ondas guiadas - coteq 2011

7/24/2019 ONDAS GUIADAS - COTEQ 2011

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COTEQ

A REALIDADE PRTICA DO ENSAIO POR ONDAS GUIADAS NO BRASILHermann Schubert

1, Edvaldo H. K. Ide

2, Higor Gerbovic

3, Reginaldo Luz

4, Ronaldo K. Shiomi

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Copyright 2011, ABENDI.

Trabalho apresentado durante a 11 Conferncia sobre Tecnologia de Equipamentos.

As informaes e opinies contidas neste trabalho so de exclusiva responsabilidade do(s)

autor(es).

SINOPSE

Este trabalho tem como objetivo apresentar a realidade prtica do ensaio por ondas guiadas emuso no Brasil, suas principais caractersticas e resultados obtidos nas suas aplicaes. Seromostrados os aspectos que influenciam negativamente o ensaio no que tange resoluo e alcance,limitando a sua aplicao, e os aspectos que permitem a obteno de maior confiabilidade emelhores resultados. So mostradas as limitaes para a obteno de uma maior produtividade no

ensaio, que esto relacionadas ao tipo de suporte, ao uso de revestimentos protetores externos einternos, ocorrncia de derivaes, aos contedos das tubulaes, dentre outros fatores. Estasobservaes foram subsidiadas por diversos ensaios realizados nos ltimos anos, totalizando maisde 100 km de dutos inspecionados. Tambm sero apresentadas estatsticas obtidas relacionadas aoalcance mdio obtido por disparo, nmero de disparos aprovados e reprovados, bem como osachados mais caractersticos em relao s caractersticas dos fluidos transportados.

1. INTRODUO

Ondas Guiadas de Ultrassom (GW-UT), ou Ondas Superficiais Guiadas de Ultrassom (GUL)

avaliam a condio de tubulaes metlicas, para perdas de espessura, por meio da introduo deum sinal ultrassnico que percorre longas distncias e, refletido com a ocorrncia de umadescontinuidade. Um anel de transdutores fixado ao redor do tubo e a inspeo ocorre at 60 mem cada direo. Podem ser avaliados longos comprimentos de dutos, especialmente quando oacesso for limitado. empregado de modo geral em longos comprimentos de tubos e tubosisolados. Este ensaio localiza reas com reduo de espessura e fornece um ndice de criticidade dosdanos. Os resultados so utilizados para avaliar a condio dos dutos, verificarem a condio dasreas danificadas em servio e programar e priorizar inspees complementares e reparos.

1Eng. Metalurgista Physical Acoustics South America - PASA2, 4 e 5Tecnlogo Physical Acoustics South America - PASA3Eng. Mecnico Physical Acoustics South America PASA


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2. Metodologia

Esta tecnologia no dimensiona a perda de espessura, mas fornece uma referncia da espessura

remanescente. Nas regies sob suspeita podem ser realizados ensaios complementares para aaquisio de informaes mais detalhadas atravs de tcnicas de ultrassom A, B e/ou C-Scan. Umainspeo visual detalhada fundamental para correlao dos dados obtidos, conforme figura 1a e1b.

O sistema GUL mais utilizado no mercado atualmente inspeciona tubos atravs da utilizao demltiplas freqncias e mltiplas formas de ondas, garantindo desempenho adequado em distncias

longas e curtas. O sistema emprega principalmente ondas torsionais, as quais so pouco afetadaspelo contedo da tubulao.

O anel de transdutores fixado linha (Fig.1a) e a calibrao realizada em diferentes freqnciaspara verificar: acoplamento, operao dos transdutores e alcance. Segue-se com a inspeo principalusando-se a freqncia com menor relao sinal/rudo. Os resultados so obtidos em forma degrfico (Fig.1b), os quais so analisados em profundidade para determinar a posio de reflexesidentificadas visualmente nos tubos, como soldas, suportes, curvas, etc. e para marcar reflexesdesconhecidas ou suspeitas, que sero interpretadas e analisadas posteriormente. Neste ponto, toma-se a deciso de repetir a inspeo ou avanar com o anel.

A posio do anel documentada no desenho da tubulao. Registram-se tambm as caractersticasidentificadas visualmente e outras reas com possvel corroso.

Figura 1: a)esquema de montagem do sistema em uma tubulao. b) ilustrao de resultado tpico


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Normalmente realizam-se medies de espessura com ultrassom como dados adicionais.

Quando o operador julgar que os dados obtidos esto completos e corretos, o anel e a

instrumentao sero acoplados no ponto de inspeo seguinte e assim por diante at a completarealizao do ensaio. Aps o trmino da aquisio de dados, os mesmos sero interpretados eanalisados em detalhes e o processo de preparao do relatrio iniciado.

A tecnologia GW-UT requer que os operadores sejam habilitados pelo prprio fabricante doequipamento GUL, pelo menos como Nvel 1 e, dependendo da aplicao, com treinamentosespecficos. Habilitao esta que, diferentemente dos outras tcnicas, envolve no somente aaquisio de dados, mas tambm a anlise dos mesmos.

O processo de Interpretao fornece quatro tipos de indicaes:

* Sem-relevncia e Rudo;* Identificado visualmente;* Indicaes relevantes que produzem picos de reflexo;* Indicaes relevantes que produzem alteraes do sinal

Sem relevncia e rudo

Reverberao, reflexes mltiplas, controle das direes da reflexo, etc. que mesmo quando geraum pico ntido, a informao no foi gerada pela reflexo de um dos elementos (flange, soldacircunferencial, vlvulas, conexes) do duto ou por danos, mas por conta de outras limitaes

fsicas ou instrumentais.

Identificado Visualmente

Refletores identificados pelas GW-UT, incluindo: soldas circulares, suportes, vlvulas, flanges,curvas, Ts, etc. Esses elementos sero usados como referncia para ajuste da curva DAC,comparao da localizao e da amplitude da reflexo.

Indicaes relevantes que produzem picos de reflexo

Estes picos so associados a danos nos tubos, como: corroso localizada e/ou generalizadaproduzida por diferentes processos. Trincamento e defeitos volumtricos podem ser detectados casotenham dimenses suficientes, porm no so objetivos deste ensaio.

Como mencionado acima, apenas os refletores associados perda de massa com rea transversalmnima equivalente a 5 a 10% da seo transversal total iro produzir uma reflexo suficiente paraser detectada e identificada como dano. Defeitos menores como pitting, rugosidade, pequenascorroses superficiais, etc. sero detectados apenas quando representada em grande extenso do

tubo, como discutido a seguir.


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Indicaes relevantes estaro sujeitas a anlise mais detalhada em relao a cada indicao. Osresultados dessa anlise esto includos no relatrio e indicam:

- Posio ao longo to tubo (com desvio de +/- 70mm)- Classificao da severidade- Posio planar no tubo (horizontal vertical)

Indicaes relevantes que produzem alteraes do sinal

Estas so condies do tubo, que mesmo quando no produzem reflexo substancial, localizam-seao longo e ao redor do tubo em uma rea suficiente que afeta o sinal ultrassnico naquela rea.Alguns exemplos desses efeitos:

- Atenuao anormal do sinal.- Distoro anormal do sinal de componentes no-simtricos Linha Vermelha- Aumento da linha base em baixa amplitude (efeito grama).

Alguns exemplos da condio dos tubos que afetam o sinal snico:

- Rugosidade superficial na parede interna ou externa.- Corroso generalizada, inclusive reas extensas de pitting.- Depsitos ou outros materiais aderentes superfcie interna ou externa do duto.- Alterao nas propriedades do isolamento, pintura ou revestimento.- Alguns defeitos de solda.- Alteraes na geometria e propriedades da tubulao.

Conforme orientao dos nveis III de GUL e procedimento do fabricante Wavemaker G3TM,no possvel classificar indicaes de baixa amplitude. De modo geral, so consideradas como danosClasse 3 pelo fato de serem extensas e apresentarem reflexo menor do que 10% ECL (perdaestimada da seo transversal).

Para exemplificar o que analisado durante um ensaio de ondas guiadas, h algumasexemplificaes na figura 2. O ensaio quantitativo, justamente por no ser possvel ter valores

precisos da alterao da seo transversal e da sua extenso, mas os sinais recebidos, nos do, com

uma grande confiabilidade, estes valores que nos ajudam a classificar as descontinuidadesencontradas em leve (classe 3), moderada (classe 2) ou severa (classe 1).


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3. Aplicaes prticas no Brasil

A seguir mostraremos as principais caractersticas de tubulaes encontradas at o momento,quanto ao tipo, suporte e a dimetros. (1)

Quanto ao tipo:

- tubulaes areas (sobre piperack ou em tubovias) 95%- tubulaes enterradas 3%- tubulaes revestidas 2%

Quanto ao suporte:- suportes simples 30%- suportes soldados longitudinais 30%- suportes soldados tipo sela 35%- suportes tipo abraadeira 5%

Quanto a dimetros:- at 6 20%- de 8 a 16 50%- de 18 a 24 20%- acima de 24 10%

As informaes acima so o inicio de todo planejamento do servio de inspeo por ondas guiadas.Estas informaes nos dizem aproximadamente a produtividade diria de uma equipe de inspeo,

sem a parte de correlao.

Figura 2: exemplificao dos parmetros do sinal de ECL.


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A teoria de ondas guiadas nos diz que o alcance de um disparo de aproximadamente 60 metrospara cada lado do anel. Esta informao leva em considerao, tubulaes retas, sem derivaes,loopings ou curvas, com tubos de 6 metros de comprimento. Se fossem tubos de 12 metros,

poderamos chegar a at 120 metros. Esta informao nos mostra que o limite de um disparo de

aproximadamente 10 soldas. Fato coerente com a realidade se tivesse apenas as soldas comoobstculos para a propagao das ondas ultrassnicas, mas no isto que encontramos em campo.Nas linhas, temos ainda:

- suportes de diversos tipos e formas;- curvas;- drenos;- vents;- loopings;- reforos soldados;- derivaes;

- Ts;- problemas de pintura;- equipamentos ligados a tubulao;- abraadeiras;- contato com outras tubulaes;- interferncias em geral.

Com estas interferncias acima, o que obtivemos na prtica quanto ao alcance mdio dos disparos :

- para tubulaes areas, em suportes simples, com pintura em razovel estado de conservao umdisparo tpico de aproximadamente 35 a 40 metros (5 a 6 soldas) para cada lado.

- para tubulaes areas, em suportes soldados (longitudinal ou sela), com pintura em razovelestado de conservao, um disparo tpico de aproximadamente 15 a 20 metros (2 a 3 soldas) pordisparo.

- para tubulaes 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 tubulaes normalmente encontradas emcampo e que interferem diretamente no alcance do disparo e consequentemente em sua

produtividade, ver figuras 3 a 12.


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Figura 3: exemplificao dos parmetros do sinal de ECL.

Figura 4: exemplo de regio com revestimento retirado para colocao do anel.


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Figura 5: trecho para passagem sob rua.

Figura 6: exemplo de suportes simples


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Figura 7: Inspeo em trecho enterrado

Figura 8: suporte soldado com sela


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Figura 9: inspeo em trecho enterrado.

Figura 10: inspeo em passagem de rua


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Figura 11: inspeo em trecho encamisado

Figura 12: inspeo em trecho areo


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As limitaes impostas para as interferncias, ou que limitam um ensaio, sem condies de anlisedos sinais posteriores as mesmas so apresentadas nas figuras 13 a 18.

Figura 13: derivaes de mesmo dimetro Figura 14: curva de 45

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

Figura 17: vlvulas ou flanges Figura 18: curvas gomadas


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Alm das limitaes impostas pela tubulao em si, h ainda limitaes quanto ao fludo interno eseus resduos. Isso acontece quando h sedimentao interna na tubulao, oriunda do lquido ouainda de processos corrosivos severos.

A seguir temos dois disparos em uma mesma tubulao sendo um disparo em um trecho semacmulo de resduos internos e outro com acmulo de resduos, ver figuras 19 e 20. Os disparosforam realizados com a mesma configurao e, podemos ver claramente a diferena de atenuaosnica neste caso. A posio 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 ladodo anel, porm durante aquisio de dados de GUL no mesmo equipamento, em trecho com

presena de resduos internos, foi registrada uma reduo significativa no alcance do ensaio,resultando em valor inferior a 20 metros total, conforme figura 20.

Sinais ultrassnicosreferente presena de solda.

rea verde indica a posio do Anel

Curva DAC,exibindo a queda daamplitude dos sinais

Soldas

Alcance do disparoinferior a 10 metros

Figura 19: disparo realizado na linha sem resduos internos.

Figura 20: disparo realizado na linha com resduos internos.


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Para tubulaes enterradas ou isoladas, as condies podem variar simplesmente em funo daumidade ou ainda da fora de compresso do revestimento ou de compactao do solo, ver figura21.

Na imagem acima, podemos observar a atenuao snica provocada pelos revestimentos. Numprimeiro momento, a atenuao aumentada devido ao revestimento protetivo da tubulao paraentrada em uma regio enterrada e do outro lado do disparo, no temos revestimento algum.

Na figura 22, podemos observar o comportamento com dois revestimentos completamentediferentes, sendo que para esquerda da posio do anel, temos uma fita e entrada em trechoenterrado e, para direita da posio do disparo, temos a mesma fita, porm para proteo de trechoencamisado.

Revestimento

Curva DAC,exibindo a queda daamplitude dos sinais

Fita e entrada emtrecho enterrado

Fita para proteo detrecho encamisado

Alcance do disparorximo 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 extenso.


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4. Resultados prticos dos ensaios

Nos ensaios que realizamos at o momento, 90% das indicaes encontradas nos disparos, tiveram

correlaes externas. Isso nos mostra que para as linhas em operao, a maior contribuio para estadeteriorao o esmero e o cuidado com as partes expostas das tubulaes.

Os principais pontos de problemas so na regio inferior, onde normalmente no se tem uma boavisualizao da tubulao em um ensaio visual e nas regies prximas ou sob suportes.

As linhas que tiveram descontinuidades internas localizadas so linhas cujo mecanismo de dano acorroso/eroso interna, portanto, j sabido que h descontinuidades nestas linhas, e nas regies

preferenciais que dependem do fluido, podendo ser em regies aps soldas ou curvas (que causamturbilhonamento e consequente eroso), ou nas regies de interface liquido/gs ou de separao demeios.

5. Concluso

Por serem trechos longos e com muitas interferncias e variveis, as tcnicas convencionais deensaios mostram-se pouco eficientes para localizao de descontinuidades nas tubulaes. Estatcnica visa justamente localizar estas descontinuidades para que as mesmas possam serdimensionadas por outras tcnicas de ensaios no destrutivos, quer seja por ultrassom, ensaio visual,dimensional, radiografia digital, etc.

O ensaio de ondas guiadas um mtodo bastante eficiente para inspeo qualitativa de tubulaes.Para que a tcnica seja aplicada em sua plenitude e, com a produtividade esperada, importante quetenhamos trechos longos aproveitando os alcances mdios dos disparos.

Cada disparo de ondas guiadas, com uma primeira avaliao, leva em torno de 20 a 30 minutos,entre a preparao, medio de espessura inicial, disparo propriamente dita e a primeira correlaovisual. 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 interferncias estiverempresentes no trecho a ser ensaiado, mais disparos sero necessrios para cobrir o trecho e menorser a produtividade em metros.

Sem levar em considerao os diversos tipos de revestimentos, as interferncias soldadas so as quemais interferem no ensaio, comprometendo tanto o alcance quanto a detectabilidade dedescontinuidades. As regies com soldas, como por exemplo, suportes soldados, geram uma zonamorta aps o mesmo que impede a deteco de descontinuidades logo em seguida ao suporte.Quanto maior esta interferncia, maior a zona morta, tanto na largura quanto no comprimento.Geralmente, o que pudemos observar at o presente momento, que o tamanho da interferncia

praticamente o tamanho da zona morta, onde a detectabilidade de pequenas descontinuidades bastante prejudicada.


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Referncias bibliogrficas

a) Procedure Based Trainig Manual, Guided Ultrasonics Ltd, Nottingham - UK, maio de 2007.

(1) Estas observaes foram subsidiadas por diversos ensaios realizados nos ltimos anos pelaempresa PASA, totalizando mais de 100 km de dutos inspecionados no Brasil.

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