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AVALIAÇÃO DE INTEGRIDADE E CÁLCULO DA AVALIAÇÃO DE INTEGRIDADE E CÁLCULO DA VIDA REMANESCENTE EM USINAS TÉRMICASVIDA REMANESCENTE EM USINAS TÉRMICAS
Início: Avaliação de Integridade EstruturalInício: Avaliação de Integridade Estrutural
Evolução: Cálculo da Vida RemanescenteEvolução: Cálculo da Vida Remanescente
Projetos de Projetos de PesquisaPesquisa
CLIENTES:CLIENTES: CEMIG, CGTEE, CHESF, FURNAS, ELETRONORTE, ELETROBRÁS, TRACTEBEL
Saldo desde 1996:Saldo desde 1996:40 Avaliações de Integridade Estrutural40 Avaliações de Integridade Estrutural30 Cálculos de Vida Remanescente30 Cálculos de Vida Remanescente10 Projetos de Pesquisas10 Projetos de Pesquisas
Força de LeiMinistério do TrabalhoNorma NR13
Notas do slide 1Notas do slide 1
A atividade de avaliação de integridade estrutural se iniciou no CEPEL em 1991 com a solicitação das Usinas termelétricas que passavam a ser obrigadas a realizar esta atividade em suas unidades por força da norma NR13 para Caldeiras e Vasos de Pressão elaborada pelo Ministério do Trabalho com força de Lei.
A partir do domínio da atividade de avaliação de integridade estrutural, o CEPEL evoluiu para a atividade do cálculo de vida útil destas unidades e extensão de vida de usinas termelétricas, um momento histórico onde:
•Os recursos para construir novas usinas eram escasso
•Grande dificuldade para obter licença ambiental para geração térmica
•Previsão futura de escassez de energia
•Desejo do governo em diversificar sua matriz energética
O CEPEL se torna um grupo de ponta em termos mundiais no domínio da tecnologia de avaliação de integridade estrutural e passa a desenvolver projetos de pesquisas nesta área, sempre focado nas demandas do setor elétrico brasileiro.
Previsão da Vida Remanescente de Componentes de
Turbinas a Vapor a partir da Monitoração
em Tempo Real de Grandezas Específicas
Previsão da Vida Remanescente de
Equipamentos de Usinas Termelétricas com Foco na
Monitoração em Tempo Real da Taxa de
Deformação Equipamento-Alvo: Tubulações Principais
PROJETOS EM ANDAMENTO PARA GERAÇÃO TERMELÉTRICA
Previsão da Vida Remanescente de
Equipamentos de Usinas Termelétricas a partir da Monitoração em Tempo Real de Temperatura e
Pressão
Diatérmica(2004-2006)
Monitermo(2007/2009)
Turbodiag(2007/2010)
Bainítico(2008/2010)
Desenvolvimento de Padrão de Degradação
para aços bainíticos
Estimativa da vida de equip. de usinas
térmicas a partir da sequência de
precipitação de carbonetos em aços
ferríticos
Carbovida(2004-2007)
Desenvolvimento de padrão para estimativa do fim da vida de aços ferríticos para usinas
termelétricas
Materiais Térmicas(2000-2004)
Notas do slide 2Notas do slide 2
A partir do sucesso do projeto Diatérmica, desenvolvido entre 2004 a 2006, com o objetivo de fazer a monitoração on-line da pressão e temperatura de componentes de usinas termelétricas e calcular a vida remanescente destes componentes em tempo real, surgiram dois novos projetos que conjugam monitoração e cálculo de vida em Usinas termelétricas:
• O Projeto Monitermo – que cálcula a viad de linhas e tubulações a partir da monitoração da taxa de deformação
•O Projeto Turbodiag – voltado para monitoração de turbinas
Em uma outra linha, o CEPEL desenvolveu com sucesso os projetos Material Térmicas e Carbovida, voltado para o envelhecimento dos aços ferríticos utilizados nos componentes e estruturas das usinas termelétricas. Observou-se ser possível prever o tempo de vida destes materiais a partir da sequência com que os carbonetos que compõem a sua estrutura precipitam. Em evolução a estes projetos surge o projeto de aços bainíticos, que busca uma lógica de degradação para os aços bainíticos, que são os aços utilizados nas novas usinas termelétricas montadas no país.
DIATERMICA - Sistemas de Monitoramento e DIATERMICA - Sistemas de Monitoramento e Diagnóstico em CaldeirasDiagnóstico em Caldeiras
Componente Monitorado: Componente Monitorado: Reaquecedor de SaídaReaquecedor de Saída
Notas do slide 3Notas do slide 3
Para o desenvolvimento do projeto Diatérmica foram instalados termopares e sensores de pressão no Reaquecedor de Saída da Caldeira 5 da usina térmica de Jorge Lacerda cedida como laboratório de campo pela Tractebel Energia, nos pontos mais críticos do ponto de vista de temperatura e tensão da unidade.
Este projeto tinha como clientes um pool de empresas: CHESF, CGTEE, Furnas, Eletronorte, Eletrobrás e Tractebel Energia.
DIATERMICA - Sistemas de Monitoramento DIATERMICA - Sistemas de Monitoramento e Diagnóstico em Caldeirase Diagnóstico em Caldeiras
Telas de Saída: Telas de Saída: Temperatura, Temperatura, Pressão, Pressão, Potência, Potência, Vida RemanescenteVida Remanescente
Notas do slide 4Notas do slide 4
O programa DIATERM, resultado do projeto, apresenta na tela do computador em tempo real:
•Pressão e temperatura naquele instante
•Gráficos de evolução da pressão e temperatura ao longo dos anos de monitoração (3 anos até o presente momento)
• calcula em tempo real a vida remanescente do reaquecedor e apresenta na tela de saída.
PROJETO MONITERMO
Laboratório de Campo: CGTEE Laboratório de Campo: CGTEE Linha de Vapor PrincipalLinha de Vapor Principal
Monitoração da Taxa de Monitoração da Taxa de Deformação com Strain GaugesDeformação com Strain Gauges
Cálculo da Vida a partir da Taxa Cálculo da Vida a partir da Taxa de Deformaçãode Deformação
Notas do slide 5Notas do slide 5
O projeto Monitermo é uma evolução do projeto Diatérmica, onde a vida remanescente do componente é calculada a partir da monitoração da taxa de deformação.
O cálculo a partir da taxa de deformação é muito mais preciso, porém monitorar a taxa de deformação de componentes que se deformam em altas temperaturas é um desafio.
A medição desta taxa é feita através de strain-gauges específicos para temperaturas elevadas. Tais medições estão sendo realizadas pelo CEPEL de forma pioneira, tendo sido utilizada previamente pela NASA e pela Boeing
Este projeto tinha como clientes um pool de empresas: CHESF, CGTEE, Furnas, Eletronorte e Eletrobrás.
PROJETO TURBODIAG
Objetivo:Objetivo: cálculo da vida remanescente baseada na monitoração da turbina cálculo da vida remanescente baseada na monitoração da turbina à vaporà vapor
Modelo Térmico do Rotor de Alta e Média Pressão
Monitoramento de :Monitoramento de : Temperatura, Temperatura,
Pressão, Pressão, VibraçãoVibração
Benefícios dos Projetos:
•Maior confiabilidade,•Maior Disponibilidade ,•Redução de custos, •Agilidade na tomada de decisão
Notas do slide 6Notas do slide 6
O projeto Monitermo é uma evolução do projeto Diatérmica, onde a vida remanescente do componente é calculada em turbinas. As turbinas, por serem componentes dinâmicos, são extremamente complexas e se degradam através de dois mecanismos simultaneamente: fadiga e fluência, ao contrário das caldeiras e demais componentes estáticos que se degradam só por fluência . Desta forma, o algorítmo de cálculo será muito mais complexos, bem como o sistema de monitoração, que deverá envolver temperatura, pressão e vibração.Este projeto tinha como clientes um pool de empresas: CHESF, CGTEE, Furnas, Eletronorte e Eletrobrás, Tractebel Energia.
Benefícios dos projetos em Usinas termelétricas (todos os projetos):
•Maior confiabilidade e Disponibilidade da unidade geradora monitorada•Redução de custos, em função da menor freqüência de paradas desnecessárias da unidade•Agilidade na tomada de decisão, em razão do acompanhamento mais preciso da condição operacional do equipamento-alvo e, por conseqüência, de sua vida remanescente•Alimentar o Profissional Habilitado (PH) com dados para tomadas de decisão que viabilizam alterações nas exigências da norma NR 13 para as empresas que possuem SPI próprio
AÇOS BAINÍTICOS
•FLUÊNCIA FLUÊNCIA
UTE - Wyodak, WY - EUAUTE - Wyodak, WY - EUA
UTE – Santa Cruz, RJ - BRUTE – Santa Cruz, RJ - BR
•AÇOS PERLÍTICOSAÇOS PERLÍTICOS
•AÇOS BAINÍTICOSAÇOS BAINÍTICOS
LESTE EUROPEU / BRASIL(+) BARATOS(-) ESTUDADOSNOVAS FAMÍLIAS DE AÇOS (JAPÃO/EUA/EUROPA)
EUA
+ CAROS
+ ESTUDADOS
OPERAM NA GERAÇÃO
COMPLEMENTAR OU DE
SEGURANÇA DO SISTEMA
(CONDIÇÕES + CRÍTICAS)
IDADE AVANÇADA
•UTE´S BRASILEIRASUTE´S BRASILEIRAS
PERDAS (HUMANAS / MATERIAIS)PERDAS (HUMANAS / MATERIAIS)
INTERRUPÇÃO DA OPERAÇÃO INTERRUPÇÃO DA OPERAÇÃO
COMPROMETE A SEGURANÇA DO COMPROMETE A SEGURANÇA DO SISTEMASISTEMA
MET – MICROSCÓPIO ELETRÔNICO MET – MICROSCÓPIO ELETRÔNICO DE TRANSMISSÃODE TRANSMISSÃO
•METODOLOGIA DE INSPEÇÃOMETODOLOGIA DE INSPEÇÃO
DETERMINAÇÃO DA VIDA DETERMINAÇÃO DA VIDA REMANESCENTEREMANESCENTE
Notas do slide 7Notas do slide 7
•As UTE´s nacionais, na sua maioria fabricadas no leste europeu (utilizam aços bainíticos), operam em condições mais críticas que as americanas e européias (utilizam aços perlíticos), em função de atuarem na geração complementar ou de segurança do sistema. Isto leva a um número consideravelmente maior de ciclos de aquecimento e resfriamento, ocasiões críticas para a ocorrência de falhas. Somando-se a isso a idade avançada do parque, está configurado um cenário de risco onde o CEPEL, tem um papel muito importante nas análises que possam mensurar a vida residual dos componentes para operação segura.
•O mecanismo de falha por fluência é o mais crítico para materiais que operem em altas temperaturas e pressões e as falhas ocorridas trazem enormes prejuízos, sendo o principal deles, a indisponibilidade da planta, comprometendo a segurança do sistema elétrico. Além disso, acidentes por fluência podem provocar a perda de vidas e a substituição dos componentes falhados tem um custo muito elevado.
•Em função do disposto, o CEPEL desenvolveu o o projeto 1816, intitulado “Aços Bainíticos”, que tem por objetivos: 1- estudar o comportamento microestrutural e mecânico dos aços bainíticos em altas temperaturas, de forma a prever e quantificar os danos sobre estes aços (correlacionar a nanoestrutura dos carbonetos com a fração de vida consumida) e 2 - desenvolver uma metodologia de inspeção, que possa ser aplicada no campo, que possibilite determinar a vida remanescente dos equipamentos presentes nas unidades de geração termelétricas.
•Para tal o CEPEL efetuou a aquisição de diversos equipamentos, podendo se destacar o MET -microscópio eletrônico de transmissão (R$ 1.700.000,00).
•O principal benefício do projeto será o de permitir estabelecer a vida remanescente segura de estruturas presentes em usinas termelétricas confeccionadas com aços bainíticos, garantindo a segurança do sistema. Estes aços estão presentes, em média, em 50% dos componentes das usinas.
Análise de Falhas em Materiais Utilizados em Equipamentos Elétricos
0 5 10 15 20Energy (keV)
0
200
400
600
800
1000
Counts
Cu
S
Cu
Cu
•Identificação das causas das falhas e proposição de soluções de problemas encontrados em materiais utilizados em equipamentos elétricos. Exemplos de resultados obtidos com estas análises:
CASO 1. Falha em reator da subestação de Marabá-PA
CASO 2. Falha de um espaçador-amortecedor da LT – 500kV Ibiúna-Batéias
CASO 3. Queda de torres - LT´s 600kV, Foz do Iguaçu-PR
CONCLUÍDO CONCLUÍDO EM ANDAMENTO
CASOS:
1.Análise de falha em reator da subestação de Marabá-PA. (cliente:ELETRONORTE). Concluído.-Identificação e comprovação do processo de falha por fragilização por hidrogênio, o que permitiu a ELETRONORTE receber o seguro no valor de ~ R$2.000.000,00, referente a substituição do equipamento, ao contrário do defendido pelo perito da seguradora.
2.Análise de falha de um espaçador-amortecedor da LT - 500 KV Ibiúna-Batéias.(cliente: FURNAS). Concluído.-Identificação da necessidade de um rígido procedimento de montagem de espaçadores-amortecedores, empregados em LT´s de 500kV, em função da comprovação, por simulação por elementos finitos e análise dos materiais, de que um sobretorque de apenas 10% na fixação dos parafusos pode resultar na queda de uma linha de transmissão pela ruptura de apenas uma arruela Belleville.
3.Investigação de falhas e proposição de medidas preventivas para as ocorrências de quedas de torres de linhas de transmissão. (cliente:FURNAS) – situação: em andamento.-O objetivo deste trabalho é a investigação das causas do escorregamento em terminações do tipo big-grip que levaram a queda de torres nas LT´s de 600kV e 750kV de Foz do Iguaçu-PR. A investigação está sendo feita a partir do levantamento, organização e análise dos dados referentes a quedas de torres e a eventos de retensionamento dos estais, disponibilizados por FURNAS, bem como através da inspeção visual no campo e ensaios dinâmicos no laboratório de ensaios mecânicos do CEPEL, visando simular os esforços reais sobre os arranjos cabo de aço / terminação big-grip.
Notas do slide 8Notas do slide 8