INSPEÇÃO DE TUBOS DE TROCADORES DE CALOR E DE CALDEIRAS COM AS TÉCNICAS IRIS E CAMPO REMOTO CONJUGADAS

Marcos Alberto da Silva Figueredo SGS DO BRASIL LTDA Rua São Januário, 187 – São Cristóvão – Rio de Janeiro – RJ marcos.Figueiredo@sgs.com Resumo. O sistema IRIS 9000 B-Scan utiliza a técnica ultra-sônica de pulso e eco por imersão. Através da análise dos sinais o sistema apresenta na tela uma seção transversal do tubo, possibilitando assim a caracterização dos defeitos e obtenção da medida de espessura com precisão de centésimos de milímetro. O sistema Ferroscope 204 ( Campo Remoto ) analisa alterações na fase e amplitude do sinal eletromagnético. A análise do gráfico de cada tubo inspecionado permite a caracterização do tipo de defeito e da perda de massa sofrida. A avaliação de quatro tubos de aço carbono, com defeitos pré-fabricados, utilizando as duas técnicas, demonstrou a possibilidade de se definir um plano de inspeção que permita uma avaliação rápida e precisa de tubos de trocadores de calor e de caldeiras. Palavras-Chave. IRIS, Campo remoto, tubos, caldeiras, trocadores de calor e corrosão.

1. Introdução

A técnica de inspeção utilizando eletromagnetismo vem se constituindo numa ferramenta de avaliação rápida para determinar a existência e localização de descontinuidades em tubos metálicos. A informação da perda de massa em relação a um padrão serve para aprovar ou reprovar a utilização de um tubo. Esta técnica não necessita de acoplante e dispensa uma limpeza muito rigorosa da superfície interna do tubo. A técnica de inspeção utilizando ultra-som por imersão se constitui numa ferramenta de alta precisão para a avaliação de tubos metálicos. A imagem da seção transversal do tubo permite a caracterização do defeito e a medida exata da espessura. Esta técnica necessita de acoplante e obriga que seja feita uma limpeza muito rigorosa da superfície interna do tubo. O objetivo deste trabalho é avaliar a possibilidade de utilizar as duas técnicas, com o Iris (ultra-som) complementando a inspeção com campo remoto (eletromagnetismo), de forma a se conseguir aumentar a amostragem de inspeção em trocadores de calor e caldeiras, durante eventuais paradas de manutenção. 2. Tubos Teste

Foram utilizados quatro tubos de aço-carbono com as seguintes características: 2.1 Tubo T-1 Material : Aço-carbono Diâmetro Externo : 19,05mm Espessura Nominal : 2,11mm Tipo de defeito : Luva

Figura 1. Croqui do tubo teste T-1.

02 a 06 de Junho de 2003 / June 2 to 6 2003Rio de Janeiro - RJ - Brasil

Tabela 1. Medidas do tubo teste T-1.

A B C D E F 255,40mm 126,60mm 202,00mm 126,50mm 204,00mm 914,50mm

2.2 Tubo T-2 Material : Aço-carbono Diâmetro Externo : 19,05mm Espessura Nominal : 2,11mm Tipo de defeito : Entalhe

Figura 2. Croqui do tubo teste T-2. Tabela 2. Medidas do tubo teste T-2.

A B C D E F G – Def1 G – Def2 254,00mm 126,10mm 202,00mm 126,60mm 203,00mm 911,70mm 8,60mm 11,15mm

2.3 Tubo T-3 Material : Aço-carbono Diâmetro Externo : 25,40mm Espessura Nominal : 2,11mm Tipo de defeito : Luva

Figura 2. Croqui do tubo teste T-3.

Tabela 3. Medidas do tubo teste T-3.

A B C D E F 256,00mm 152,00mm 201,00mm 151,50mm 204,00mm 964,50mm

2.4 Tubo T-4 Material : Aço-carbono Diâmetro Externo : 25,40mm Espessura Nominal : 2,11mm Tipo de defeito : Entalhe

Figura 3. Croqui do tubo teste T-4.

Tabela 4. Medidas do tubo teste T-4.

A B C D E F G – Def1 G – Def2 254,00mm 151,70mm 203,00mm 151,20mm 202,00mm 961,90mm 9,28mm 13,53mm

3. Resultados 3.1 Medidas com Paquímetro Tabela 5. Medidas dos defeitos, com paquímetro, dos quatro tubos teste.

Tubo Defeito Espessura Nominal (mm) Espessura no defeito (mm) Perda de espessura Tipo de Defeito T-1 Def1 2,46 1,93 22% Luva T-1 Def2 2,46 1,41 43% Luva T-2 Def1 2,44 1,80 26% Entalhe T-2 Def2 2,44 1,07 56% Entalhe T-3 Def1 2,46 1,87 24% Luva T-3 Def2 2,46 1,47 40% Luva T-4 Def1 2,34 1,80 23% Entalhe T-4 Def2 2,34 0,72 69% Entalhe

Def 1

Def 2

3.1 Medidas com o aparelho IRIS Tabela 6. Medidas dos defeitos, com o aparelho IRIS, dos quatro tubos teste.

3.1.1 Imagens do aparelho IRIS Tubo T-1

Figura 4. Imagens do tubo T-1. Esquerda para direita : Espessura Nominal / Defeito 1 / Defeito 2.

Tubo T-2

Figura 5. Imagens do tubo T-2. Esquerda para direita : Espessura Nominal / Defeito 1 / Defeito 2.

Tubo Defeito Espessura Nominal (mm) Espessura no defeito (mm) Perda de espessura Tipo de Defeito T-1 Def1 2,19 1,63 26% Luva T-1 Def2 2,19 1,25 43% Luva T-2 Def1 2,19 1,56 29% Entalhe T-2 Def2 2,19 0,75 66% Entalhe T-3 Def1 2,25 1,78 21% Luva T-3 Def2 2,25 1,28 43% Luva T-4 Def1 2,25 1,53 32% Entalhe T-4 Def2 2,25 0,72 68% Entalhe

Tubo T-3

Figura 6. Imagens do tubo T-3. Esquerda para direita : Espessura Nominal / Defeito 1 / Defeito 2.

Tubo T-4

Figura 7. Imagens do tubo T-4. Esquerda para direita : Espessura Nominal / Defeito 1 / Defeito 2.

3.2 Medidas com o aparelho Campo Remoto Tabela 7. Medidas dos defeitos, com o aparelho Campo Remoto, dos quatro tubos teste.

Tubo Defeito Perda de Massa Tipo de Análise Tipo de Defeito T-1 Def1 23% Short Luva T-1 Def2 44% Short Luva T-2 Def1 30% Long Entalhe T-2 Def2 64% Long Entalhe T-3 Def1 22% Short Luva T-3 Def2 44% Short Luva T-4 Def1 21% Long Entalhe T-4 Def2 57% Long Entalhe

3.2.1 Imagens do aparelho Campo Remoto Tubo T-1

Figura 8. Imagens do tubo T-1. Esquerda para direita : Defeito 1 / Defeito 2.

Tubo T-2

Figura 9. Imagens do tubo T-2. Esquerda para direita : Defeito 1 / Defeito 2.

Tubo T-3

Figura 10. Imagens do tubo T-3. Esquerda para direita : Defeito 1 / Defeito 2.

Tubo T-4

Figura 11. Imagens do tubo T-4. Esquerda para direita : Defeito 1 / Defeito 2.

4. Discussão dos resultados A seguir é apresentada uma tabela comparativa dos resultados:

Tabela 8. Valores de perda de espessura obtidas com o paquímetro e com o aparelho IRIS e de perda de massa obtida com o aparelho de campo remoto.

Tubo Defeito Perda Paquímetro

Perda IRIS

Perda Campo Remoto

Tipo de Defeito

T-1 Def1 22% 26% 23% Luva T-1 Def2 43% 43% 44% Luva T-2 Def1 26% 29% 30% Entalhe T-2 Def2 56% 66% 64% Entalhe T-3 Def1 24% 21% 22% Luva T-3 Def2 40% 43% 44% Luva T-4 Def1 23% 32% 21% Entalhe T-4 Def2 69% 68% 57% Entalhe

Os resultados mostram a viabilidade da detecção e avaliação destes tipos de defeitos através das técnicas propostas. As medidas com paquímetro são as que apresentam maior margem de erro, pois não são feitas eletronicamente e dependem diretamente da intervenção humana, mas servem como parâmetro de comparação para perda de espessura, pois os eventuais erros nas medidas da espessura e dos diâmetros externo e interno, nas extremidades dos tubos e na posição dos defeitos são compensados quando se considera apenas a perda de espessura.

A exata posição da menor espessura dentro de cada defeito não é possível de ser obtida na medição com paquímetro, portanto é natural que em alguns casos a perda de espessura medida manualmente fique abaixo da obtida eletronicamente. Os tubos que tiveram defeitos tipo luva introduzidos (T1 e T3) apresentaram resultados semelhantes com os ensaios de Iris e Campo remoto. Nestes tubos as medidas de perda de espessura obtidas através do paquímetro também ficaram com valores próximos aos obtidos nos dois ensaios. Isto indica que para defeitos uniformes nas paredes de tubos metálicos as técnicas de ensaio Iris e campo remoto podem oferecer uma análise rápida e precisa.

Os tubos que tiveram defeitos tipo entalhe introduzidos (T2 e T4) apresentaram resultados ligeiramente diferentes com os ensaios de Iris e Campo remoto, principalmente no tubo T4. Nestes tubos as medidas de perda de espessura obtidas através do paquímetro também ficaram com valores um pouco diferentes aos obtidos nos dois ensaios. Isto indica que para defeitos localizados, como alvéolos e pites, nas paredes de tubos metálicos as técnicas de ensaio Iris e campo remoto podem detectar a falha, sendo que o Iris oferece uma análise mais precisa e segura.

5. Conclusão

Os resultados mostram que é possível de se alcançar o objetivo deste trabalho, ou seja, a definição de um plano de inspeção utilizando as duas técnicas. O campo remoto, por ser mais rápido e prático, seria utilizado como técnica preliminar de avaliação, ou seja, uma inspeção mais rápida e abrangente. A técnica de IRIS seria aplicada nos tubos que apresentassem indicações no campo remoto, para uma caracterização do defeito e obtenção do valor exato da espessura.

Este plano de inspeção possibilitaria uma inspeção dos tubos de trocadores de calor e de caldeiras com uma amostragem bem mais ampla do que a adotada atualmente, pois existe a limitação de tempo de parada do equipamento, dificuldade de obtenção de limpeza interna dos tubos ideal para o ensaio IRIS e baixa produtividade de avaliação. O ensaio de campo remoto, apesar de ser menos preciso, consegue atingir uma produtividade até três vezes maior do que o IRIS, precisando apenas que os tubos estejam desobstruídos e limpos.

A técnica por eletromagnetismo é susceptível às interferências internas e externas ao ensaio, por isto é de se esperar que seja necessário a utilização do Iris para esclarecer eventuais dúvidas na avaliação por campo remoto. 6. Declaração

As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do autor. INSPECTION OF TUBES OF HEAT EXCHANGERS AND BOILERS WITH THE TECHNIQUES IRIS AND REMOTE FIELD CONJUGATED Marcos Alberto da Silva Figueredo SGS DO BRASIL LTDA Street São Januário, 187 – São Cristóvão – Rio de Janeiro – RJ marcos.Figueiredo@sgs.com Summary. The system IRIS 9000 B-Scan uses the ultrasonic technique of pulse and echo with immersion. Through the analysis of the signs the system presents in the screen a traverse section of the tube, making possible the characterization of the defects and obtaining the measure of thickness with accuracy of a hundredths of millimeters . The system Ferroscope 204 (Remote Field) analyzes alterations in the phase and width of the eletromagnetic sign. The analysis of the graph of each inspected tube allows the characterization of the defect type and of the loss of mass. The evaluation of four tubes of steel carbon, with prefabricated defects, using the two techniques, demonstrated the possibility to define an inspection plan to allow a fast and accurate evaluation of tubes of heat exchangers and boilers. Keywords. IRIS, remote Field, tubes, boilers, heat exchangers and corrosion.