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A REALIDADE PRÁTICA DO ENSAIO POR ONDAS GUIADAS NO BRASIL Hermann Schubert1 , Edvaldo H. K. Ide2, Higor Gerbovic3, Reginaldo Luz4, Ronaldo K. Shiomi5

Copyright 2011, ABENDI. Trabalho apresentado durante a 11ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos. As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do(s) autor(es). SINOPSE Este trabalho tem como objetivo apresentar a “realidade” prática do ensaio por ondas guiadas em uso no Brasil, suas principais características e resultados obtidos nas suas aplicações. Serão mostrados os aspectos que influenciam negativamente o ensaio no que tange à resolução e alcance, limitando a sua aplicação, e os aspectos que permitem a obtenção de maior confiabilidade e melhores resultados. São mostradas as limitações para a obtenção de uma maior produtividade no ensaio, que estão relacionadas ao tipo de suporte, ao uso de revestimentos protetores externos e internos, à ocorrência de derivações, aos conteúdos das tubulações, dentre outros fatores. Estas observações foram subsidiadas por diversos ensaios realizados nos últimos anos, totalizando mais de 100 km de dutos inspecionados. Também serão apresentadas estatísticas obtidas relacionadas ao alcance médio obtido por disparo, número de disparos “aprovados” e “reprovados”, bem como os achados mais característicos em relação às características dos fluidos transportados. 1. INTRODUÇÃO Ondas Guiadas de Ultrassom (GW-UT), ou Ondas Superficiais Guiadas de Ultrassom (GUL) avaliam a condição de tubulações metálicas, para perdas de espessura, por meio da introdução de um sinal ultrassônico que percorre longas distâncias e, é refletido com a ocorrência de uma descontinuidade. Um anel de transdutores é fixado ao redor do tubo e a inspeção ocorre até 60 m em cada direção. Podem ser avaliados longos comprimentos de dutos, especialmente quando o acesso for limitado. É empregado de modo geral em longos comprimentos de tubos e tubos isolados. Este ensaio localiza áreas com redução de espessura e fornece um índice de criticidade dos danos. Os resultados são utilizados para avaliar a condição dos dutos, verificarem a condição das áreas danificadas em serviço e programar e priorizar inspeções complementares e reparos. 1 Eng. Metalurgista – Physical Acoustics South America - PASA 2, 4 e 5 Tecnólogo – Physical Acoustics South America - PASA 3 Eng. Mecânico – Physical Acoustics South America – PASA

2. Metodologia Esta tecnologia não dimensiona a perda de espessura, mas fornece uma referência da espessura remanescente. Nas regiões sob suspeita podem ser realizados ensaios complementares para a aquisição de informações mais detalhadas através de técnicas de ultrassom A, B e/ou C-Scan. Uma inspeção visual detalhada é fundamental para correlação dos dados obtidos, conforme figura 1a e 1b.

O sistema GUL mais utilizado no mercado atualmente inspeciona tubos através da utilização de múltiplas freqüências e múltiplas formas de ondas, garantindo desempenho adequado em distâncias longas e curtas. O sistema emprega principalmente ondas torsionais, as quais são pouco afetadas pelo conteúdo da tubulação. O anel de transdutores é fixado à linha (Fig.1a) e a calibração é realizada em diferentes freqüências para verificar: acoplamento, operação dos transdutores e alcance. Segue-se com a inspeção principal usando-se a freqüência com menor relação sinal/ruído. Os resultados são obtidos em forma de gráfico (Fig.1b), os quais são analisados em profundidade para determinar a posição de reflexões identificadas visualmente nos tubos, como soldas, suportes, curvas, etc. e para marcar reflexões desconhecidas ou suspeitas, que serão interpretadas e analisadas posteriormente. Neste ponto, toma-se a decisão de repetir a inspeção ou avançar com o anel. A posição do anel é documentada no desenho da tubulação. Registram-se também as características identificadas visualmente e outras áreas com possível corrosão.

Figura 1: a) esquema de montagem do sistema em uma tubulação. – b) ilustração de resultado típico

Normalmente realizam-se medições de espessura com ultrassom como dados adicionais. Quando o operador julgar que os dados obtidos estão completos e corretos, o anel e a instrumentação serão acoplados no ponto de inspeção seguinte e assim por diante até a completa realização do ensaio. Após o término da aquisição de dados, os mesmos serão interpretados e analisados em detalhes e o processo de preparação do relatório é iniciado. A tecnologia GW-UT requer que os operadores sejam habilitados pelo próprio fabricante do equipamento GUL, pelo menos como Nível 1 e, dependendo da aplicação, com treinamentos específicos. Habilitação esta que, diferentemente dos outras técnicas, envolve não somente a aquisição de dados, mas também a análise dos mesmos. O processo de Interpretação fornece quatro tipos de indicações: * Sem-relevância e Ruído; * Identificado visualmente; * Indicações relevantes que produzem picos de reflexão; * Indicações relevantes que produzem alterações do sinal Sem relevância e ruído Reverberação, reflexões múltiplas, controle das direções da reflexão, etc. que mesmo quando gera um “pico” nítido, a informação não foi gerada pela reflexão de um dos elementos (flange, solda circunferencial, válvulas, conexões) do duto ou por danos, mas por conta de outras limitações físicas ou instrumentais. Identificado Visualmente Refletores identificados pelas GW-UT, incluindo: soldas circulares, suportes, válvulas, flanges, curvas, “T’s”, etc. Esses elementos serão usados como referência para ajuste da curva DAC, comparação da localização e da amplitude da reflexão. Indicações relevantes que produzem picos de reflexão Estes picos são associados a danos nos tubos, como: corrosão localizada e/ou generalizada produzida por diferentes processos. Trincamento e defeitos volumétricos podem ser detectados caso tenham dimensões suficientes, porém não são objetivos deste ensaio. Como mencionado acima, apenas os refletores associados à perda de massa com área transversal mínima equivalente a 5 a 10% da seção transversal total irão produzir uma reflexão suficiente para ser detectada e identificada como dano. Defeitos menores como pitting, rugosidade, pequenas corrosões superficiais, etc. serão detectados apenas quando representada em grande extensão do tubo, como discutido a seguir.

Indicações relevantes estarão sujeitas a análise mais detalhada em relação a cada indicação. Os resultados dessa análise estão incluídos no relatório e indicam: - Posição ao longo to tubo (com desvio de +/- 70mm) - Classificação da severidade - Posição planar no tubo (horizontal – vertical) Indicações relevantes que produzem alterações do sinal Estas são condições do tubo, que mesmo quando não produzem reflexão substancial, localizam-se ao longo e ao redor do tubo em uma área suficiente que afeta o sinal ultrassônico naquela área. Alguns exemplos desses efeitos: - Atenuação anormal do sinal. - Distorção anormal do sinal de componentes não-simétricos – Linha Vermelha - Aumento da linha base em baixa amplitude (efeito grama). Alguns exemplos da condição dos tubos que afetam o sinal sônico: - Rugosidade superficial na parede interna ou externa. - Corrosão generalizada, inclusive áreas extensas de pitting. - Depósitos ou outros materiais aderentes à superfície interna ou externa do duto. - Alteração nas propriedades do isolamento, pintura ou revestimento. - Alguns defeitos de solda. - Alterações na geometria e propriedades da tubulação. Conforme orientação dos níveis III de GUL e procedimento do fabricante Wavemaker G3TM, não é possível classificar indicações de baixa amplitude. De modo geral, são consideradas como danos Classe 3 pelo fato de serem extensas e apresentarem reflexão menor do que 10% ECL (perda estimada da seção transversal). Para exemplificar o que é analisado durante um ensaio de ondas guiadas, há algumas exemplificações na figura 2. O ensaio é quantitativo, justamente por não ser possível ter valores precisos da alteração da seção transversal e da sua extensão, mas os sinais recebidos, nos dão, com uma grande confiabilidade, estes valores que nos ajudam a classificar as descontinuidades encontradas em leve (classe 3), moderada (classe 2) ou severa (classe 1).

3. Aplicações práticas no Brasil A seguir mostraremos as principais características de tubulações encontradas até o momento, quanto ao tipo, suporte e a diâmetros. (1) Quanto ao tipo: - tubulações aéreas (sobre piperack ou em tubovias) 95% - tubulações enterradas 3% - tubulações revestidas 2% Quanto ao suporte: - suportes simples 30% - suportes soldados longitudinais 30% - suportes soldados tipo sela 35% - suportes tipo abraçadeira 5% Quanto a diâmetros: - até 6” 20% - de 8” a 16” 50% - de 18” a 24” 20% - acima de 24” 10% As informações acima são o inicio de todo planejamento do serviço de inspeção por ondas guiadas. Estas informações nos dizem aproximadamente a produtividade diária de uma equipe de inspeção, sem a parte de correlação.

Figura 2: exemplificação dos parâmetros do sinal de ECL.

A teoria de ondas guiadas nos diz que o alcance de um disparo é de aproximadamente 60 metros para cada lado do anel. Esta informação leva em consideração, tubulações retas, sem derivações, loopings ou curvas, com tubos de 6 metros de comprimento. Se fossem tubos de 12 metros, poderíamos chegar a até 120 metros. Esta informação nos mostra que o limite de um disparo é de aproximadamente 10 soldas. Fato coerente com a realidade se tivesse apenas as soldas como obstáculos para a propagação das ondas ultrassônicas, mas não é isto que encontramos em campo. Nas linhas, temos ainda: - suportes de diversos tipos e formas; - curvas; - drenos; - vents; - loopings; - reforços soldados; - derivações; - “T´s”; - problemas de pintura; - equipamentos ligados a tubulação; - abraçadeiras; - contato com outras tubulações; - interferências em geral. Com estas interferências acima, o que obtivemos na prática quanto ao alcance médio dos disparos é: - para tubulações aéreas, em suportes simples, com pintura em razoável estado de conservação um disparo típico é de aproximadamente 35 a 40 metros (5 a 6 soldas) para cada lado. - para tubulações aéreas, em suportes soldados (longitudinal ou sela), com pintura em razoável estado de conservação, um disparo típico é de aproximadamente 15 a 20 metros (2 a 3 soldas) por disparo. - para tubulações enterradas, com revestimento de fita, sem umidade, 5 a 20 metros (1 a 3 soldas); A seguir temos algumas fotos que ilustram alguns tipos de tubulações normalmente encontradas em campo e que interferem diretamente no alcance do disparo e consequentemente em sua produtividade, ver figuras 3 a 12.

Figura 3: exemplificação dos parâmetros do sinal de ECL.

Figura 4: exemplo de região com revestimento retirado para colocação do anel.

Figura 5: trecho para passagem sob rua.

Figura 6: exemplo de suportes simples

Figura 7: Inspeção em trecho enterrado

Figura 8: suporte soldado com sela

Figura 9: inspeção em trecho enterrado.

Figura 10: inspeção em passagem de rua

Figura 11: inspeção em trecho encamisado

Figura 12: inspeção em trecho aéreo

As limitações impostas para as interferências, ou que limitam um ensaio, sem condições de análise dos sinais posteriores as mesmas são apresentadas nas figuras 13 a 18.

Figura 13: derivações de mesmo diâmetro Figura 14: curva de 45

Figura 15: duas curvas de 90 Figura 16: geometrias complexas

Figura 17: válvulas ou flanges Figura 18: curvas gomadas

Além das limitações impostas pela tubulação em si, há ainda limitações quanto ao fluído interno e seus resíduos. Isso acontece quando há sedimentação interna na tubulação, oriunda do líquido ou ainda de processos corrosivos severos. A seguir temos dois disparos em uma mesma tubulação sendo um disparo em um trecho sem acúmulo de resíduos internos e outro com acúmulo de resíduos, ver figuras 19 e 20. Os disparos foram realizados com a mesma configuração e, podemos ver claramente a diferença de atenuação sônica neste caso. A posição do anel dista em apenas 80 metros.

Na figura 19 o ensaio obteve um alcance na ordem de 80 metros, ou seja, 40 metros para cada lado do anel, porém durante aquisição de dados de GUL no mesmo equipamento, em trecho com presença de resíduos internos, foi registrada uma redução significativa no alcance do ensaio, resultando em valor inferior a 20 metros total, conforme figura 20.

Sinais ultrassônicos referente à presença de solda.

Área verde indica a posição do Anel

Curva DAC, exibindo a queda da amplitude dos sinais

Soldas

Alcance do disparo inferior a 10 metros

Figura 19: disparo realizado na linha sem resíduos internos.

Figura 20: disparo realizado na linha com resíduos internos.

Para tubulações enterradas ou isoladas, as condições podem variar simplesmente em função da umidade ou ainda da força de compressão do revestimento ou de compactação do solo, ver figura 21.

Na imagem acima, podemos observar a atenuação sônica provocada pelos revestimentos. Num primeiro momento, a atenuação é aumentada devido ao revestimento protetivo da tubulação para entrada em uma região enterrada e do outro lado do disparo, não temos revestimento algum. Na figura 22, podemos observar o comportamento com dois revestimentos completamente diferentes, sendo que para esquerda da posição do anel, temos uma fita e entrada em trecho enterrado e, para direita da posição do disparo, temos a mesma fita, porém para proteção de trecho encamisado.

Revestimento

Curva DAC, exibindo a queda da amplitude dos sinais

Fita e entrada em trecho enterrado

Fita para proteção de trecho encamisado

Alcance do disparo próximo a 40 metrosAlcance do disparo

inferior a 10 metros

Figura 21: disparo realizado na linha com revestimento no lado direito.

Figura 22: disparo realizado na linha com revestimento em toda a extensão.

4. Resultados práticos dos ensaios Nos ensaios que realizamos até o momento, 90% das indicações encontradas nos disparos, tiveram correlações externas. Isso nos mostra que para as linhas em operação, a maior contribuição para esta deterioração é o esmero e o cuidado com as partes expostas das tubulações. Os principais pontos de problemas são na região inferior, onde normalmente não se tem uma boa visualização da tubulação em um ensaio visual e nas regiões próximas ou sob suportes. As linhas que tiveram descontinuidades internas localizadas são linhas cujo mecanismo de dano é a corrosão/erosão interna, portanto, já é sabido que há descontinuidades nestas linhas, e nas regiões preferenciais que dependem do fluido, podendo ser em regiões após soldas ou curvas (que causam turbilhonamento e consequente erosão), ou nas regiões de interface liquido/gás ou de separação de meios. 5. Conclusão Por serem trechos longos e com muitas interferências e variáveis, as técnicas convencionais de ensaios mostram-se pouco eficientes para localização de descontinuidades nas tubulações. Esta técnica visa justamente localizar estas descontinuidades para que as mesmas possam ser dimensionadas por outras técnicas de ensaios não destrutivos, quer seja por ultrassom, ensaio visual, dimensional, radiografia digital, etc. O ensaio de ondas guiadas é um método bastante eficiente para inspeção qualitativa de tubulações. Para que a técnica seja aplicada em sua plenitude e, com a produtividade esperada, é importante que tenhamos trechos longos aproveitando os alcances médios dos disparos. Cada disparo de ondas guiadas, com uma primeira avaliação, leva em torno de 20 a 30 minutos, entre a preparação, medição de espessura inicial, disparo propriamente dita e a primeira correlação visual. Tempo este que independe se o trecho tem 10 ou 80 metros de comprimento. Quanto mais curtos forem os trechos a serem ensaiados, ou quanto mais interferências estiverem presentes no trecho a ser ensaiado, mais disparos serão necessários para cobrir o trecho e menor será a produtividade em metros. Sem levar em consideração os diversos tipos de revestimentos, as interferências soldadas são as que mais interferem no ensaio, comprometendo tanto o alcance quanto a detectabilidade de descontinuidades. As regiões com soldas, como por exemplo, suportes soldados, geram uma zona morta após o mesmo que impede a detecção de descontinuidades logo em seguida ao suporte. Quanto maior esta interferência, maior a zona morta, tanto na largura quanto no comprimento. Geralmente, o que pudemos observar até o presente momento, é que o tamanho da interferência é praticamente o tamanho da zona morta, onde a detectabilidade de pequenas descontinuidades é bastante prejudicada.

Referências bibliográficas a) “Procedure Based Trainig Manual”, Guided Ultrasonics Ltd, Nottingham - UK, maio de 2007. (1) Estas observações foram subsidiadas por diversos ensaios realizados nos últimos anos pela empresa PASA, totalizando mais de 100 km de dutos inspecionados no Brasil.