analisada. COV = COV – FCA > 0,10 ⇒ usar perfil de espessura FCA = perda de espessura prevista até a próxima inspeção = (taxa de corrosão) x (tempo até a próxima

inspeção) A escolha dos pontos de medida deverá ser feita pelo inspetor com base na inspeção visual feita na região com redução de espessura de maneira que as medidas sejam representativas de toda a região. Caso não exista acesso a região, deverá ser adotado a distância entre medidas como mostrado na figura 21.

desvio padrão das medidas realizadas

Média das espessuras medidas


tMIN = espessura mínima calculada com a fórmula do código, condições de projeto e propriedades dos

materiais. FIGURA 21 – Distância entre linhas de medida quando não se tem acesso a região com perda de

espessura O perfil de espessuras de um componente deverá ser levantado como descrito a seguir: a) etapa 1: determinar o plano de inspeção para medição da espessura, como segue:

a.1) Para Vasos de Pressão e Esferas: o plano de inspeção é determinado em função das linhas circunferênciais e meridionais;

a.2) Para cascos cilíndricos, cônicos e esferas: os pontos de medida serão os pontos de encontro das linhas circunferências e meridionais, como mostrado nas figuras 22 ou 23.

OBS. Os valores determinados sobre as linhas circunferências C1, C2, etc. são as medidas circunferênciais e os valores M1, M2, etc. são as medidas meridionais. A distância entre as linhas circunferenciais e meridionais pode ser como mostrado na figura 21.

FIGURA 22 – Pontos de medida para tampos de vasos e esferas

LS

LS

D.tMIN

LS = menor valor entre: 0,36. e 2. (espessura nominal = tMIN +

sobre espessura de corrosão)

Pontos de medida

M1

M2

M3

C1 C2 C3

Região com perda de espessura

Casco esférico ou tampo conformado

Eixo do vaso ou eixo vertical da esfera


FIGURA 23 – Pontos de medida para vasos cilíndricos e cônicos b) etapa 2: determinar os valores de espessura mínima medida (tMM), nas direções meridional e

circunferêncial; c) etapa 3: calcular a espessura mínima requerida (tMIN) para esse componente do vaso, através da

fórmula do cálculo, com as condições de projeto e propriedades mecânicas do material; e) etapa 4: determinar o Perfil Crítico de Espessura Mínima (CTP) nas direções meridional (linha M)

e circunferêncial (linha C). A CTP de cada direção é determinada pela união dos pontos de espessura mínima em cada direção, considerando todas medidas executadas, como mostra a figura 24.

FIGURA 24 – Perfil de espessura mínima crítica nas direções circunferêncial e meridional

C1

C2

C3

M3 M2 M1


C1

C2

C3

M3 M2 M1


LC LC

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 M1

M2

M3

M4

M5

Linha M – perfil de espessura mínima na direção longitudinal Linha C – perfil de espessura

mínima na direção circunferêncial

Área com perda de espessura


e) etapa 5: com a linha M traçada com os valores de espessura mínima na direção meridional ou longitudinal (para cascos cilindricos) e o valor da espessura mínima calculada (tMIN), determina-se o valor da extensão meridional ou longitudinal da área com redução de espessura, chamada de tamanho “s” , como mostra a figura 25;

FIGURA 25 – Determinação da dimensão “s” f) etapa 6: com a linha C traçada com os valores de espessura mínima na direção circunferêncial e o

valor da espessura mínima calculada (tMIN), determina-se o valor da extensão circunferêncial da área com redução de espessura, chamada de tamanho “c” , como mostra a figura 26;

FIGURA 26 – Determinação da dimensão “c” g) etapa 7: verificar a proximidade com outras áreas com redução de espessura utilizando o critério

estabelecido na figura 27 para definir os valores dos tamanhos “s” e “c” que serão usados na análise da região com espessura reduzida. A figura 28 mostra de maneira prática a utilização dos critérios estabelecidos na figura 27, para a definição do tamanho “s” da área a ser analisada;

h) etapa 8: determinar o valor “s” da área a ser analisada, considerando a proximidade com outras áreas

com redução de espessura, como mostrado na figura 28. OBS. Nos casos em que as áreas com redução de espessura localizadas próximas de grandes

descontinuidades, devem ser tomados maiores cuidados para se estabelecer a espessura mínima medida (tMM) que represente a área. Para esses casos deverá ser usado o nível 2 de análise. São exemplos de áreas com grande redução de espessura: as regiões onde existem bocais, pontos de atracação da suportação do equipamento, regiões de transição cônicas e conexões flangeadas.

s

tMIN tMM

Linha M

tMIN

tMM

Linha C

c


ETAPA 2: desenhar uma segunda caixa duas vezes maior que a primeira ( 2s x 2c ). Nenhuma outra área com redução de espessura ou outra descontinuidade estrutural poderá entrar dentro dessa segunda caixa.

c

2c

s 2s

c

s

LC LC

ETAPA 1: desenhar uma caixa que inclua completamente a área marcada. Medir a máxima extensão meridional (longitudinal) “s” e a máxima extensão circunferêncial “c” da caixa. Estas serão as dimensões da área de redução de espessura a serem consideradas no estudo.

ETAPA 3: se houver alguma outra área com redução de espessura que interfira na caixa traçada inicialmente, deverá ser traçada outra caixa maior que envolva então esta nova área também e se retornar a etapa 2.

s

2c

c

s 2s

LC

c

LC

FIGURA 27 – Critério de proximidade entre áreas com redução de espessura que deve ser usado para determinar os tamanhos “s” e “c” da área com redução de espessura a ser analisada. A dimensão “s” se refere ao tamanho meridional ou longitudinal e a dimensão “c” se refere ao tamanho circunferêncial


FIGURA 28 – Determinação da dimensão “s” para análise para nos casos de área isolada e áreas

próximas. 1.3.4.3. CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO PELO NÍVEL 1 O critério de aceitação estabelecido pelo nível 1 do documento API-RP-579 está limitado aos equipamentos que atendem as condições já descritas no item 1.3.4.1, quando o componente com redução de espessura causada por corrosão e/ou erosão, ou outro processo de deterioração atender também as seguintes condições: a) Seções cilíndricas, esféricas e cônicas de vasos de pressão; b) Tanques de estocagem; c) Tampos nas formas: esféricos, elípticos e toresféricos; d) Trechos retos de tubulações; e) Curvas ou tubos curvados, onde não tenha suportação; f) A região não esteja próxima de grandes descontinuidades estruturais, como: bocais, pontos de

atracação da suportação do equipamento, regiões de transição cônicas e conexões flangeadas.

s

tMIN t

tMM

Determinação do tamanho “s” para área uma com redução de espessura isolada

s

tMIN t

tMM

Determinação do tamanho “s” para análise quando existem duas os mais áreas com redução de espessura próximas.


Etapas que devem ser seguidas na análise: � Etapa 1: Determinar o valor da espessura mínima do componente com redução de espessura (tMIN)

com base: na fórmula do código de construção, condições de projeto e propriedades do material;

� Etapa 2: Determinar o valor da espessura mínima medida da região com redução de espessura (tMM), conforme descrito no item 1.3.4.2. Se for usado perfil de espessura passe para a etapa 3.

� Etapa 2a: No caso de não ser utilizado perfil de espessura, determine o valor do coeficiente de variação das medidas (COV) menos a perda de espessura prevista até a próxima inspeção se esse valor for menor ou igual a 0,10 passe para a etapa 3. Caso contrário a análise deverá ser feita através do perfil de espessura ou adotando-se o nível 3 de aceitação.

COV = COV – FCA > 0,10 ⇒ usar perfil de espessura FCA = perda de espessura prevista até a próxima inspeção = (taxa de corrosão) x (tempo até a

próxima inspeção) OBS. Desvio padrão das medidas =

N = número de medidas realizadas, mínimo de 15.

� Etapa 2b: Determinar o valor da espessura mínima, média, medida da região com redução de espessura (tAM). Esse valor é a média aritmética das espessuras mínimas medidas, no caso de medições diretas e a média aritmética das espessuras mínimas medidas na Curva do Perfil de Espessura Crítica (CPT), conforme figura 24, Linhas M e C. Consideradas as medidas da dimensão “L”, determinada abaixo.

Para determinar a Dimensão “L” que deve ser considerada para os valores de espessura, determine o valor “Rt” (razão de espessura), calculado conforme a equação abaixo.

Rt =

Onde: tMM = espessura mínima medida tRD = espessura medida ao lado da região com perda de espessura. FCA = perda de espessura prevista até a próxima inspeção = (taxa de corrosão) x (tempo até a próxima inspeção) Calcule o comprimento da área com perda de espessura, L

L = Q .

Onde: L = comprimento de interesse da área com redução de espessura. D = diâmetro interno do cilindro, cone (maior diâmetro na região com redução de espessura), esfera, tampo conformado: para a região central de tampos elípticos, determinar o diâmetro equivalente KC.DC, onde DC é o diâmetro interno da região cilíndrica e KC é fator determinado como mostrado a seguir; para seção central de tampos toresféricos KC é igual a duas vezes o raio de curvatura da região esférica.

desvio padrão das medidas realizadas Média das espessuras medidas

N . ∑ (tMM)2 – ( ∑ tMM )2

N . ( N – 1 )

tMM - FCA tRD

D . tMIN


Q = fator tirado da tabela 2, com base no valor da razão da espessura remanescente Rt e no fator de resistência remanescente, recomenda-se adotar SEMPRE o valor 0,90 (RSFa = 0,90)

TABELA 2 – Valores de Q para o cálculo da dimensão “L”, a ser considerada no cálculo de tAM pelo método do Perfil de Espessura Mínima Crítica Assim, tem-se o valor chamado de tAM da região com perda de espessura, medido através do perfil de espessura crítico da região. � Etapa 3: Com os valores de: entre na tabela 2A para verificar se a região está aceita ou precisa ser

recuperada.

VALORES DO COMPRIMENTO PARA ESPESSURA MÉDIA - L


CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO PARA PERDA DE ESPESSURA Parâmetros de Análise

Nível 1 - Casco: Cilíndrico, esférico e cônico e Tampos

Nível 2 - Casco: Cilíndrico, esférico e cônico e Tampos

Medição por Pontos (PTR)

tAM - FCA ≥ tMIN tAM - FCA ≥ RSFa .tMIN

Casco cilíndrico e cone Casco cilíndrico e cone tAM (S) - FCA ≥ tMIN (C) tAM (S) - FCA ≥ RSFa .tMIN (C) tAM (C) - FCA ≥ tMIN (L) tAM (C) - FCA ≥ RSFa . tMIN (L)

Casco esférico e tampos Casco esférico e tampos

Medição por Perfil (CTP),

no comprimento

"L" Menor entre (tAM (C) e tAM (S)) - FCA ≥ tMIN

Menor (tAM (C) e tAM (S)) - FCA ≥ RSFa . tMIN

Para Vasos de Pressão

RSFa = 0,90

ONDE: tAM : espessura média dos valores medidos para, medição por pontos. tAM (S): espessura média dos valores medidos na direção Meridional ou Longitudinal, quando o valor é determinado através do perfil de medidas. tAM (C): espessura média dos valores medidos na direção Circunferêncial, quando o valor é determinado através do perfil de medidas. FCA: perda de espessura prevista até a próxima inspeção e medição ou zero quando a região for protegida. tMIN : espessura mínima calculada para a região com perda de espessura. tMIN (C) : espessura mínima calculada para a região com perda de espessura, considerando as tensões circunferênciais e usando a fórmula do código para tensões circunferênciais. tMIN (S) : espessura mínima calculada para a região com perda de espessura, considerando as tensões longitudinais e usando a fórmula do código para tensões longitudinais. RSFa: Fator de Segurança Remanescente Admissível = (carga para colapso plástico com a descontinuidade / carga para colapso plástico sem a descontinuidade). Para os vasos de pressão é recomendado que seja adotado 0,90 para esse fator. 1.3.5. ÁREA COM EMPOLAMENTO Empolamentos são causados pelo acúmulo de hidrogênio atômico em defeitos e ocorrem geralmente com a exposição a meios com a presença de sulfeto de hidrogênio ( H2S ) úmido. Os empolamentos são descobertos pela formação de bolhas superficiais, visíveis, mais facilmente, quando se usa uma luz lateral encostada na superfície empolada, próximo do empolamento devido a formação de sombras. Dupla laminação em chapas não são consideradas empolamentos, a menos que existam evidência claras de acúmulo de hidrogênio no seu interior. Para a analise de uma área com empolamento são necessárias as seguintes medições:

a) Diâmetro do empolamento, “d ”. Para empolamentos não circulares a dimensão axial deve ser considerada como diâmetro. b) Espessura mínima remanescente da região empolada. ( figura 29) c) Localização do empolamento no vaso em relação a proximidade com soldas ou áreas de concentração de tensões. d) Verificar se existem trincas associadas as bordas do empolamento ou próximas do empolamento.


e) Separar empolamento aberto ( ventado ) e não aberto. A figura 18 mostra exemplos de vários empolamentos.

d

tmín

a) Empolamento ventado sem trincas nas bordas.

g) Empolamento não ventado com trinca nas bordas na direção do lado mais próximo a superfície.

h) Empolamento não ventado com trinca nas bordas na direção do lado contrário a superfície mais próxima.

b) Empolamento ventado com trinca nas bordas na direção do lado ventado.

c) Empolamento removido - Área com redução de espessura

d

tmín

e) Empolamento ventado com trincas nas bordas em ambas as direções.

a

d

tmín

d

tmín

a

Figura 29 - Exemplos de empolamentos de hidrogênio.

a

d

tmín

d) Empolamento ventado com trincas nas bordas na direção oposta ao lado ventado.

d

tmín

f) Empolamento não ventado, sem trincas nas bordas.

d

tmín

d

tmín


1.3.5.1. CRITÉRIO DE ACEITAÇÃO DE ÁREAS COM EMPOLAM ENTO UM EMPOLAMENTO SERÁ CONSIDERADO EM BOAS CONDIÇÕES E NÃO PRECISARÁ SER REPARADO SE NÃO ESTIVER ASSOCIADO A TRINCAS E SE TODAS AS CONDIÇÕES DESCRITAS A SEGUIR FOREM ATENDIDAS:

Espessura mínima remanescente ( tmín.), for maior ou igual a 0,5 t

b) Diâmetro do empolamento d , for menor do que 10 % do diâmetro do vaso. c) Distância entre as bordas de empolamentos adjacentes for maior ou igual ao diâmetro dos dois

empolamentos. d) O empolamento está a 25 mm ou 2 vezes a espessura da chapa, do cordão de solda mais

próximo, o que for maior.

d

tmín

t tmín ≥≥≥≥ 0,5 t

d

tmín

t d <<<< 0,1 x diâmetro do

vaso

d1 d2 L

tmín tmín

t L ≥≥≥≥ d1 e L ≥≥≥≥ d2

d

tmín

t L >>>> 25 mm ou 2 t

(o maior) SOLDA

L


e) A projeção do empolamento além da superfície da chapa for menor do que 10% do diâmetro do empolamento.

f) O empolamento não deve estar associado a trincas.

NOTAS: 1. OS EMPOLAMENTOS ASSOCIADOS A TRINCAS PODERÃO SER AVALIADOS

COMO TRINCAS, ADOTANDO-SE A MEDIDA “ d ” DA FIGURA 34, COMO SEU COMPRIMENTO.

2. QUANDO FOR INDICADO A REMOÇÃO DO EMPOLAMENTO A Á REA

REMANESCENTE DEVERÁ SER REAVALIADA COM UMA ÁREA COM REDUÇÃO DE ESPESSURA.

2. REPAROS 2.1. INTRODUÇÃO A Recomendação Prática no 510 emitida pelo comitê de inspeção do American Petroleun Institute (API) chama de REPARO a toda intervenção executada num equipamento com o propósito de recolocá-lo nas suas condições de projeto, sem alterar sua PMTA, nem a temperatura máxima de operação. É cada vez maior o número de falhas que necessitam de reparos relatados pelos técnicos de inspeção, provavelmente porque o parque industrial brasileiro está ficando velho e devido ao avanço no conhecimento dos exames não destrutivos utilizados nos serviços de inspeção. A grande maioria dos reparos necessários em vasos de pressão estão relacionados a defeitos em juntas soldadas ou utilizam processos de solda para a sua execução. Portanto, os procedimentos de reparos podem ser considerados como procedimentos de reparos com solda.

d a

t a <<<< 0,1 d

EMPOLAMENTO

d

tmín

a EMPOLAMENTOS COM TRINCAS NÃO SÃO ACEITOS


2.2. REPAROS CONVENCIONAIS São chamados de reparos convencionais aqueles que são realizados conforme os requisitos do código de construção do vaso. O parágrafo UCS-56 do código ASME impõe os requisitos descritos a seguir para a execução de reparos com solda em vasos de pressão que estão em fabricação ou montagem.

2.2.1 O fabricante deve comunicar ao usuário a necessidade do reparo e só executá-lo após a aceitação

do mesmo. 2.2.2 A profundidade total do reparo não deve exceder a 38 mm, para os materiais classificados como

número P igual a 1 e grupos 1, 2 e 3 e 15 mm para os materiais classificados como número P igual a 3 e grupos 1, 2 e 3. A profundidade total de um reparo deve ser considerada como a soma das profundidades dos reparos efetuados nos dois lados da solda, em uma dada posição.

2.2.3 Após a remoção dos defeitos, a cavidade resultante deve ser examinada pelo método de partículas

magnéticas ou líquido penetrante, de acordo com os apêndices 6 e 8, respectivamente. 2.2.4 Usar o processo de solda de eletrodo revestido e metal de adição com baixo hidrogênio. A

oscilação máxima de deposição é de 4 vezes o diâmetro da alma do eletrodo. 2.2.5 Para os materiais classificados como grupo P igual a 1 e grupos 1, 2 e 3, a área a ser reparada deve

ser pré-aquecida e mantida durante a soldagem na temperatura mínima de 100°C. 2.2.6 Para os materiais classificados como grupo P igual a 3 e grupos 1, 2 e 3 o método de reparo deve

ser limitado a técnica da meia-camada, com passe de revenimento. A área a ser reparada deve ser pré-aquecida e mantida durante a soldagem, na temperatura mínima de 130°C. A máxima temperatura entre passes deve ser de 230°C. A primeira camada deve ser depositada sobre toda a área do reparo, usando-se eletrodos de, no máximo 1/8″. Após a remoção, a frio, da metade da primeira camada, as camadas subsequentes devem ser depositadas com eletrodos de, no máximo 5/32″, de forma a se obter o refinamento das zonas fundidas e revenimento das zonas térmicamente afetadas da camada anterior. Deve ser aplicado um passe de revenimento final acima da superfície que estiver sendo reparada, sem nenhum contato com o material base, porém suficientemente perto da borda do passe anterior (2 a 3 mm), para assegurar o revenimento do metal base. Imediatamente após a aplicação da última camada de solda toda a área reparada deve ser mantida a uma temperatura entre 210 e 260°C por, no mínimo 4 horas. Após o resfriamento a camada final da solda e reforço deve ser removida a frio até o faceamento da solda com o metal base.

2.2.7 Após a solda esfriar até a temperatura ambiente, o exame não destrutivo utilizado em 2.3. deve ser

repetido. Para os materiais classificados no número P igual a 1 e grupo 3, o exame deve ser feito após um período de 48 horas na temperatura ambiente, a fim de se detectar trincas a frio. Se o exame for de partículas magnéticas só é aceitável o emprego de yoke do tipo corrente alternada. Adicionalmente, os reparos por solda com profundidade superior a 10 mm, em materiais ou soldas que esta divisão exige radiografia, esse reparo deverá ser radiografado, conforme os requisitos de parágrafo UW-51. A tabela 3 define os casos em que é exigida a radiografia.

2.2.8 Após qualquer reparo com solda o vaso deve ser submetido a teste hidrostático.


2.2.9 É exigido TTAT29, nos reparos, conforme os requisitos descritos a seguir:

2.2.9.1. Para reparos de solda em aço carbono

É exigido tratamento térmico ADICIONAL em vasos de pressão novos que tenham sido reparados com solda nos seguintes casos:

a. Qualquer profundidade de reparo para vasos em serviço letal. b. Qualquer profundidade de reparo para vasos em serviço à temperatura inferior a - 45°C. c. Qualquer profundidade de reparo em bocais com diâmetro inferior a 2 polegadas não precisam

ser tratados, desde que sejam pré-aquecidos a 100°C, durante a soldagem, não tenham : chanfro superior a 13 mm, altura de garganta superior a 13 mm e anel de reforço.

d. As soldas com garganta inferior a 13 mm não precisam ser tratadas se utilizarem pré-

aquecimento de 100°C, durante a soldagem. e. Os revestimentos feitos com depósito de solda ou solda de fixação de lining’s não precisam ser

tratados se pré-aquecidos a 100°C, durante a soldagem. f. Pequenas restaurações da superfície devido a remoção dos dispositivos de soldagem não

precisam ser tratados se não houver risco de contato com o produto a ser armazenado. g. Quando a profundidade total do reparo de qualquer junta soldada, que não se enquadrem nos

itens acima, exceder a 38 mm (soma das profundidades de reparos de cada lado da solda). 2.2.9.2. Para reparos de solda em aço baixa liga C-1/2 Mo E ½ Cr - 1/2 Mo

É exigido tratamento térmico ADICIONAL em vasos de pressão novos que tenham sido reparados com solda nos seguintes casos: a. Qualquer profundidade de reparo para vasos em serviço letal. b. Qualquer profundidade de reparo para vasos em serviço à temperatura inferior a - 45°C. c. Soldas de bocais e acessórios em paredes não pressurizadas, com chanfro até 13 mm, o

tratamento não é exigido se a solda for executada com pré-aquecimento de 100°C e o carbono equivalente seja inferior a 0,25%.

d. Soldas circunferênciais em tubos de espessura inferior a 13 mm, o tratamento térmico não é

exigido se o carbono equivalente for inferior a 0,25%. e. Os revestimentos feitos com depósito de solda ou solda de fixação de lining’s não precisam ser

tratados se pré-aquecidos a 100°C, durante a soldagem e se o carbono equivalente for inferior a 0,25%.

29TTAT = Tratamento Térmico de Alívio de Tensões após soldagem.


f. Pequenas restaurações da superfície devido a remoção dos dispositivos de soldagem não

precisam ser tratados se não houver risco de contato com o produto a ser armazenado. g. Quando a profundidade total do reparo de qualquer junta soldada, que não se enquadrem nos

itens acima, exceder a 15 mm (soma das profundidades de reparos de cada lado da solda).

Número P de Classificação do

Material

Número do Grupo de Classificação do Material

Espessura Nominal acima da qual é Exigido Radiografia Total da Junta

Soldada ( mm ) 1 1,2 e 3 31,7 3 1,2 e 3 19 4 1 e 2 15,8 5 1 e 2 0

9A 1 15,8 9B 1 15,8

10A 1 19 10B 2 15,8 10C 1 15,8 10F 6 19

TABELA 3 - Exigências de radiografia do código ASME para reparos com solda.

NOTA: Esses requisitos não devem ser aplicados quando os reparos corresponderem a pequenas

restaurações da superfície do material, tais como as requeridas após a remoção de dispositivos temporários de montagem e desde que essa superfície não seja exposta ao conteúdo do vaso.

Por falta de referências específicas para reparos de equipamentos que estejam em operação os técnicos de inspeção, tem adotado esses mesmos requisitos para a execução de reparos em vasos com várias horas de operação.

2.2. REPAROS ALTERNATIVOS

Quando a execução de um reparo conforme os requisitos apresentados acima ou de outro código de construção, for muito difícil de ser executado, tiver grande chance de introduzir novos defeitos, piores do que os existentes ou tiver grande probabilidade de reduzir as propriedades mecânicas do vaso, como conseqüência de sucessivos tratamentos térmicos, deve ser feita uma ANÁLISE DO REPARO. A análise de um reparo consiste em se determinar os motivos das exigências do código de construção para esse reparo especificamente e caso se conclua que algumas etapas dos requisitos possam ser suprimidas, deve ser qualificado um procedimento específico de reparo, sem as etapas abolidas. A principal exigência de um código de construção sobre a execução de reparos, que tem maior interferência no equipamento é a exigência de tratamento térmico após a soldagem (TTAT), já que os reparos são feitos com a utilização de depósitos de sola.


As exigências de tratamento térmico após soldagem são, basicamente, devidas aos seguinte motivos: a) Aumento ou modificação do estado de tensões local, junto ao reparo, devido as tensões de contrações

associadas aos processos térmicos. Este caso, está representado no código pela limitação dos valores de espessura acima do qual os TTAT é exigido.

b) Redução da tenacidade das regiões afetadas pelo calor, associada a condição descrita acima. Este caso

está representado no código pela associação da classificação P do material e sua espessura. c) Aumento da suscetibilidade do material a defeitos, relacionados as condições operacionais e

associada a condição de fratura frágil. (ex. CST, fadiga etc.). Este caso está representado no código pela exigência de TTAT para qualquer valor de espessura.

Com base no exposto acima podemos chegar aos chamados REPAROS ALTERNATIVOS. A tabela 4 resume as recomendações de reparos alternativos.

MOTIVO DO TTAT REPARO ALTERNATIVO RECOMENDADO

Espessura acima dos valores do código

Método da meia-camada ou dupla-camada, com passe de revenimento ou reparo convencional seguido de TTAT, localizado especial

Aumento da suscetibilidade a CST ou problemas gerados pelo hidrogênio

Método da meia-camada ou dupla-camada, com passe de revenimento, seguido de metalização ou reparo convencional seguido de TTAT, localizado especial

Equipamento sujeito a fluido letal Reparo convencional seguido de TTAT, localizado especial

Equipamento sujeito a fragilização pela baixa temperatura de operação

Método da meia-camada ou dupla-camada, com passe de revenimento ou reparo convencional seguido de TTAT, localizado especial

TABELA 4 - Recomendações para reparos alternativos.

Todo reparo alternativo antes de ser empregado deve ser qualificado, conforme os requisitos do código de construção para procedimentos de soldagem, acrescido de uma verificação de microdureza da zona térmicamente afetada, usando o valor de 350 HV10, como critério de aceitação. Todo reparo alternativo após sua conclusão deve ser inspecionado, como segue: a. Exame de partículas magnéticas, se possível via úmida fluorescente. b. Exame de ultra-som. c. Teste de dureza, se possível microdureza. d. Teste hidrostático. 2.2.1 TRATAMENTO TÉRMICO LOCALIZADO ESPECIAL O tratamento térmico localizado, conforme os requisitos dos códigos de construção, exigem que as regiões a serem aquecidas e isoladas térmicamente, tenham uma abrangência de toda a circunferência do vaso numa extensão a ser definida em função das dimensões do reparo executado e do equipamento. O tratamento térmico localizado, denominado especial, segue os mesmos requisitos de extensão das


regiões a serem aquecidas e isoladas, especificados nos códigos de construção, mas, sem levar em consideração a exigência de que a abrangência atinja toda a circunferência do vaso. Portanto, no TTAT localizado especial, as regiões de aquecimento e isolamento abrangem apenas a parte do equipamento ao redor do reparo. Essa modificação de extensão das áreas a serem aquecidas e tratadas durante um tratamento térmico localizado pode ser aplicada para vasos de pressão construídos em materiais classificados como P número 1, grupos 1, 2 e 3 e materiais de P número 3, grupos 1, 2 e 3.( ou seja aços carbono, carbono-manganês e aços de baixa liga cromo-molibdênio ). O CENPES (Centro de Pesquisas da Petrobrás), junto com a firma Tecnotrate, especializada em tratamentos localizados de campo, através de aquecimento com resistência elétrica, realizaram estudos com o objetivo de verificar a efetividade em se realizar tratamento térmico localizado ao redor do reparo com resistência elétrica, sem a necessidade de estender as zonas de aquecimento e isolamento em toda a circunferência do vaso, ou seja, essas regiões são demarcadas, conforme os critérios de extensão dos códigos de construção, mas sem a necessidade de envolver toda a circunferência do vaso. Foram acompanhados a realização do TTAT localizados ao redor do reparo, nos equipamentos descritos a seguir, sem que as áreas de aquecimento e isolamento se estendesse em toda a circunferência do vaso:

- Bocais em esferas. - Bocais em cascos cilíndricos. - Bocais em tampos torisféricos 2:1. - Selas em vasos horizontais.

O roteiro desses TTAT localizados ao redor do reparo foi o seguinte: 1. Determinação da extensão das áreas de aquecimento e isolamento, como mostrado no esquema da

figura 30. 2. Aquecimento com resistência elétrica e maquinas de solda ou equipamento similar. 3. Foram utilizadas taxas de aquecimento e resfriamento, conforme as especificações do código

ASME. 4. A temperatura de tratamento utilizada foi a recomendada pelo código ASME. 5. Controle dos gradientes térmicos nos limites das áreas aquecidas e isoladas, com a instalação de

termopares, como mostra o esquema da figura 31, referente ao TTAT de um reparo no bocal de uma esfera.

6. Acompanhamento das temperaturas de cada região, garantindo os valores estipulados na figura 30. 7. Análise teórico de tensões pelo aplicativo ANSYS. 8. Medida das tensões nas regiões: aquecida, isolada e não tratada, antes e após o tratamento por

extensiometria, com os métodos do ″furo central″ e raios X, com uma firma especializada. (esse último método apresentou os resultados mais condizentes com os calculados teoricamente).

A figura 32, mostra os resultados das tensões medidas, no TTAT do bocal da figura 31, antes e após o tratamento. Os resultados mostram que o TTAT executado só ao redor do reparo, conforme os requisitos descritos acima é efetivo.


FIGURA 30 - Extensão das áreas aquecidas e isoladas para TTAT localizado.

LIMITES DO REPARO

LIMITES DA REGIÃO AQUECIDA

LIMITES DA REGIÃO ISOLADA

DISTÂNCIA DO REPARO

10. R t.

5. R t.

TEMPERATURA

TEMPERATURA DE TRATAMENTO

METADE DA TEMPERATURA DE TRATAMENTO

TEMPERATURA AMBIENTE

LEGENDA: R = RAIO EXTERNO DO VASO. t = ESPESSURA NOMINAL DO

VASO, NO LOCAL DO REPARO. OBS. APÓS O REPARO A SUPERFÍCIE DEVE

ESTAR PARALELA A SUPERFÍCIE DO VASO.


FIGURA 31 - Bocal tratado térmicamente pelo TTAT especial.

REGIÃO ISOLADA RAIO = 3100 mm.

REGIÃO AQUECIDA RAIO = 900 mm.

MAT. AÇO CARBONO

(A-285 gr. C) ESPESSURA =

32,3 mm.

DIÂMETRO INTERNO DA ESFERA = 14.700 mm.

chapa de reforço (A-283 gr. C) φext. = 660 mm. esp. = 32,3 mm.

PONTOS DE ACOMPANHAMENTO DO NÍVEL DE TENSÕES

PONTO 3 PONTO 2

PONTO 4 PONTO 1

ESPESSURA DA MANTA CERÂMICA DE 150 mm.

BOCAL DE φ = 12 ″ - ESP. DO PESCOÇO = 20 mm.

REGIÕES AQUECIDAS REGIÕES ISOLADAS


FIGURA 32 - Resultados do TTAT localizado no reparo do bocal da figura 31. ( Valores de tensão medidas pelo método do furo cego )

VALORES MEDIDOS NO PONTO 1 DAFIGURA 2

PROFUNDIDADE EM mm

TE

NS

ÃO

EM

Ksi

-30

-20

-10

0

10

0 0,5 1 1,5 2

ANTES DO TTAS APÓS DO TTAS


PROFUNDIDADE EM mm

TE

NS

ÃO

EM

Ksi

-30

-20

-10

0

10

0 0,5 1 1,5

ANTES DO TTAS APÓS O TTAS


PROFUNDIDADE EM mm

TE

NS

ÃO

EM

Ksi

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

0 0,5 1 1,5 2


VALORES MEDIDOS DO PONTO 3 DAFIGURA 2

PROFUNDIDADE EM mm

TE

NS

ÃO

EM

ksi

-80

-60

-40

-20

0

20

0 0,5 1 1,5 2



2.2.2. MÉTODO DA MEIA-CAMADA

A soldagem com passe de revenimento de meio passe é um recurso válido e com bons resultados para se conseguir tenacidade e ductilidade da junta soldada compatíveis com o material base. Esse procedimento consiste, basicamente, na sobreposição de passes de maneira que o passe superior promova o revenimento da ZTA do passe coberto. Dessa maneira os produtos de transformação duros e frágeis da ZTA, criada pelo passe coberto, se tornem dúcteis. O procedimento deve ser aplicado seguindo as etapas descritas a seguir:

1. Pré-aquecer a região a ser soldada e uma área ao redor desta de, aproximadamente, 6 vezes a

espessura da região. Se possível a fonte de calor deve ser instalada do lado oposto ao da deposição da solda.

2. Revestir (amanteigar) toda a extensão da cavidade ou chanfro, com eletrodo de pequeno diâmetro

de maneira a se obter uma baixa energia de soldagem (heat-imput)30, garantindo uma ZTA estreita e uniforme.

3. Remover metade da altura desse passe de revestimento, com esmerilhadeira, para permitir que o

passe seguinte penetre suficientemente na ZTA, de maneira a promover o seu revenimento. 4. Depositar o segundo passe, com eletrodo de diâmetro pouco maior, de maneira que a energia

associada a deposição seja suficientemente alta para promover o revenimento da ZTA associada ao passe de revestimento (1° passe).

5. Os demais passes devem ser depositados segundo um procedimento normal de soldagem

qualificado.

OBS. Durante a soldagem a temperatura deve ser mantida numa faixa de no máximo 50°C acima da faixa de temperatura usada no pré-aquecimento.

Para aços carbono e carbono-manganês, recomenda-se a utilização das seguintes variáveis de soldagem:

a) Pré-aquecimento entre 180 e 260°C. b) Manter a temperatura durante a soldagem entre 200 e 300°C.. c) Usar eletrodo de diâmetro 2,38 mm (3/32″), para deposição da primeira camada.(camada de

amanteigamento). d) Remover metade da primeira camada com esmerilhamento e inspecionar com partículas

magnéticas, se possível via úmida e fluorescente. e) Depositar a segunda camada usando eletrodo de diâmetro 3,18 mm (1/8″). f) Completar a solda com eletrodo de diâmetro 3,97 mm (5/32″). Deve ser observado também o seguinte:

30ENERGIA DE SOLDAGEM OU HEAT-IMPUT = é a energia térmica transferida para o metal base durante o processo de soldagem. Essa energia é calculada por: E = [(tensão x corrente) / velocidade] x (fator de transferência de calor relacionado com o processo de soldagem).


- A seqüência dos passes, de cada camada, deve ser da parede lateral para o centro, quando a posição de soldagem for plana, horizontal ou vertical e do centro para as laterais quando a posição for sobre-cabeça.

- Após completada a solda, esmerilhar a superfície, mantendo a temperatura entre 250 e 300°C, por no mínimo 4 horas para cada 25 milímetros de espessura da região onde foi feito o depósito.

- O aquecimento e o resfriamento devem ser executados na velocidade de 15°C/hora. - Após completado o reparo fazer inspeção por ultra-som e teste hidrostático do vaso. 2.2.3 MÉTODO DA DUPLA-CAMADA Esta técnica utiliza um método controlado de deposição, de modo que a segunda camada promove o refino da solda e o revenimento da ZTA, gerada pela primeira camada. Um pré-aquecimento entre 180 e 250°C e a manutenção da temperatura entre 200 e 300°C nos passes subsequentes favorecem um nível de refino maior e estendem a profundidade da região revenida. O uso de eletrodo de pequeno diâmetro (3,25 mm), no primeiro passe permite que a zona de refino, proporcionada pelo segundo passe (executado com eletrodo de diâmetro 4 mm), penetre mais efetivamente, promovendo pleno revenimento da ZTA. O uso de eletrodo mais fino do que o diâmetro de 2,5 mm no primeiro passe tem o grave risco de ser totalmente penetrado pela segunda camada, resultando em um ZTA grosseira. O eletrodo de especificação AWS-E-7018 tem mostrado boa característica de deposição, numa larga faixa de energia de soldagem, produzindo passes mais uniformes. O eletrodo selecionado deve ter tenacidade à fratura garantida na condição depositado (metal-soldado). Para que a ZTA associada ao cordão de solda da primeira camada (amanteigamento), seja totalmente revenido e tenha suas propriedades mecânicas restauradas é necessário que o procedimento de soldagem controle rigidamente a energia de soldagem de cada deposição. Experiências tem mostrado que a energia de soldagem, calculada pela expressão mostrada abaixo deve ser controlada dentro das faixas descritas a seguir. A expressão matemática para cálculo da energia de soldagem (heat-imput), representada por ″E″ é a seguinte:

Os valores de energia de soldagem recomendados para o método de dupla-camada de deposição são:

- A primeira camada deverá ser aplicada com uma energia entre 0,4 e 0,7 KJ/mm, usando o processo

de eletrodo revestido. - A segunda camada deverá ter uma energia 2 a 2,5 vezes maior do que a primeira camada. Assim, a

energia de soldagem da segunda camada deverá estar entre 1,0 a 1,5 KJ/mm. Além do controle de energia de soldagem são necessários os seguintes cuidados para garantir os eficiência do método:

( ) ( )[ ] ( )E =×

×tensao de soldagem corrente de soldagem

velocidade de deposicaofator de transferencia de calor


- É necessário uma sobreposição mínima de 30 a 50% na aplicação de cada passe das duas primeiras

camadas depositadas. (figura 33) - Na deposição dos passes da segunda camada o eletrodo deve ser mantido apontado para o pé do

cordão do primeiro passe, com uma inclinação de 80 a 90°. (figura 34)

O procedimento de soldagem estará completo, com requisitos de sentido de deposição descritos a seguir:

- Para as posições plana, horizontal e vertical a primeira camada deve ser depositada iniciando-se pelas extremidades da cavidade, se movendo para o centro. Para a posição sobre cabeça a seqüência é do interior da cavidade para a sua extremidade. (figura 35)

- Para os passes da segunda camada devem ser adotados os mesmos sentidos da primeira camada,

sendo que as bordas do passe junto à periferia não devem sobrepor os cordões mais externos da primeira camada. (esse é um dos passos mais importantes do processo, pois a extremidade do reparo é o ponto da ZTA, mais difícil de ser revenido. Por isso, costuma ser usado como região de controle do processo). (figura 36)

FIGURA 33 - Sobreposição entre passes para a 1a e 2a camadas.

FIGURA 34 - Ângulo de deposição para a 1a e 2a camadas.

50% 50% PÉ DO CORDÃO

80 a 90°

ELETRODO


FIGURA 35 - Sentido de deposição dos passes da 1a camada a ser adotado para as posições plana, horizontal e vertical.

FIGURA 36 - Sentido de deposição da 2a camada para as posições plana, horizontal e vertical e distância das bordas.

OBSERVAÇÕES: 1. O enchimento da solda deve ser feito com eletrodo de especificação AWS-E-7018 em condições

similares às da segunda camada, não se sobrepondo as extremidades do cordão da segunda camada, nas bordas do chanfro ou cavidade.

2. A última camada deve ser feita nas mesmas condições da segunda camada chegando até aos limites

dos cordões da primeira camada, sobrepondo até 2 mm das extremidades, revenindo assim aquela região da ZTA.

3. Deve ser feito um pós-aquecimento, para facilitar a difusão do hidrogênio que esteja aprisionado no

interior do material, numa temperatura entre 220 e 300°C por 4 horas por cada 25 mm de espessura da região soldada.

2 1 4 3

6 5

SENTIDO DE PROGRESSÃO

2 a 3 2 a 3

1 3

5

2

4 6


2.2.4 MARTELAMENTO

O código ASME seção VIII divisão 1, no parágrafo UW-39 - Peening, autoriza o martelamento do cordão de solda para controlar a distorção resultante, aliviar as tensões residuais introduzidas pelo processo de soldagem. O ASME seção IX impõe como restrição, o martelamento dos passes da última camada, pelo risco de se gerar entalhes superficiais e encruamento. Nos passes intermediários, considera-se que esses efeitos são eliminados pelo passe seguinte.

O martelamento da solda pode ser conseguido com pistolas pneumáticas, jatos de granalha de aço ou por marteletes pneumáticos, sendo este último o mais usado na industria, devido a facilidade de aplicação e seu baixo custo. O martelamento promove a plastificação das regiões tencionadas e introduz tensões de COMPRESSÃO residuais, neutralizando dessa maneira as tensões residuais de TRAÇÃO provenientes das contrações de soldagem, que são as mais perigosas, pois nucleam e propagam as trincas. Paralelamente, o martelamento deve ser suficientemente moderado para não provocar fissuras na junta soldada, mas com energia bastante, para garantir a deformação plástica, em uma profundidade maior que a espessura fundida no passe superior. Combinando-se as recomendações básicas do ASME e as da literatura especializada, tem-se o seguinte procedimento a se aplicado para o martelamento:

1. O martelamento pneumático deve ser capaz de gerar um impacto de 12 Joules (9 ft.lb.), a uma

pressão média de funcionamento de 6,3 Kgf/cm2 (90 psi). 2. A ferramenta deve ter o bico arredondado com cerca de 12,7 mm de raio. 3. A temperatura a ser mantida durante toda a operação de martelamento em cada passe deve situar-se

entre 180 e 300°C. 4. O martelamento deve ser aplicado sobre o passe, previamente limpo, com velocidade média de 3 a 5

cm/minuto, e uma freqüência média de 1400 golpes por minuto, ao longo de todo o cordão. 5. Não martelar os passes das primeira e última camadas. 6. Nos procedimentos onde for adotado um passe final apenas para revenimento, este último passe

deve ser martelado antes de ser removido. 7. Fazer inspeção por partículas magnéticas sobre o passe de acabamento. A figura 37 mostra o alívio de tensões conseguido com o martelamento de um junta soldada, com metal base em aço carbono e seguindo as recomendações descritas acima.


DISTANCIA DO CENTRO DA SOLDA em mm

VA

LOR

ES

DE

TE

NS

ÃO

0

50

100

150

200

0 20 40 60 80 100 140

ANTES DOMARTELAMENTO

APÓS O MARTELAMENTO

FIGURA 37 - Alívio de tensões devido ao martelamento de uma junta soldada.

A tabela 5 mostra outro resultado conseguido com o martelamento de um junta soldada, com 2 polegadas de espessura em aço carbono na especificação ASTM-A-515 gr. 70.

DUREZA EM BRINELL LOCAL ANTES DO

MARTELAMENTO APÓS O

MARTELAMENTO METAL

DEPOSITADO 216 188

ZTA 217 188 METAL BASE 188 188

TABELA 5 - Alívio de tensões devido ao martelamento.

2.2.5 METALIZAÇÃO A recuperação por deposição de solda de equipamentos que tem exigência de tratamento térmico após a soldagem (TTAT), devido a trabalharem com fluidos que podem causar corrosão sob tensão (CST) ou defeitos devido ao hidrogênio, tem dificultado e as vezes até inviabilizado a possibilidade de recuperação do equipamento. Alguns órgãos de Departamento Industrial da Petrobrás, com a acessoria do Centro de Pesquisa da Petrobrás tem desenvolvido estudos de maneira a viabilizar esses reparos sem a necessidade do TTAT Nesse sentido foram desenvolvidos experiências com a preparação de cerca de 182 corpos de prova em aço carbono, nas especificações: ASTM A-515 gr. 70, ASTM A-283 gr. C e ASTM A-105, onde foram feitos depósitos de solda em todos eles, usando procedimentos de soldagem qualificados, sendo que o processo de soldagem foi o de eletrodo revestido e o metal de adição na especificação AWS-E-7018. Em


todos os casos foram sempre feitos um corpo prova com TTAT e outro sem TTAT, variando apenas entre os corpos de prova algumas variáveis de soldagem no sentido de se obter melhor tenacidade da solda e ZTA. Dos 182 corpos de prova preparados, 64 tiveram suas superfícies protegidas, usando os seguintes procedimentos: pintura a base de epoxi betuminoso, pintura a base de epoxi sem solvente, metalização com alumínio e metalização com um liga composta por Ni / Cr / Al / Mo. Todos os corpos de prova depois de prontos foram submetidos a uma tensão de tração da ordem da tensão admissível, calculada de acordo com os critérios do código ASME seção VIII, divisão 1. Os corpos de prova foram mantidos tencionados e expostos no interior de equipamentos sujeitos a ataque pelo hidrogênio e a corrosão sob tensão pelo H2S, por um período de exposição de 2250 dias (aproximadamente 6 anos). Essa experiência levou aos seguintes resultados: 1. Resultados devido ao ataque pelo hidrogênio.

- O tratamento térmico após soldagem não influiu na susceptibilidade ao ataque pelo hidrogênio. - Os corpos de prova revestidos com pintura ou metalização, foram IMUNES ao ataque pelo

hidrogênio. O steam-out dos equipamentos danificou o revestimento através de pintura, mas a metalização com alumínio resistiu.

- Os materiais forjados (ASTM A-105), não sofreram ataque pelo hidrogênio em qualquer situação, por isso, foram considerados imunes ao ataque pelo hidrogênio.

- Os materiais laminados que tinham a quantidade de impurezas (inclusões, vazios) menor tiveram maior resistência ao ataque pelo hidrogênio, bem com os materiais cuja a morfologia das inclusões foi controlada.

2. Resultados devido a corrosão sob tensão causada pelo H2S.

- O tratamento térmico após soldagem não influiu na susceptibilidade a corrosão sob tensão pelo

H2S. - Tanto os materiais laminados e forjados tiveram comportamento similares. Apenas o teor de

carbono teve influencia. Os materiais com maior teor de carbono tiveram menor resistência. Materiais com carbono inferior a 0,35% tiveram maior resistência.

- As regiões que apresentaram maior susceptibilidade ao ataque foram as ZTA, com dureza acima de 200 HB.

- Os corpos de prova revestidos, mesmo aqueles que foram revestidos apenas sobre a região soldada e ZTA, foram IMUNES ao ataque pelo H2S. Nos equipamentos onde foi feito steam-out a pintura foi deteriorada e a metalização com alumínio apresentou desempenho satisfatório.

Após esses resultados dois outros órgãos operacionais da Petrobrás, fizeram reparos usando procedimento de soldagem comum, qualificado, sem TTAT e seguido de revestimento com alumínio em vasos de pressão. Em um dos órgãos o resultado foi bom, após 3 anos de exposição a um meio sujeito a corrosão sob tensão devido ao H2S, e no outro órgão operacional ainda não se sabem os resultados, pois os reparos ainda estão na fase de exposição.


3. AVALIAÇÃO DE INTEGRIDADE

A estimativa de VIDA RESIDUAL e EXTENSÃO DE VIDA ÚTIL de unidades, equipamentos e sistemas operacionais, tem sido alvo de um grande número de trabalhos e publicações nos últimos anos. Nesses trabalhos existe sempre um conceito embutido, que é a avaliação de integridade física dos componentes do sistema que está sendo estudado. A etapa de avaliação de integridade é tão importante dentro do escopo daqueles programas que muitas vezes chega a ser confundida com o seu objetivo final. Portanto, torna-se necessário distinguir claramente os conceitos de vida residual, extensão de vida útil e avaliação de integridade, bem como, a abrangência de cada um deles. A avaliação de integridade consiste no levantamento de dados sobre as condições físicas reais do objeto em estudo, através de uma inspeção detalhada, planejada a partir de informações colhidas em inspeções anteriores, nos seu históricos de manutenção, inspeção e operação, e em análises complementares de tensões, flexibilidade e vibrações. De posse desses dados é possível determinar os mecanismos de deterioração e acúmulo de danos atuantes.

Em alguns casos, pode-se aplicar técnicas especiais de análise para prever quanto tempo de operação segura o equipamento ainda suporta, isto é, estimar sua VIDA RESIDUAL. Entre essas técnicas podem ser citadas, por exemplo, a análise metalográfica e aplicação dos critérios de Neubauer para a verificação do estágio de acúmulos de danos por fluência e a aplicação de mecânica da fratura em defeitos existentes, quando submetidos a esforços mecânicos, tanto estáticos como dinâmicos. Em diversas ocasiões, entretanto, não é possível estabelecer com precisão vidas residuais, tanto pelo desconhecimento da cinética dos mecanismos atuantes como pela inexistência de técnicas que permitem análises mais detalhadas. Nesses casos é necessário estabelecer programas de acompanhamento, afim de se obter mais informações sobre aqueles mecanismos ou partir para a remoção dos defeitos e eventual reparo, requalificando o equipamento para um novo período de operação, ou seja, estendendo sua vida útil. A EXTENSÃO DE VIDA ÚTIL de um equipamento é, dessa forma, a execução de uma série de trabalhos e modificações nesse equipamento, visando eliminar ou diminuir a influência de sua história passada e ampliar o seu período de operação segura. Os trabalhos relacionados a seguir são exemplos de aplicação das técnicas de avaliação de integridade em vasos de pressão. O primeiro trabalho é ″Diretrizes básicas para um programa de avaliação de integridade″, esse trabalho apresenta a filosofia adotada no detalhamento de um programa de avaliação de integridade de um sistema de geração de vapor. ( trabalho apresentado no Simpósio Nacional Sobre Integridade em Centrais de Vapor ) O segundo trabalho é ″Avaliação da integridade física de esferas de GLP″, esse trabalho apresenta uma maneira de avaliar os defeitos detectados durante a inspeção, cuja a remoção pode inviabilizar a continuidade operacional do equipamento. ( trabalho apresentado no 18o Seminário Brasileiro de Inspeção de equipamentos )


O terceiro trabalho é ″Análise da integridade de um tubulão de caldeira pelo método de elementos finitos″, esse trabalho apresenta a utilização da análise de tensões pelo método de elementos finitos, como ferramenta auxiliar para avaliação da integridade estrutural do bocal de um vaso de pressão, com uma cavidade de, aproximadamente, um terço da espessura nominal do vaso, resultante da remoção de um defeito. (trabalho apresentado no Simpósio Nacional Sobre Integridade em Centrais de Vapor ) Outra aplicação da avaliação de integridade é a definição das área críticas de um equipamento de maneira a concentrar sua inspeção, reduzindo dessa maneira custo e tempo de inspeção. Uma refinaria aplicou esta técnica para as esferas do seu parque de armazenamento de GLP, de maneira a reduzir o custo, os prazos de inspeção e conhecer o grau de risco dos equipamentos, este trabalho está resumido a seguir. TRABALHO: ″″″″ÁREAS CRÍTICAS DE UMA ESFERA PARA INSPEÇÃO PERIÓDIC A″″″″ 1. Avaliação das tensões atuantes na esfera: Para essa avaliação foram utilizados os seguintes

métodos:

- Cálculo das tensões atuantes no equipamento, nas condições de operação e de teste hidrostático, usando as fórmulas do código ASME, para tensão de membrana.

- Medida com extensômetro das tensões atuantes, em vários pontos da esfera, durante a sua pressurização para teste hidrostático.

RESULTADO: Os valores calculados foram mais conservativos do que os valores medidos com o

extensômetro durante o teste hidrostático. 2. Determinação do CTOD do material: Para isso foram confeccionados corpos de prova com material

similar ao da esfera e depois soldados com procedimento de soldagem e tratamento térmico após soldagem idênticos aos usados na fabricação e montagem do equipamento.

3. Aplicação da mecânica da fratura, com os critérios do documento na Norma B.S.PD-6493, em

defeitos conhecidos e mapeados com ultra-som: A maioria dos defeitos estavam localizados em bocais e os demais estavam espalhados em outras soldas da esfera, sem concentração de destaque em qualquer região.

RESULTADOS: - Os defeitos localizados nas soldas de atracação dos bocais com o casco da esfera, só devem atingir

o tamanho crítico, que provocaria uma propagação rápida só após 32 anos, nas condições operacionais da esfera.

- Os demais defeitos, existentes nas demais soldas da esfera só poderão atingir o tamanho crítico após

40 anos de operação.

4. Monitoração do teste hidrostático da esfera, com a técnica de emissão acústica: Essa monitoração indicou como locais críticos as soldas dos bocais e das ligações do casco com as colunas de sustentação da esfera.


5. Definição dos locais de inspeção em esferas de armazenamento de GLP: Baseando-se nesses resultados foi definido os seguintes critérios de inspeção a serem adotados para as demais esferas do parque de armazenamento.

- INSPEÇÃO EXTERNA: Executar exame de partículas magnéticas e ultra-som nas soldas de

atracação dos bocais com o casco da esfera e nas soldas de atracação das colunas de sustentação ao casco da esfera.

- INSPEÇÃO INTERNA:

a) Executar exame de partículas magnéticas e ultra-som nas soldas de atracação dos bocais com

o casco da esfera e nas soldas de atracação das colunas de sustentação ao casco da esfera. b) Executar exame de partículas magnéticas por amostragem nas solda do casco localizadas no

hemisfério inferior e caso sejam detectados defeitos estender a inspeção para outras soldas do casco.

- FREQÜÊNCIA DE INSPEÇÃO: Como a propagação de defeitos é praticamente desprezível em

intervalos abaixo de 6 anos, recomenda-se uma freqüência de inspeção no moldes descritos acima em intervalos de 5 a 6 anos. Caso nessas inspeções sejam detectados defeitos, estes devem ser avaliados pela mecânica da fratura, para auxiliar na definição da necessidade de reparo.


TESTES DE AVALIAÇÃO DO APRENDIZADO

TESTE REFERENTES A PARTE 1 DA APOSTILA

AS AFIRMAÇÕES DESCRITAS ABAIXO SÃO FALSAS OU VERDADEIRAS

1. Vasos de Pressão são reservatórios que armazenam qualquer produto em qualquer temperatura ou pressão.

2. Casco, tampos, boca de visita, saia, grade, tirante, berço, alçapão, chaminé, panela, meia luva, vigia, distribuidor, serpentina, prato, bandeja, borbulhador, são nomes adotados para partes existentes em vasos de pressão.

3. Torres, secadores, reatores, permutadores de calor, vasos e tanques são nomes diferentes normalmente utilizados para os vasos de pressão na industria.

4. Normalmente os internos das torres de processo são ligados ao casco através de anéis de suportação. 5. Selas, anéis de rasching ou anéis pall são nomes usados para identificar o formato de enchimento

usados em vasos de pressão. 6. Os vasos horizontais normalmente são suportados em três ou mais pontos para melhor distribuição

de tensões. 7. As partes UW do código ASME seção VIII divisão 1 são aplicadas a todos os vasos de pressão

construídos pelo processo de soldagem independente do tipo de material usado na fabricação do vaso.

8. As partes UG do código ASME seção VIII divisão 1 são aplicadas a todos os vasos de pressão construídos pelo processo de soldagem em aço carbono ou em aço baixa liga.

9. A principal diferença entre as divisões 1 e 2 do código ASME seção VIII é que o primeiro adota o projeto padrão e menos conservativo.

10. A Pressão de Projeto de um vaso de pressão é sempre referenciada no fundo do vaso de maneira a garantir que a coluna de líquido esteja inclusa nesse valor.

11. A PMTA de um vaso é sempre menor ou igual a sua Pressão de Projeto. 12. A Pressão de Ajuste da válvula de segurança que protege um vaso de pressão deve ser estabelecida

com base nas condições de projeto do vaso e nunca poderá ser menor do que a Pressão de Projeto. 13. O código ASME seção VIII divisão 1 estabelece que a determinação da tensão admissível usada no

projeto de um vaso de pressão leve em consideração um coeficiente de segurança estabelecido em comum acordo entre o fabricante e o comprador.

14. No cálculo da Pressão de teste hidrostático de um vaso deve ser considerada a pressão devido a coluna hidrostática do vaso.

15. A temperatura de Projeto de um vaso de pressão influencia no cálculo da espessura mínima do vaso. 16. A espessura de um vaso de pressão é estabelecida considerando os seguintes fatores: diâmetro do

vaso, temperatura e pressão de projeto, material de fabricação e eficiência das juntas soldadas com que o vaso foi fabricado.

17. Considerando apenas as tensões geradas pela pressurização interna de um vaso de pressão cilíndrico podemos afirmar que as tensões circunferências geradas serão aproximadamente a metade das longitudinais.

18. Podemos dizer que para uma mesma condição de projeto um vaso esférico sempre terá um espessura menor do que um vaso cilíndrico.

19. Quando se está preocupado com soldabilidade a propriedade mais importante a ser avaliada é a resistência mecânica do metal base.

20. O código ASME seção VIII divisão 1 agrupa os metais bases em função da sua soldabilidade. Assim, podemos dizer que materiais com mesmo número P deverão ser soldados com o mesmo Processo de Soldagem.


21. O limite usual de utilização para aços carbono está próximo de 400oC devido ao risco de degradação do material por fratura frágil.

22. Aços liga ao cromo ou cromo molibdênio são mais indicados do que os aços carbono para temperaturas acima de 420oC.

23. A necessidade de se acrescentar sobre espessura para se chegar a espessuras comerciais levam as partes pressurizadas de um vaso de pressão estarem sobre dimensionadas.

24. Clad são revestimentos metálicos aplicados a casco de vasos através do processo de soldagem com sobreposição de chapas.

25. Uma das vantagens da utilização de revestimentos do tipo Lining em tiras soldados com sobreposição e solda escondida intermitente é a facilidade de inspeção através de ensaio pneumático.

26. Revestimentos a base de argamassa resistente a erosão são atracados ao substrato através de pinos ou grampos.

27. A pintura é o tipo de revestimento mais usado para resistência a corrosão em vasos com temperatura de operação superior a 1200C

28. A eficiência de uma junta soldada, usada no cálculo da espessura de vasos de pressão é definida em função de: qualidade da solda, resistência mecânica do consumível depositado, tipo de processo de soldagem utilizado e categoria da junta soldada.

29. O código ASME seção VIII divisão 1 exige que todas as soldas executadas no casco de um vaso de pressão sejam de topo e com penetração total.

30. O termo categoria de junta usado pelo código ASME seção VIII divisão 1 defini o tipo de junta a ser empregado na soldagem de um vaso de pressão.

31. Vasos de pressão possuem regiões com maior concentração de tensões do que outras. Uma dessas regiões é a região de apoio do vaso.


AS AFIRMAÇÕES DESCRITAS ABAIXO SÃO FALSAS OU VERDADEIRAS 1. A inspeção de fabricação aplicada a vasos de pressão é similar a inspeção de manutenção e exige a

mesma qualificação para o inspetor. 2. O vasos de pressão construídos conforme os requisitos do código ASME seção VIII divisão 1 devem

ser inspecionados na fábrica por inspetores certificados do fabricante sem interferência do cliente. 3. Tanto o fabricante quanto o cliente tem exigências a serem cumpridas quando da fabricação de um

vaso de pressão de acordo com os requisitos do código ASME seção VIII divisão 1. 4. Ovalização, espessura, inspeção de soldas e verificação de certificados e procedimentos são itens da

inspeção dimensional de um vaso de pressão construído conforme os critérios do código ASME seção VIII divisão 1.

5. A medida da ovalização de um vaso de pressão de ser feita pelo lado interno ou externo do vaso dependendo se o mesmo está sujeito a pressão interna ou externa.

6. Vasos sujeitos a pressão externa e construídos pelos critérios do código ASME seção VIII divisão 1 estão sujeitos a verificações adicionais quando comparados com os vasos sujeitos a pressão interna.

7. Qual a máxima ovalização admissível para um vaso de pressão construído pelos critérios do código ASME seção VIII divisão 1, sujeito a pressão interna com diâmetro de 2000 mm numa região do casco cilíndrico onde existe um bocal com diâmetro de 6”?

8. Caso o mesmo vaso acima seja submetido a pressão externa qual a folga máxima admissível, considerando que o vaso tem um valor L de 10.000 mm e uma espessura de 20 mm?


9. Vasos construídos conforme os requisitos do código ASME seção VIII divisão 1 tem que ter a curvatura dos tampos verificada pelo lado externo ou interno dependendo se estarão submetidos a pressão interna ou externa.

10. Os exames não destrutivos considerados convencionais são: líquido penetrante, partículas magnéticas, inspeção visual, inspeção dimensional, radiografia e ultra som.

11. O código ASME seção VIII divisão 1 especifica critério de aceitação específico para cada exame não destrutivo em função do material usado na fabricação do vaso e da sua espessura.

12. Os critérios de aceitação para juntas soldadas do código ASME seção VIII divisão 1 são estabelecidos em função do tipo de descontinuidade, tipo de exame não destrutivo e da espessura soldada.

13. O exame radiográfico tem critérios de aceitação diferentes em função da extensão das soldas inspecionadas.

14. A estabilidade estrutural de um vaso de pressão pode ser avaliada na fabricação através da verificação da ovalização da parte cilíndrica do vaso e da curvatura dos tampos.

15. Vasos verticais cuja base definitiva está localizada em terrenos instáveis devem ter sua verticalidade avaliada periodicamente. Essa tolerância de verticalidade é estabelecida no código ASME seção VIII divisão 1.

16. O Ensaio de Emissão Acústica é uma técnica de inspeção que tem como finalidade detectar descontinuidades existentes num vaso de pressão.

17. O Ensaio de Emissão Acústica é uma técnica de inspeção que tem como finalidade detectar as descontinuidades que estão ativas quando um vaso de pressão é pressurisado.

18. O Ensaio de Réplica Metalográfica é indispensável para acessorar a Avaliação de Integridade em Vasos de Pressão e Caldeiras

19. O Ensaio de Réplica Metalográfica necessita uma preparação de superfície muito melhor do que a metalografia feita em laboratório.

20. Os Ensaios de Emissão Acústica , Correntes Parasitas, IRIS, etc. chamados de não convencionais, para vasos metálicos, porque não tem critério de aceitação definido no código ASME seção VIII divisão 1


AS AFIRMAÇÕES DESCRITAS ABAIXO SÃO FALSAS OU VERDADEIRAS

01. Considerando os novos conceitos de inspeção na manutenção a principal missão da atividade

inspeção de manutenção pode ser resumida como: “ garantir a qualidade dos serviços de manutenção”.

02. Complete a tabela abaixo, considerando que você esteja fazendo a inspeção externa de um vaso de pressão vertical isolado termicamente e suportado com saia cilíndrica com fire proof.


03.

ITEM DE INSPEÇÃO DETERIORAÇÃO PROVÁVEL

CAUSA DA DETERIORAÇÃO

Vias de acesso Corrosão sob isolamento Trincas no concreto

Estojos e porcas Ruptura da atracação no

casco do vaso Corrosão atmosférica

04. Antes da Inspeção Interna de um vaso de pressão é importante uma avaliação técnica do vaso para

se estabelecer os locais de inspeção, a extensão da inspeção, os END´s a serem usados, etc. Essa avaliação é feita com base em: (assinale com um círculo os itens que devem ser consultados)

a) condições de operação do vaso b) dimensões do vaso c) material e TTAT do vaso d) histórico e) espessura mínima das partes do vaso f) PMTA do vaso g) tipo de suportação do vaso k) Temperatura de projeto do vaso

05. Complete a tabela abaixo, considerando que você esteja fazendo a inspeção interna de um vaso de

pressão horizontal com demister no bocal de saída do vaso

ITEM DE INSPEÇÃO

DETERIORAÇÃO PROVÁVEL

END INDICADO CAUSA PROVAVEL DA

DETERIORAÇÃO soldas PM CST

Pescoço dos bocais

Corrosão

Perda de espessura ME Erosão quebradiço fragilização

06. Um plano de inspeção interna ou externa deve conter no mínimo as seguintes informações: (assinale

com um círculo os itens que devem ter no plano)

a) locais a serem inspecionados b) extensão da inspeção c) material e TTAT do vaso d) identificação e localização do vaso e) END´s a serem usados f) apoio necessário à inspeção g) previsão de reparos h) tempo de inspeção i) procedimentos a serem usados na inspeção j) espessura mínima do vaso k) PMTA e Temperatura de projeto l) tipo de fluido

07. O Teste Hidrostático dos vasos de pressão são considerados como ferramenta de inspeção pela NR-

13 e devem ser repetidos em toda inspeção interna do vaso. 08. O Teste Hidrostático dos vasos de pressão deve ser repetido sempre que o vaso for submetido a

reparos estruturais, independente da categoria do vaso.


09. O Teste Hidrostático dos vasos de pressão deve ser feito com água ou outro líquido na temperatura ambiente e numa pressão mínima de 1,5 vezes a PMTA do vaso na condição corroída e quente (para vasos construídos pelo ASME sec. VIII divisão 1 edição anterior a 1999)

10. O Teste Hidrostático dos vasos de pressão para efeito de atendimento a NR-13 pode ser feito na Pressão de abertura do dispositivo de segurança que protege o vaso a critério do PH.

11. Faça a melhor associação

Mecanismo de Deterioração Tipo de Descontinuidade END mais indicado 1. corrosão interna em bocais de peq. diâmetro

� trinca superficial na margem da solda

� ME

2. CST em inox austenítico � perda de espessura alveolar � PM 3. Fadiga � trincas superficiais na solda casco

/ saia de suportação � LP

4. Erosão � perda de espessura uniforme � RX 5. Deterioração pelo hidrogênio

� empolamentos � dimensional

12. A NR-13, determina o intervalo máximo de inspeção dos vasos de pressão em função da

classificação do fluido contido no vaso, das dimensões físicas do vaso e da existência na firma de setor especializado de inspeção certificado pelo INMETRO.

13. O API 510 estabelece que o intervalo máximo de inspeção interna para vasos de pressão deverá ser o menor valor entre ½ da vida remanescente e 20 anos.

14. O API 510 estabelece que o intervalo máximo de inspeção externa para vasos de pressão deverá ser metade do intervalo para inspeção interna do vaso.

15. Um vaso com taxa de corrosão de 0,10 mm/ano e sobre espessura de corrosão atual de 3 mm, pelos critério do API 510, deverá ter um intervalo máximo de inspeção interna de 10 anos e inspeção externa de 5 anos.

16. Um vaso categoria I, com intervalo máximo de inspeção interna pela NR-13 de 6 anos e vida residual de 10 anos, deverá ter seu intervalo de inspeção interna estabelecido pelo PH em __________ anos. (complete o espaço em branco)

17. Chama-se de reparo a todo serviço realizado no equipamento para que este seja recolocado nas suas condições de projeto.

18. A NR-13 estabelece que toda reparo deve ser executado conforme os requisitos do código de projeto do vaso ou com procedimento mais moderno a critério do PH.

19. Um equipamento deve ser reclassificado quando suas condições de operação forem modificadas para valores diferentes das condições de projeto do vaso

20. A NR-13 considera risco grave e iminente operar um vaso fora das suas condições de projeto.


21. Um relatório de inspeção deve conter no mínimo as seguintes informações: (assinale com um círculo as alternativas que devem estar num relatório)

a) resultado de todos os END´s e testes realizados b) conclusão final da inspeção c) nome e assinatura do PH e inspetores d) rastreabilidade dos END´s

realizados e) resultado da inspeção visual f) cálculo da vida remanescente g) principal mecanismo de deterioração atuante no vaso

h) identificação e localização do vaso

i) condições de projeto do vaso j) espessura mínima do vaso k) PMTA e Temperatura de projeto l) tipo de fluido m) condições de operação n) principais dimensões do vaso o) reparos realizados e CQ empregado com rastreabilidade

p) recomendações futuras

q) datas das próximas inspeções e teste r) taxa de corrosão de todas as partes do vaso

22. Defeitos são descontinuidades não aceitas pelo critério de aceitação estabelecido para o

equipamento. Caso esteja seja alterado um defeito poderá voltar a ser uma descontinuidades ou vice versa.

23. Entende-se por rastreabilidade em ensaios e testes a comprovação que o ensaio foi feito com: procedimento qualificado, pessoal certificado, aparelho calibrado e consumíveis avaliados no recebimento.

24. Um relatório de END e teste não precisa ter todo os itens de rastreabilidade descritos acima se o mesmo for feito por pessoal certificado pela ABEND.

25. A NR-13 exige que todo vaso tenha no mínimo o seguinte: (assinale com um circulo os itens que devem ter)

a) fundação estaqueada b) prontuário c) categoria d) placa de identificação e) suportação com fire proof f) isolamento ou pintura g) intervalo de inspeção e teste definidos h) cálculo de vida remanescente i) condições de projeto do vaso definidas j) espessura mínima calculada k) dispositivo de proteção l) indicador de pressão m) indicador de temperatura n) operador qualificado o) vias de acesso para drenos e vent´s p) duplo bloqueio na entrada q) avaliação de integridade r) PH responsável pelo vaso


PRINCIPAIS BIBLIOGRAFIAS UTILIZADAS 1. Telles, Pedro C. da Silva - Materiais para Equipamentos de Processo

Editora: Interciência

2. The American Society of Mechanical Engineers - ASME Boiler and Pressure Vesses Code Sec. VIII , Div. 1

3. Telles, Pedro C. da Silva - Vasos de Pressão Editora: Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda.

4. Silva, Adelino Carlos Leandro - Vasos de Pressão Editora: PETROBRÁS - CENSUD

5. Dieter, George E. - Mechanical Behavior of Materials Under Tension

Editora: MacGraw - Hill 6. Dieter, George E. - Mechanical Metallurgy

Editora: MacGraw - Hill 7. Towers, Oliver - Metal Construction

Artigo Técnico 8. Towers, Oliver - Testing sub-size Charpy specimens part.1

Artigo Técnico 9. Duncan, Adrian - Further Developmente of a Scheme for Classificaction of Ferritic Weld Metal

Microstructures Editor: The Welding Institute Research Bulletin, 08.86

10. Parlane, A. J. A. - Residual Stresses and Their Effect Editor: The Welding Institute, 1981

11. British Standards Institution - Methods for Crack Opening Displacement (COD) Testing

Editora: British Standards Institution - BS. 5762 - 1979

12. British Standards Institution - Guidabce On Some Methos For The Derivation Of Acceptance Leveks For Defects In Fusion Welded Joints. Editora: British Standards Instituition - BS. 6493 - 1980

13. Monteiro, Sergio Neves - Metalurgia Física e Mecânica Editor: Fundação Brasileira de Tecnologia da Soldagem - CETS - 1990

14. Instituo Brasileiro de Petróleo - Trabalhos Técnicos do 18o Seminário Brasileiro de Inspeção de Equipamentos Editor: Instituo Brasileiro de Petróleo - 1991

15. Instituo Brasileiro de Petróleo - Guias de Inspeção


16. Upitis, Elmar - Pressure Vessel Breakdown Prevention, Examination and Restauration

Editor: CBI - LIX Construções Ltda.

17. Donato, Guilherme Vitor & Pereira, João B. Santini - Tratamento Térmico de Alívio de Tensões Localizado em Equipamentos de Caldeiraria Editora: IV Encontro Técnico de Caldeiraria e Tubulação - PETROBRÁS - 1994

18. American Society for Testing and Material - ASTM E-425 19. Ramos, Ernesto A. S. & Paula Sergio R. & Freire Nelson B. J. - A Utilização Industrial de Técnicas

de Metalografia Não Destrutiva Aplicadas a Avaliação de Integridade Editora: Simpósio Nacional sobre Integridade em Centrais de Vapor - A.B.C.M - 1991

20. Pedrão Nelson & Ferrari Lúcio - Análise da Integridade de um Tubulão de Caldeira pelo Método de

Elementos Finitos. Editora: Simpósio Nacional sobre Integridade em Centrais de Vapor - A.B.C.M. - 1991

21. The Materials Properties Council - FS-26 - Fitness for Service Evaluation Procedures for Operating Pressure Vessels, Tanks, and Piping in Refinery and Chemical Service draft # 5 Editora: The Materials Properties Council Inc. - 345 East, 47 Th Street, New York, NY 10017


ANEXO INFORMATIVO

API 510 – PRINCIPAIS INFORMAÇÕES 1. INTRODUÇÃO Este trabalho é uma tradução dos itens contidos no código API 510 (Pressure Vessel Inspection Code: Maintenance Inspection, Rating, Repais, and Alteration) que, na opinião do autor, podem auxiliar na decisão de um Profissional de Inspeção no exercício do seu trabalho para atendimento aos requisitos da Norma Brasileira NR-13. Nessa tradução está inclusa a interpretação do autor que tem uma experiência na área de inspeção e reparos em vasos de pressão superior a 28 anos. O principal objetivo deste trabalho é levar ao Profissional Habilitado informações sobre as técnicas de inspeção e reparos em vasos de pressão praticadas não apenas nos Estados Unidos mas também na Europa e América Latina, onde o Código API tem grande influência e inúmeros seguidores. Os conceitos descritos a seguir são gerais e podem ser aplicados para todos os tipos de vasos de pressão independente das condições de projeto, produto e dimensões. Para facilitar consultas futuras diretas ao Código API sempre que possível foram citados os itens de onde foram extraídos os assuntos aqui descritos. Esse trabalho foi feito com base no Código API 510 oitava edição de Junho de 1997, incluindo as modificações relativas às emendas de dezembro de 1998, dezembro de 2000 e dezembro de 2001. 2. APLICAÇÕES (item 1) Este código se aplica na inspeção de manutenção, reparos, alterações, e reclassificações em vasos de pressão usados em Industrias químicas e do petróleo e demais industrias correlatas. Pode ser aplicado para vasos de pressão que estejam em serviço e tenham sido construídos de acordo com os requisitos do código ASME seção VIII ou outros códigos reconhecidos internacionalmente. A seção 8 desse código é especifica para vasos de pressão usados nos serviços de Exploração e Produção (E&P) de petróleo. Com exceção da seção 6 todas as demais são aplicadas aos vasos de pressão pertencentes a serviços considerados embarcados (E&P). Este código também não se aplica nos seguintes casos: a) Vasos de pressão sobre estruturas móveis, cobertos por outros códigos; b) Vasos com volume e pressão inferiores a 0,141 metros cúbicos e 250 psig,

respectivamente; c) Vasos com volume e pressão inferiores a 0,042 metros cúbicos e 600 psig,

respectivamente. d) O código API RP 579 fornece detalhes sobre a análise de descontinuidades e constitui-se

como fonte de referência nesse código para esse tipo de assunto.


4. REFERÊNCIAS (seção 1) Os códigos citados a seguir são fontes de referência importantes nesse assunto e são citados nesse código. API: RP 572 – Inspection of Pressure Vessel RP 574 – Inspection of Piping System Components RP 576 – Inspection of Pressure Relieving Devices RP 579 – Fitness for service Publ 2201 – Procedures for Welding or Hot Tapping on Equipment in Service ASME – seção V, VI, VII, VIII, IX e XI NACE: RP 0472 – Methods and Controls to Prevent in Service Environmental Cracking of Carbon Steel Weldments in Corrosive Petroleum Refining Environments MR 0175 – Sulfide Stress Cracking Resistant Metallic Materials for Oilfield Equipment NATION BOARD NB 13 – National Board Inspection Code WRC Bulletin 412 – Challenges and Solutions in Repair Welding for Power and Processing Plants. 4. DEFINIÇÕES (seção 3) 4.1. ALTERAÇÃO Modificação física em algum componente do vaso ou modificação que altere a capacidade do vaso em conter pressão. 4.2. PRESSÃO MÁXIMA DE TRABALHO ADMISSÍVEL (PMTA) Máxima pressão permitida no vaso, medida no topo do vaso na condição de operação para a temperatura de projeto. Esta pressão é calculada usando a espessura mínima para todas partes do vaso, excluindo-se a sobre espessura para corrosão e a tensão provocada por outros carregamentos que não sejam a pressão a que o vaso é submetido. 4.3. ESPESSURA MÍNIMA ADMISSÍVEL (tmin) Espessura requerida para cada parte do vaso, calculado considerando a temperatura e pressão de projetos e todos os demais carregamentos que o vaso estiver sujeito. 4.4. INSPEÇÃO EM SERVIÇO Inspeção para estabelecer a adequabilidade do vaso de pressão continuar em operação. Podem ser usados Exames Não destrutivos (END) para auxiliar nessa avaliação. Durante essa inspeção o vaso pode ou não estar em operação. Portanto essa inspeção pode ou não ser acompanhada por uma inspeção interna. 4.5. VASO DE PRESSÃO Recipiente projetado para ser submetido a pressão interna ou externa. Esta pressão pode ser imposta por fonte interna ou externa, pela aplicação de calor por fonte direta ou indireta ou uma combinação delas. Esta definição inclui geradores de vapor sob fogo e outros vasos geradores de vapor que operem em unidades de processo. 4.6. REPAROS Trabalho necessário para restaurar um vaso a condições seguras de operação na sua condição de projeto. A substituição ou adições de partes pressurizadas ou não a um vaso também será considerado reparo se condições de projeto NÃO forem alteradas.


4.7. RECLASSIFICAÇÃO Toda modificação na temperatura ou PMTA de um vaso ou de ambas. Quando a PMTA ou temperatura de projeto do vaso for aumentada ou a temperatura mínima diminuída teste mecânico adicionais são necessários e isto deve ser considerado uma alteração. 4.8. DEPÓSITOS DE SOLDA CONTROLADOS Quando técnica de soldagem usada exige controle de refino de grão e revenimento para se obter uma ZTA de melhor tenacidade. Existem várias técnicas de controle de deposição como: passe de revenimento (temper-bead31), técnica da meia camada (half-bead32). O controle da técnica de deposição inclui: detalhe da junta, pré-aquecimento, pós-aquecimento, controle dos parâmetros de soldagem e técnica de deposição. Nesses casos deve ser consultado o boletim 412 do WRC (Welding Research Council). 5. PRÁTICAS DE INSPEÇÃO (seção 5) 5.1. SEGURANÇA Na inspeção interna de vasos de pressão devem ser tomadas precauções porque trata-se de serviço em especo confinado. O vaso deve estar isolado através de raquetes e completamente livre de líquidos, gases ou vapores. Os vasos devem ser drenados, purgados, limpos, ventilados e testados quanto a presença de misturas explosivas ou quantidade adequada de oxigênio. A inspeção deve ser executada com o uso dos EPI’s indicados pelos especialistas em segurança. Os equipamentos e ferramentas usados na inspeção interna devem ser adequados para trabalho em atmosferas gasosas. A saúde dos inspetores também deve ser controlada. 5.2. MODOS DE DETERIORAÇÕES O manuseio de fluidos contaminados com: enxofre, cloreto, sulfeto de hidrogênio, hidrogênio, carbono, cianetos, ácidos, água ou outro constituinte químico pode provocar a corrosão das partes de um vaso. Nos locais onde podem haver tensões flutuantes podem ocorres trincas de fadiga. Falhas de fadiga podem ocorrem também quando se tem variação de pressão ou temperatura.. Locais onde existem união de materiais com coeficientes de dilatação diferentes pode haver falhas por fadiga térmica. Outras formas de deterioração como: corrosão sob tensão, ataque pelo hidrogênio, carbonetação, grafitização e erosão, podem ocorrer em circunstâncias especiais. Deteriorações por fluência podem ocorrer em equipamentos sujeitos a temperaturas acima das de projeto, principalmente em pontos com concentração de tensões. A fluência depende do tempo, temperatura, tensão e resistência do material a fluência. Baixas temperaturas também podem levar equipamentos em aços ferríticos a falhar por fratura frágil. Vasos em aço ferrítico tem falhado durante o teste hidrostático quando este é executado numa temperatura abaixo da temperatura de transição do material. Atenção especial deve ser dado aos aços baixa liga com 2.1/4 Cr – 1Mo, porque estes estão sujeitos a um fenômeno denominado Fragilização ao Revenido (perda da ductilidade do material e redução da tenacidade devido ao serviço prolongado em altas temperaturas – acima de 3700C). 5.3. DETERMINAÇÃO DA TAXA DE CORROSÃO

31 Temper-bead: controle do revenimento do metal depositado e zta de uma solda através do controle de parâmetros de deposição do consumível. 32 Half-bead: remoção de metade da camada depositada para facilitar o revenimento obtido com o calor da próxima deposição.


Para determinar uma taxa de corrosão inicial de um vaso deve ser empregado um dos seguintes métodos: a) A taxa de corrosão pode ser estimada a partir dos resultados medidos em vasos com serviços similares; b) A taxa de corrosão pode ser adotada de literaturas confiáveis para vasos de serviços similares; c) A taxa de corrosão pode ser estimada a partir de medidas feitas após no mínimo 1000 horas de exposição ao meio. As medidas devem ser feitas um exame não destrutivo confiável. Após um intervalo de tempo confiável devem ser feitas novas medidas para validar a taxa de corrosão do vaso. 5.4. DETERMINAÇÃO DA PRESSÃO MÁXIMA DE TRABALHO ADMISSÍVEL (PMTA) A PMTA para uso continuado de um vaso de pressão deve ser baseada calculada com base na última edição do Código ASME ou do código de construção que o vaso foi construído. O resultado desse cálculo não pode ser maior do que a PMTA original calculada para o vaso. Devem ser feitos novos cálculos apenas se algum detalhe essencial do vaso for modificado, como: alteração de material, tensão admissível, eficiência de junta, modificações do projeto e requerimentos de serviço cíclico. Em serviços corrosivos,a espessura usada no cálculo deve ser reduzida da perda de corrosão estimada até a próxima inspeção. 5.5. INSPEÇÃO Deve ser dada atenção especial a observação visual quanto a presença de deformações no vaso. O exame visual é o método mais importante e aceito universalmente. Outros métodos de inspeção podem suplementar o exame visual, como: exame de partículas magnéticas ou líquido penetrante para avaliação de descontinuidades superficiais, exame radiográfico, medição de espessura com ultra-som, corrente parasita, exame metalográfico, teste de emissão acústica, teste de martelo com o equipamento fora de operação e teste de pressão. Os vasos com revestimento interno ou externo (refratário, pintura, lining metálico, etc.) que estiverem em boas condições não precisão ter removido para avaliação do metal base. Entretanto, após algum tempo de operação pode ser necessária a remoção de pequenas partes para essa avaliação. Serviços que deixam depósitos aderidos ao metal base precisam ter pequenas regiões removidas para avaliação do metal sob o depósito. Vasos que possuem internos não precisam ter essas partes totalmente removidas mas apenas o suficiente para avaliação do vaso. O exame de ultra-som é necessário quando o vaso tiver descontinuidades do tipo trinca e for analisado pelo API RP 579. 5.6. PARTES A SEREM INSPECIONADAS As partes comuns na maioria dos vasos a serem inspecionadas são: a) Exame do casco e tampos. Deve ser dada atenção especial as regiões de ligação com os suportes e regiões de maior conformação dos tampos. Se forem observadas deformações é necessária uma avaliação dimensional mais detalhada. b) Exame de juntas soldadas e zonas termicamente afetadas pelo calor da solda (ZTA). c) Exame de todos as bocas de visita e bocais do vaso, atenção particular deve ser dada às soldas de atracação com o casco e tampos. Normalmente, os furos de teste de chapas de reforço devem ser deixados abertos para fornecer evidências de vazamentos quando houver. As faces de assentamento dos flanges devem ser avaliadas com cuidado quanto a empenamentos e condição da superfície de vedação.


5.7. DETERMINAÇÃO DA ESPESSURA MÍNIMA E DA CORROSÃO A corrosão pode ser uniforme ou localizada. A primeira pode ser difícil de ser detectada visualmente e precisa da medição de espessura para ser corretamente avaliada sua extensão. A corrosão localizada pode ser menor do que a estimada visualmente e também deve ser medida para uma melhor avaliação. Tanto a medida da espessura mínima quanto a taxa de corrosão máxima de um vaso podem ser determinados como segue: a) Uso de um exame não destrutivo adequado, como ultra-som ou radiografia ou outro método mais moderno como ultra-som com A-scan, B-scan ou C-scan. b) Medir as aberturas que estiverem disponíveis. c) Medir a profundidade de uma área corroída e comparar com uma área vizinha sem corrosão. d) Para uma área com corrosão considerável pode ser adotada como espessura mínima medida a espessura média determinada numa linha na direção perpendicular a direção de maior tensão no elemento e com a extensão de: d.(1) para vasos com diâmetro menor do que 150 cm a extensão máxima da linha de medida é de metade do diâmetro do vaso ou 50 cm, o que for menor. d.(2) para vasos com diâmetro maior do que 150 cm a extensão máxima da linha de medida é um terço do diâmetro do vaso ou 100 cm, o que for menor. Quando a área tiver uma abertura, a extensão em que é válido usar a espessura média não pode exceder a circunferência do reforço do bocal. Para cálculo da taxa de corrosão deve ser usada a espessura média determinada como descrito acima, mas para a espessura mínima de cada parte do vaso deve ser adotada a menor espessura medida. e) Regiões com corrosão localizada (pitting) podem ser desconsideradas na determinação da espessura mínima e da taxa de corrosão se todos os critérios descritos a seguir forem satisfeitos: e.(1) Nenhum pitting pode ter uma profundidade maior do que metade da espessura mínima do vaso calculada conforme os critérios do Código ASME. e.(2) A soma da área das superfícies de todos os pittings não pode exceder a 45 centímetros quadrados quando dentro de um círculo com diâmetro de 20 centímetros. e.(3) A soma das dimensões ao longo de uma reta dentro do círculo não pode exceder a 5 centímetros. f) Como procedimento alternativo para avaliar a necessidade de reconstituição de uma área com espessura reduzida por corrosão ou outro tipo de desgaste ou provocada pela remoção de descontinuidades pode ser usado o método de análise descrito no Apêndice 4 do Código ASME seção VIII divisão 2. É importante ressaltar que cavidades devem ser suavizadas para evitar maior concentração de tensões. 5.8. ANÁLISE DA INSPEÇÃO A análise de degradações ou descontinuidades encontradas durante a inspeção que podem comprometer a resistência mecânica de alguma parte do vaso devem ser analisadas como descrito no Código API RP 579, como segue: a) Perdas de espessura em grandes regiões – usar a seção 4 do API RP 579. b) Perdas de espessura localizadas – usar a seção 5 do API RP 579. c) Regiões com pitting – usar a seção 6 do API RP 579. d) Regiões com empolamento e dupla laminação – usar a seção 7 do API RP 579. e) Desalinhamentos e deformações - usar a seção 8 do API RP 579. f) Análise de descontinuidades do tipo trinca - usar a seção 9 do API RP 579. g) Análise de vasos sujeitos a incêndio - usar a seção 11 do API RP 579.


6. INSPEÇÃO E TESTES EM VASOS DE PRESSÃO E DISPOSIT IVOS DE SEGURANÇA (seção 6) 6.1. GERAL Os vasos devem ser inspecionados quando de sua instalação no local definitivo. A inspeção interna não é necessária em vasos novos se forem acompanhados dos relatórios de inspeção e tiverem sido inspecionados pelo comprador na fábrica. Para assegurar a integridade do vaso estes devem ser inspecionados numa freqüência como descrito nesse código. A seleção dos métodos de inspeção a serem empregados durante a inspeção dependem das condições operacionais do vaso e das características do meio a que o vaso esta exposto. A escolha dos métodos de inspeção pode incluir vários exames não destrutivos e a inspeção visual. A inspeção interna sempre é preferida pois este é o lado de maior degradação do vaso, como esta degradação pode não ser uniforme pode não ser detectada quando o vaso é inspecionado pelo lado externo. A inspeção em serviço pode ser aceita como substituta da inspeção interna em circunstâncias especiais como descrito no item 6.4. A inspeção deve fornecer informações de todos os componentes essenciais do vaso para que este opere com segurança até a próxima inspeção. O risco associado a parada e partida do vaso e o aumento da corrosão devido ao contato com o ar devem ser considerados na definição da necessidade da inspeção interna do vaso. 6.2. INSPEÇÃO COM BASE NO RISCO (RBI) A identificação e a determinação do potencial de propagação são importantes etapas na análise da probabilidade de falha de um vaso de pressão. A combinação entre a análise da probabilidade de falha e as conseqüências da falha são os elementos essenciais no estudo da Inspeção com base no risco (RBI). A probabilidade da falha deve levar em consideração todas as formas de degradação que podem atuar em todas as partes do vaso. Exemplos: perda de metal devido a corrosão interna ou externa, ocorrência de trincas, deteriorações pelo hidrogênio, corrosão sob tensão (na superfície interna ou externa), deteriorações microestruturais, degradação das propriedades mecânicas, possibilidade de fadiga, fluência, fragilização, etc. Devem ser consideradas também as eficiências das técnicas de inspeção e exames não destrutivos usados nas inspeções para detectar as deteriorações esperadas. Outros fatores devem ser considerados também na análise RBI, como: uso do material mais apropriado, condições operacionais dentro das condições de projeto, efetividade do programa de monitoração utilizado e a qualidade das inspeções realizadas. As conseqüências das falhas devem considerar o potencial dos acidentes quando ocorrer um vazamento, incluindo a possibilidade de explosão, incêndio, exposição a produtos tóxicos, impactos ao meio ambiente e outros problemas ligados a uma falha. É importante que todos os dados que levaram as conclusões de uma análise RBI sejam registradas para futuras revisões. Após a análise RBI de um vaso podem definir a estratégia de inspeção a ser adotada para um vaso de pressão, estabelecendo basicamente o seguinte: a) Quais os métodos de inspeção mais indicados, a extensão da inspeção e as ferramentas de inspeção mais indicadas para o vaso com base nos mecanismos de deterioração indicados no estudo. b) A periodicidade de inspeção mais apropriada. c) A necessidade de teste de pressão após a detecção de descontinuidades ou a execução de reparos ou a execução de alterações no vaso. d) Ações para reduzir a probabilidade de falhas ou conseqüências das falhas.


A análise RBI pode ser usada para aumentar ou reduzir a periodicidade de inspeção limitada em 10 anos no item 6.4. 6.3. INSPEÇÃO EXTERNA Todo vaso não enterrado deve sofrer inspeção visual externa, preferencialmente em operação, no mínimo a cada 5 anos ou junto com a inspeção interna, o que for menor. Essa inspeção deve, no mínimo, avaliar as condições de: a) Isolamento térmico externo. Deve ser dada atenção quanto a presença de inchaço no isolamento que podem ser causados pela corrosão sob o isolamento, principalmente em vasos que operam entre –4oC e 120oC ou com operação intermitente. Pode ser necessária a remoção do isolamento para uma melhor avaliação. Isto não é necessário para vasos que operam em temperaturas inferior a –4oC ou acima de 120oC.. Alternativamente, durante a inspeção interna pode ser medida a espessura de parede nas regiões mais prováveis de deterioração, como: anéis de suportação do isolamento, ao redor de bocais ou locais onde existe falhas ou frestas no isolamento. b) Suportação, avaliando a possibilidade de dilatação do vaso e as ligações do vaso ao suporte. c) Sinais de vazamento devem ser investigados para se estabelecer a origem. O intervalo de inspeção externa deve ser determinado com base na taxa de corrosão do vaso, determinada por um dos seguintes métodos: a) Pela taxa de corrosão de tubulações conectadas ao vaso, com material similar ao vaso. b) Pela taxa de corrosão determinada através de monitoração da corrosão. c) Pela determinação da taxa de corrosão do vaso em partes representativas do vaso. d) Pela taxa de corrosão de vasos em situações similares. 6.4. INSPEÇÃO INTERNA OU EM SERVIÇO A periodicidade da inspeção interna ou em serviço deve ser o menor valor entre metade da vida remanescente do vaso, calculado pela sua taxa de corrosão ou 10 anos. Nos casos onde a vida remanescente for menor do que 4 anos, o intervalo de inspeção interna pode ser igual a vida remanescente até um máximo de 2 anos. Exemplo um vaso com vida remanescente de 3 anos, pode ter um intervalo de inspeção interna igual a 2 anos e outro vaso com vida remanescente de 1,8 anos, pode ter um intervalo de inspeção interna igual a 1,8 anos. Para vasos de pressão que operam intermitentemente e são mantidos fora de operação com gás inerte ou outro fluido não corrosivo. O prazo de inspeção será relativo apenas ao período em que o vaso estiver em operação. Enquanto que os vasos que não forem preservados quando estiverem fora de operação devem ter seu intervalo de inspeção interna reavaliado quanto a possibilidade de aumento da corrosão no período que este for mantido fora de operação. Já o intervalo da inspeção externa não deve ser alterado permanecendo o mesmo se o vaso opera-se de maneira continua. Exceto nos casos descritos abaixo, a inspeção interna normalmente é o método preferido de avaliação para os vasos sujeitos a corrosão localizada e outros tipos de deteriorações. No entender de um inspetor ou engenheiro autorizado em vasos de pressão a inspeção interna pode ser substituída por uma inspeção em operação nas seguintes situações: a) Quando a dimensão do vaso ou de seu acesso interna é fisicamente impossível da entrada do inspetor. b) Quando a taxa de corrosão interna do vaso for inferior a 0,125 mm/ano e vida estimada for maior do que 10 anos e todas as seguintes condições forem verdadeiras: b.1) Os constituinte que provocam a corrosão são conhecidos e controlados pelo menos a cada 5 anos.


b.2) Os prazos da inspeção externa são respeitados. b.3) O vaso não opera numa temperatura abaixo da temperatura mínima de pressurização do material com que o vaso foi construído. b.4) O vaso não está sujeito a trincas de corrosão sob tensão ou deteriorações pelo hidrogênio. b.5) O vaso não é revestido internamente com lining, clad ou outro tipo de revestimento. Se todos os itens descritos no item b acima não forem respeitados o vaso deverá ser submetido a inspeção interna. O resultado da inspeção interna de um vaso pode ser tomado como referência para que a próxima inspeção interna seja substituída por uma inspeção em operação se suas condições operacionais não forem modificadas. Quando a Inspeção em operação é usada como substituta da Inspeção Interna algum exame não destrutivo como ultra-som, radiografia, ou outro END apropriado para avaliar a espessura e a integridade das soldas de todas as partes do vaso pressurizadas. Um número representativo de medições deve ser executado de maneira a possibilitar uma análise de todas as partes pressurizadas do vaso. Por exemplo, devem ser avaliados o casco, tampos, seções cônicas e amostras representativas dos bocais. Também deve ser estabelecida a vida remanescente para cada parte do vaso e o intervalo entre inspeções com base na pior condição. A decisão sobre o número e localização dos pontos de medição de espessura deve considerar o resultado de inspeções anteriores, se existir e a conseqüência da falha em um componente do vaso. O número de medidas deve ser suficiente para estabelecer a taxa de corrosão geral e localizada das partes do vaso. Um número mínimo de pontos de medição é aceito quando as medidas indicarem um taxa de corrosão geral baixa e quando não existir corrosão localizada. Para vasos com corrosão localizada é importante que se conheça o mecanismo dessa corrosão para se definir o número de pontos de medição a serem usados. Para vaso com corrosão localizada é importante a utilização utilizar métodos de avaliação da corrosão do tipo escaneamento, como perfil radiográfico, ultra-som ou outro método não destrutivo similar. A vida remanescente de um vaso deve ser calculada usando a seguinte fórmula:

corrosão de taxat - t

teremanescen vidarequerida mínimaatual=

onde: tatual = espessura atual, medida para um componente do vaso tmínima requerida = espessura mínima requerida, calculada conforme a fórmula do código de construção do vaso antes de se adicionar a sobre espessura de corrosão e outros adicionais. É possível o calculo de duas taxas de corrosão de longo tempo (LT) e de curto (short) tempo (ST) como mostrado a seguir:

medidas duas as entre tempot - t

(LT) corrosão de taxaatualinicial=

medidas duas as entre tempot - t

(ST) corrosão de taxaatualprévia medida=

onde: tatual = espessura atual, medida para um componente do vaso tmedida prévia = espessura medida durante uma inspeção anterior As taxas de corrosão de longo e curto tempo devem ser avaliadas e o inspetor deverá usar para cálculo da vida remanescente do vaso a taxa de corrosão que melhor represente a situação atual do vaso.


Para a definição da taxa de corrosão a ser usada pode ser usada uma análise estatística. Essa análise pode ser usada para determinar o intervalo de inspeção do vaso. Análise estatística não pode ser usada para vasos que apresentem corrosão localizada. A determinação da taxa de corrosão pode ser determinada usando-se duas ou mais medições realizadas no vaso. O inspetor deverá avaliar ambas as taxas de corrosão de curto e longo tempo para determinar a melhor taxa de corrosão a ser usada no cálculo da vida remanescente do vaso. Para vasos grandes com duas ou mais regiões de diferentes taxas de corrosão essas regiões podem ser tratadas separadamente. Quando o intervalo de inspeção interna do vaso é determinado pela região mais crítica as regiões com baixa deterioração podem ter a Inspeção interna substituída por uma Inspeção em operação. Um método alternativo para determinar o intervalo entre inspeções de um vaso grande é determinar a vida remanescente com base na PMTA de cada parte do vaso e usar o menor intervalo como o intervalo do vaso. Nesse caso também limitado a 10 anos. Quando o vaso estiver sujeito a outros tipos de deteriorações não causadas pelo meio, como: carregamento externo, uso de material inadequado, etc. o intervalo de inspeção deve ser adaptado para evitar falhas. Caso ocorra mudança nas condições de operação ou projeto do vaso, o intervalo entre inspeções deve ser reavaliado considerando as novas condições. Se o vaso for modificado de local o vaso deve ser submetido a inspeção interna e externa antes de ser reutilizado e um novo intervalo de inspeção deve ser estabelecido considerando as novas condições operacionais. 6.5. TESTE DE PRESSÃO Quando o inspetor acreditar ser necessário um teste de pressão ou quando o vaso for submetido a reparos com solda ou alterações o teste deve ser conduzido numa pressão estabelecida de acordo com o código de construção usado para determinar a PMTA do vaso. Para reduzir riscos de fratura frágil durante o teste, a temperatura do metal deve ser mantida 17oC acima da Temperatura Mínima de Pressurização do material das partes do vaso (ver figura UCS 66 do ASME) para vaso com espessura maior do que 2”, ou 6oC para os vaso com espessura menor ou igual a 2”. A temperatura de teste não deve exceder a 50oC a menos que existam informações de que o material está sujeito a fratura frágil também nessa temperatura. Nesse caso são aceitas temperaturas de teste mais altas. O teste pneumático pode ser usado quando o teste hidrostático é impraticável por causa da temperatura, fundação, revestimento refratário, ou razões de processo; entretanto o risco de um teste pneumático deve ser considerado, antes de se decidir pelo seu uso.No mínimo as exigências contidas no código ASME devem ser atendidas antes do teste. Antes de se realizar o teste hidrostático no equipamento devem ser verificadas os suportes, estruturas e fundações do vaso. Quando a pressão de teste ultrapassar o valor de abertura do dispositivo de segurança esse deverá ser removido. Como alternativa a remoção da válvula de segurança podem ser usados grampos que evitam a abertura da válvula durante o teste. Não é recomendado evitar a abertura da válvula de segurança com aplicação de carga sobre a mola da válvula. 6.6. VÁLVULAS DE SEGURANÇA As válvulas de segurança devem ser inspecionadas, manutenidas e testadas. A documentação de acompanhamento de uma válvula de segurança deve ter no mínimo o seguinte: identificação, número da revisão, responsável pela manutenção, trabalho realizado, desenho e especificação, materiais de todas as partes, locais de inspeção, reparos executados, resultados do teste de ajuste e outras informações importantes.


As válvulas de segurança devem ser inspecionadas, manutenidas e testadas conforme os requisitos do API RP 576. O intervalo de inspeção, manutenção e calibração das válvulas de segurança devem ser determinados considerando seu histórico e o conhecimento do serviço ao qual a mesma está submetida. Esse intervalo não deve exceder a 5 anos a menos que seu histórico indique que intervalos maiores são admissíveis. Para serviços com fluidos limpos e não corrosivos podem ser aceitos intervalos de inspeção de até 10 anos. Quando a inspeção mostrar que a válvula estava muito suja ou inoperante o prazo de inspeção deve ser reduzido. Recomenda-se também determinar a causa dos problemas identificados. 6.7. RELATÓRIOS Os relatórios devem ser mantidos durante toda a vida do vaso. Os relatórios devem ser mantidos atualizados com informações sobre operação, inspeção e manutenção, formando o histórico do vaso. A documentação dos vasos de pressão deve conter quatro tipo de informações relativas a integridade mecânica do vaso, como descrito a seguir: a) Informações sobre as características de projeto e construção. Por exemplo: identificação do vaso, fabricante, relatórios de inspeção da fabricação, cálculos de projeto, desenhos de construção, dados da construção (TTAT, sodas, inspeções realizadas, etc.), coeficiente de segurança utilizado, valores de tensões admissíveis adotados, pressão e temperatura de projeto, data de fabricação, etc. b) Histórico de operação e inspeção. Por exemplo: condições de operação normal, incluindo descontroles que podem afetar a integridade mecânica do vaso, relatórios das inspeções realizadas, medidas de espessura, reparos realizados, cálculo da vida remanescente, testes e exames não destrutivos realizados, resultados das inspeções, procedimentos usados de inspeção e ensaios, e inspetores que realizaram as inspeções e testes. c) Reparos, alterações e reclassificação. Por exemplo: reparos e alterações realizadas, procedimentos adotados e qualificação das pessoas que realizaram os serviços. d) Análise de descontinuidades realizadas. Documentação e cálculos das descontinuidades avaliadas que permanecem no vaso, conforme API RP 579. 7. REPAROS, ALTERAÇÕES E RECLASSIFICAÇÃO DE VASOS D E PRESSÃO (seção 7) 7.1. INTRODUÇÃO Esta parte se refere a reparos e alterações realizadas em vasos de pressão por soldagem. Os reparos devem seguir os requisitos do código de construção que o vaso foi construído. Todo material e procedimento de reparo que será usado devem ser autorizados por profissional experiente em vasos de pressão. Uma trinca numa solda ou outro defeito numa chapa podem ser reparados com a preparação de um chanfro do tipo U ou V na profundidade da remoção total do defeito e a cavidade depois recomposta com depósito de solda, como descrito no item 7.2 a seguir. Reparos em regiões com maior concentração de tensões devem ser calculados antes do reparo. Áreas corroídas podem também ser reconstituídas com deposição de solda. Irregularidades superficiais e contaminações devem ser removidas antes da recuperação com solda. Deve ser especificado o controle de qualidade mais adequado para o reparo realizado. 7.2. SOLDAGEM Os reparos devem ser realizados por pessoal qualificado e procedimentos qualificados conforme o código ASME seção IX.


7.2.1. PRÉ-AQUECIMENTO OU MÉTODOS DE CONTROLE DE DEPOSIÇÃO COM ALTERNATIVAS PARA O TRATAMENTO TÉRMICO PÓS-SOLDAGEM O pré-aquecimento e o controle de deposição, como descrito em 7.2.1.1. e 7.2.1.2, pode ser usado em substituição ao tratamento térmico após soldagem, onde este é mecanicamente desnecessário. Para se usar um método de reparo alternativo é necessário uma avaliação metalúrgica para se avaliar se o reparo proposto é adequado. Essa avaliação deve considerar quais são as razões que originaram a necessidade do tratamento térmico após a soldagem, fatores como: possibilidade de trincas por corrosão sob tensão, tensões residuais de soldagem elevadas, suscetibilidade a trincas pelo hidrogênio, possibilidade de trincas por fluência, etc. A seleção do procedimento de soldagem deve se basear nas regras do código de projeto, na condição sem tratamento para as condições de operação e de teste. As condições de substituição do TTAT por métodos alternativos descritos em 7.2.1.1. e 7.2.1.2, são válidas apenas aos materiais de mesmos P número de G número descritos, os materiais não listados deverão ser submetidos a TTAT aos os reparos de solda, conforme os requisitos do código ASME. Quando se adotar os métodos alternativos de reparos descritos em 7.2.1.1. e 7.2.1.2, a eficiência de junta usada nos cálculos não precisa ser alterada. 7.2.1.1. MÉTODO DO PRÉ-AQUECIMENTO (Não é requerido teste de tenacidade) a) O teste de tenacidade (Charpy, CTOD ou similar) não é requerido quando se adotar este método de soldagem. b) O método está limitado aos seguintes materiais: Número P 1, Grupos 1, 2 e 3, e para Número P3, Grupos 1 e 2 (excluindo-se os aços Mn-Mo no grupo 2). c) Os processos de soldagem estão limitados a: eletrodo revestido, TIG e MAG. d) A região a ser soldada deverá ser pré-aquecida e mantida numa temperatura mínima de 1500C durante a soldagem. A temperatura de 1500C deve ser verificada a 10 mm da região de solda ou quatro vezes a espessura do material a ser soldado, o que for maior, dos dois lados do chanfro preparado. A temperatura máxima interpasses não deve exceder a 3150C. Quando a solda não penetrar através de toda a espessura do material a medida das temperaturas de pré-aquecimento e interpasses deve ser feita a 10 mm da região a ser soldada ou quatro vezes a profundidade do reparo, o que for maior, para cada lado do chanfro. 7.2.1.2. MÉTODO DE CONTROLE DE DEPOSIÇÃO (é requerido teste de tenacidade) a) O teste de tenacidade, deve ser como estabelecido no código ASME seção VIII, divisão 1, partes UG-84 e UCS-66, conforme projeto do vaso. b) Os materiais estão limitados a aços com Número P 1, Número P 3, e Número P 4. c) Os processos de soldagem estão limitados a: eletrodo revestido, TIG e MAG. d) A especificação do procedimento de soldagem (EPS) deve ser qualificada para cada aplicação. O procedimento deve definir as temperaturas de pré-aquecimento e interpasses e incluir o tratamento térmico após soldagem, conforme requerido em f.1, abaixo. A faixa de espessura qualificada deve ser de acordo com a tabela 7.1. O material usado na qualificação do procedimento deve ser o mesmo do utilizado no vaso (especificação, grau, classe e condição de tratamento térmico). Se a especificação original for obsoleta, deve ser usada a especificação mais próxima possível da usada na fabricação, mas o material não pode ter resistência mecânica inferior ao original ou ter um teor de carbono maior do que 0,35%. e) quando o teste de impacto for requerido pelo código de construção, o corpo de prova usado na qualificação do procedimento deve ter tamanho suficiente para possibilitar uma avaliação da tenacidade da solda, zona termicamente afetada pelo calor e metal base, na condição como soldado, na temperatura mínima de projeto (conforme ASME seção VIII,


divisão 1, partes UG-84 e UCS-66). Se existir necessidade de controle de dureza este deve ser feito conforme NACE RP 0472 e MR-0175, os valores devem ser incluídos no procedimento de soldagem. f) Requerimentos adicionais que devem ser incluídos no procedimento de soldagem: f.1. devem ser respeitas as variáveis essenciais suplementares do código ASME seção IX, parágrafo QW-250. f.2. a energia de soldagem (heat imput) de cada camada não deve exceder a usada na qualificação do procedimento. f.3. a temperatura mínima de pré-aquecimento de soldagem não deve ser menor do que a usada na qualificação do procedimento. f.4. a temperatura máxima interpasses para a soldagem não deve ser maior do que a usada na qualificação do procedimento. f.5. a temperatura deve ser verificada a uma distância de 10 mm da região a ser soldada ou quatro vezes a espessura do material, o que for maior, de cada lado do chanfro. Quando a solda não penetrar toda a espessura do material, a verificação deverá ser feita a 10 mm da região a ser soldada ou quatro vezes a profundidade da deposição, o que for maior, para cada lado do chanfro. f.6. para o processo de eletrodo revestido, devem ser usados apenas consumíveis de baixo hidrogênio, com classificação H8 ou menor. Quando for utilizado processo protegido por gás deve ter ponto de vaporização maior do que –500C.. a região a ser soldada deve ser mantida seca, livre de sujeiras, óxidos, óleos, graxas ou outro material orgânico. f.7. deve ser usada a técnica de deposição com passe de revenimento ou meia camada. A mesma técnica deve ser usada na qualificação do procedimento. f.8. quando for usado o processo de eletrodo revestido, dever feito um pós-aquecimento de 2600C ± 300C por no mínimo de 2 horas, para possibilitar a difusão do hidrogênio retido. Esse tratamento pode ser omitido quando se usar eletrodo com classificação H4 (assim como E-7018-H4). f.9. após terminado o reparo, a solda deve ser resfriada até a temperatura ambiente. A camada do passe de revenimento deve ser removida, e a região deve ficar com a superfície lisa e nivelada com o metal base. 7.2.2. EXAME NÃO DESTRUTIVO DA SOLDA Antes da soldagem, a área preparada para soldagem deve ser examinada usando exame de partículas magnéticas ou liquido penetrante, para confirmar que à área está isenta de descontinuidades. Depois de completada a soldagem um desses dois exames não destrutivos acima deve ser repetido para garantir que não existe defeitos superficiais. Em adição os vasos de pressão que originalmente tiveram suas soldas radiografadas, deverão também ser radiografadas. Nas regiões onde não for possível executar o exame radiográfico deverá ser usado outro exame não destrutivo considerado mas apropriado para garantir a sanidade da solda. 7.2.3. TRATAMENTO TÉRMICO LOCALIZADO APÓS A SOLDAGEM Antes de se decidir pela realização de Tratamento Térmico após a soldagem (TTAT), deve ser feita uma avaliação metalúrgica para se avaliar a necessidade da realização do TTAT devido as características do fluido armazenado no vaso. O TTAT localizado pode se substituído por um tratamento envolvendo 360 graus ao redor do reparo para todos os materiais, desde que sejam tomadas as precauções descritas a seguir: a) o procedimento deve ser elaborado por um engenheiro com experiência em TTAT localizado em vasos de pressão. b) As variáveis descritas a seguir devem ser consideradas: espessura do metal base, gradiente térmico e propriedades do material (dureza, constituintes e resistência mecânica);


modificações devido ao TTAT localizado; a necessidade de sola com penetração total e a superfície da região tratada. Devem ser consideradas também as possibilidades de distorções devido à redução da área a ser tratada. c) Um pré-aquecimento mínimo de 150 oC deve ser mantido durante o procedimento de soldagem. d) A temperatura de Tratamento deve ser mantida numa distância de no mínimo duas vezes a espessura do metal base. A temperatura de tratamento deve ser monitorada por um número adequado de termopares (no mínimo dois). Na determinação do número adequado de termopares deve ser considerado o tamanho da área a ser tratada. Todo bocal ou atracação (clip) que estiver dentro da área de tratamento deverá ser incluído no tratamento. 7.2.4. REPAROS PARA CHAPAS COM REVESTIMENTO EM AÇO INOXIDÁVEL DEPOSITADO COM SOLDA DE SOBREPOSIÇÃO (Weld Overlay) E CLADING O procedimento de reparo a ser adotado deverá ser submetido para avaliação de um engenheiro com experiência em reparos em vasos de pressão. Devem ser considerados alguns fatores que podem dificultar o reparo como: nível de tensão, número P do material base, características do meio, possibilidade do material estar carregado com hidrogênio, tipo de lining, deteriorações das propriedades úteis do metal base (por exemplo: fragilização dos aços cromo molibdênio), temperatura mínima de pressurização e a necessidade de inspeção periódica futura. Para equipamentos em serviço com hidrogênio e temperaturas elevadas ou que operem com meios corrosivos com a reação catódica de geração de hidrogênio atômico com possibilidade de migrar para o metal base, os fatores descritos a seguir devem ser considerados: a) Gaseificação do metal base (metal base pode estar carregado com hidrogênio) b) Endurecimento do metal base devido à soldagem, usinagem ou abertura de arco. c) Pré-aquecimento e controle da temperatura entre passes. d) Tratamento térmico após soldagem para reduzir a dureza e restaurar as propriedades mecânicas. O reparto deve ser acompanhado por um inspetor de soldagem. Depois de completado o reparo este deverá ser inspecionado pelo método de líquido penetrante e usado o critério de aceitação do código ASME seção VIII divisão, apêndice 8. Os vasos de pressão construídos com materiais P-3, P-4 ou P-5, o metal base, na área do reparo, deverá ser inspecionado com exame de ultra-som de acordo com o código ASME seção V, artigo 5, parágrafo T-543. Está inspeção preferencialmente após 24 horas de completado o reparo nos equipamentos que trabalham com hidrogênio e tenha aços cromo molibdênio como metal base, devido a possibilidade de trincas no resfriamento, provocadas pelo hidrogênio. 7.2.5. PROJETO Juntas de topo devem ter penetração total. Partes do vaso a serem substituídas devem ser projetadas respeitando-se os requisitos do código de construção. Caso seja necessário novo bocal podem ser instalados no vaso, respeitando-se os requisitos do código de projeto. Juntas para soldas sobrepostas ou de ângulo (sem penetração total) devem ser verificadas quanto a permissão de projeto, nível de tensões e principalmente quanto a eficiência de junta do vaso. Juntas sobre postas (sem penetração) podem ser usadas para reparos temporários. Reparos temporários devem ser aprovados por um engenheiro de projeto com experiência em vasos de pressão. Os reparos provisórios devem ser substituídos por reparos permanentes na próxima manutenção do equipamento. Reparos provisórios podem permanecer por um longo período de tempo apenas se for inspecionado, aprovado e calculado por um engenheiro de vasos de pressão experiente. Reparos usando soldas


sobrepostas, sem penetração, podem ser aplicadas tanto interno com externamente em cascos e tampos de vaso de pressão nas seguintes situações: a) reparos com sodas sobrepostas devem atender os requisitos de projeto para reforço de uma abertura. b) Reparos com sodas sobrepostas devem ser projetados para absorver deformações de membranas, respeitando os requisitos a seguir: b.1. As tensões de membrana não podem exceder os valores permitidos pelo código de projeto. b.2. As deformações no reparo não resultem em tensões acima do limite permitido para juntas sobrepostas. Reparos com juntas sobrepostas devem ter seus cantos arredondados. Reparos do tipo “insert” (bolachas) devem ter cantos arredondados e serem feitos com junta de topo. Reparos com o vaso em operação devem respeitar os requisitos do API 2201. Um reparo envolvendo toda a circunferência do vaso, pode ser considerado como um reparo de longa duração se for aprovado por um engenheiro experiente em projetos de vasos de pressão e deve seguir os requisitos descritos a seguir: a) O reparo não pode ser feito sobre trincas existentes no casco do vaso. b) Deve ser projetado para resistir a pressão de projeto. c) As juntas longitudinais devem ter penetração total, com inspeção e eficiência de junta igual ao do projeto do vaso. d) As juntas circunferênciais sobrepostas de união com o metal base do vaso devem ser calculadas de maneira a resistirem a tensão longitudinal do vaso, considerando uma eficiência de junta de 0,45, sem considerar a resistência do metal que está sendo coberto. Outros exames não destrutivos além do exame visual podem ser feitos na próxima parada do vaso para manutenção se as condições e o acesso não permitir uma completa examinação, para reparos realizados com o vaso na condição de operação (equipamentos liberados para reparo, mas sem acesso interno). e) Deve ser verificada a possibilidade de trincas por fadiga nas soldas devido a diferencial de expansão térmica. f) O material usado no reparo junto com o metal base deve ter bom comportamento quanto a resistência a corrosão, (evitar a corrosão galvânica). Na espessura do reparo deve ser adicionado a sobre espessura de corrosão adequada para o uso. g) O mecanismo de degradação que levou a necessidade do reparo deve ser considerado na definição da periodicidade de inspeção do reparo. Bocais sem penetração podem ser usados como reparos de longo tempo sobre outros bocais trincados. No cálculo do reforço a ser usado não deve considerada a região do vaso sob o novo bocal. O material do novo bocal deve considerar a resistência a corrosão devido ao meio e ser usada uma sobre espessura de corrosão apropriada. O mecanismo de degradação deve ser considerado no estabelecimento da periodicidade de inspeção para o reparo. 7.2.6. MATERIAL O material usado para reparos ou alterações deve ser os reconhecidos pelo código ASME para vasos de pressão. O material escolhido deverá ter soldabilidade conhecida e compatibilidade com o metal base existente. Não devem ser soldados aços carbono e aço liga com teor de carbono acima de 0,35 %. 7.2.7. INSPEÇÃO O critério de aceitação dos reparos ou alterações deve incluir exames não destrutivos de acordo com o código de projeto. Onde não for possível usar os exames não destrutivos


necessários exames alternativos podem ser usados com a provação de engenheiro experiente em inspeção de vasos de pressão. Para vasos construídos em materiais que podem estar sujeitos a fratura frágil nas condições de serviços ou outras condições (incluindo paradas, partidas e teste hidrostático), deve ser considerada uma inspeção apropriada a ser realizada após os reparos ou alterações que envolvam solda. Descontinuidades, entalhes ou outro fator de concentração de tensões podem iniciar uma fratura frágil durante teste hidrostático ou em serviço. Exame de partículas magnéticas ou outro similar devem ser considerados. Técnicas de inspeção devem ser realizadas de maneira a detectar falhas críticas. 7.2.8. TESTE Depois de completada um reparo com solda, um teste de pressão deve ser aplicado se o inspetor com experiência em vasos de pressão acreditar que ele seja necessário. Um teste hidrostático é normalmente realizado após uma alteração. Quando o teste hidrostático não for realizado deve ser aplicado um outro exame não destrutivo apropriado. A substituição do teste hidrostático por outro exame não destrutivo após uma alteração só deve ser executada após aprovação de um inspetor de vasos de pressão autorizado. Quando o exame de ultra-som for usado no lugar do exame radiográfico deve ser especificada uma qualidade mínima para a realização do exame. 7.2.9. CONSUMÍVEL (METAL DE ENCHIMENTO) Os metais de enchimento (consumível) usados para reparos de solda devem ter um limite de resistência maior ou igual ao do metal base. Se a resistência mínima do metal de deposição for menor do que a do metal base, houver compatibilidade química com o metal base, boa soldabilidade com o metal base e não houver possibilidade de degradação na condição de serviço, deve ser atendido o seguinte: a) A espessura do reparo não deve ser maior do que 50 % da espessura do metal base, excluindo-se a sobre espessura de corrosão. b) A espessura do reparo deve ser aumentada numa razão igual a das resistências do metal base e do metal depositado. c) O aumento da espessura do reparo deverá ter cantos arredondados e uma inclinação para o metal base de 3 para 1 (concordância entre a espessura do reparo e o metal base). d) O reparo deverá ser feito com no mínimo dois passes de solda. 7.2.10. RECLASSIFICAÇÃO A reclassificação de um vaso de pressão na temperatura ou pressão máxima de trabalho admissível só pode ser feita após serem seguidos todos os requisitos listados a seguir: a) O vaso deve ser recalculado por um engenheiro experiente em vasos de pressão ou pelo projetista. b) A reclassificação deve ser estabelecida de acordo com os requerimentos do código de construção de quando o vaso foi construído ou usando-se a última edição do código de construção. c) A inspeção deverá verificar através do último relatório de inspeção se as sobre espessuras de corrosão estão adequadas com a nova proposta. Um aumento de pressão ou temperatura deverá levar em consideração os dados mais recentes de medição de espessura, considerando a última inspeção interna ou inspeção em serviço. d) Se o vaso de pressão foi testado a pouco tempo numa pressão maior ou igual a pressão teste requerida ou a integridade do vaso está garantida através de inspeção com outros exames não destrutivos no lugar do teste hidrostático, não é necessário fazer um novo teste na nova condição de projeto.

apostila sobre inspeção em vaso de pressão

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