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6ª Conferência sobre
Tecnologia de Equipamentos
DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE AQUISIÇÂO
DE DADOS PARA AGILIZAR O EMPREGO DO ENSAIO
DE CORRENTES PARASITAS EM
TROCADORES DE CALOR
Ricardo de Oliveira Carneval
PETROBRAS S.A.
Trabalho apresentado no XXI Congresso
Nacional de Ensaios Não Destrutivos,
Salvador, agosto, 2002.
As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade
do(s) autor(es) .
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SINÓPSE
A inspeção de trocadores de calor para detecção de processo corrosivo emprega
principalmente a técnica de correntes parasitas. Um trocador de calor possui um
número de tubos ao redor de 500 com comprimento na faixa de 4 a 10 metros. A
velocidade de inspeção para um deslocamento de sonda máximo normalizado é algo
como um tubo por minuto. Para atender a essas condicionantes e apresentar um laudo
rápido que permita ao pessoal de manutenção agilizar as soluções que coloquem o
trocador de volta em operação num prazo o mais curto possível é importante que o
ensaio conte com o apoio computacional na avaliação dos resultados do ensaio nãodestrutivo.
Esse trabalho mostra os esforços realizados pelo grupo de inspeção da gerência de
materiais e equipamentos do centro de pesquisas da PETROBRAS, no intuito de
desenvolver um sistema computacional para agilizar a apresentação dos resultados
do ensaio de correntes parasitas na inspeção de tubos de trocadores de calor.
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1. Introdução
A busca incessante por métodos ou processos mais rápidos, mais precisos e com
menores custos é a razão de ser da engenharia.
A atividade de ensaios não-destrutivos é uma atividade, que na maioria das situações,
demanda tempo para sua realização. Normalmente o elemento sensor (sonda ou
transdutor) tem uma dimensão reduzida (para aumentar a sensibilidade da técnica) e
precisa ser movido por todas as regiões do equipamento a inspecionar. Esforços têm
sido feitos no intuito de desenvolver técnicas de inspeção que permitam uma
avaliação mais global do equipamento, mas infelizmente, os métodos até hoje
apresentados possuem sensibilidade reduzida (comparada às técnicas pontuais) em
virtude da maior região de cobertura.
Uma etapa muito importante da atividade de inspeção de equipamentos é a confecção
do relatório de ensaios não-destrutivos. Da perfeita retratação da situação real
existente no equipamento é que a conseqüente avaliação de integridade e a tomada de
decisão quanto a reparo serão mais bem executadas. No entanto, quem trabalha nessa
área não tem duvidas ser essa etapa também extremamente consumidora de tempo.
A agilização do processo de coleta de informações é uma tarefa complicada visto que
mesmo com a grande evolução da microinformática ela depende da mecanização do
processo de movimentação da sonda que infelizmente não teve uma evolução tão
acentuada quanto a eletrônica e a informática. Já a documentação esta sim pode ser
bastante automatizada, pois passamos dos velhos formulários impressos para emissão
de relatórios para os bancos de dados em computadores onde mesmo imagens podem
ser catalogadas. Dessa forma é nessa área (emissão de relatórios) que procuraremos
mostrar nesse trabalho as possibilidades de aumento de velocidade no processo.
A inspeção por correntes parasitas de feixes tubulares de trocador de calor deve
atender prioritariamente as seguintes questões feitas pelo responsável pela
integridade do permutador:
- quais tubos, e em qual quantidade, devem ser substituídos ou retirados de
operação (“plugueados”). Em outras palavras, quais tubos apresentam perda
de espessura de parede acima de um valor pré-estabelecido (usualmente
50%);
- qual o lado da parede do tubo no qual o processo corrosivo de deterioração se
originou (interno ou externo);
- existe uma localização preferencial para ocorrência do dano, na seção
transversal (posição no espelho) e/ou longitudinal (ao longo comprimento do
tubo) do feixe;
- qual o tipo de fenômeno de dano presente (trincamento, corrosão alveolar,
corrosão pitiforme, etc...).
O ensaio de correntes parasitas tem perfeitas condições de fornecer respostas para as
três primeiras perguntas e alguma dificuldade de responder a última, pois vejamos:
- o ensaio se baseia na introdução de corrente elétrica (induzida, parasita) no
trecho do tubo inspecionado e a redução de espessura causada pelo processo
corrosivo provoca perturbações nessa corrente, podendo ser medida e
localizada, figura 1;
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a sonda é introduzida a partir de um espelho de referência (fixo ou flutuante)
em todo o comprimento do tubo e durante a extração da mesma os sinais
gerados são registrados, foto 1;
Figura 1 – Princípio do Ensaio de Correntes Parasitas
Foto 1 – Inspeção de Tubo de Feixe de Trocador de Calor por Correntes Parasitas.
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as componentes horizontal (x) e vertical (y) do sinal (sistema de coordenadas
cartesianas) indicam a amplitude e fase dos sinais (sistema de coordenadas
polares), figura 2;
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Figura 2 – Sinal do Ensaio de Correntes Parasitas
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a amplitude do sinal da indicação permite definir (procedimento de ensaio) a
necessidade do seu registro e a fase permite definir a posição da
descontinuidade em termos de lado da parede (interna ou externa, curva de
calibração), figuras 2 e 3;
Figura 3 – Tubo de Calibração e Curva de Calibração.
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a posição das indicações nas componentes do sinal (x e y) indica a
localização da descontinuidade no comprimento do tubo, figuras 2 e foto 2;
Foto 2 – Localização da descontinuidade com base nas componentes do sinal.
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é comum o relatório de inspeção apresentar a compilação dos resultados do
teste sob a forma gráfica, no qual empregando um padrão numérico ou de
cores a máxima redução de espessura dos tubos é indicada, figura 4.
Figura 4 – Resultados da inspeção por correntes parasitas em trocador de calor
apresentado sob a forma gráfica
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2. A Planilha Eddy_Trocador
A distribuição ou posicionamento dos tubos no espelho de um trocador de calor
atende a uma organização (coordenadas cartesianas: x, y) em tudo semelhante às
tabelas informáticas, planilhas eletrônicas ou do inglês “spreadsheets”.
Conforme já citado anteriormente utilizaram-se os recursos dos programas de
planilha eletrônica para tentar agilizar a emissão de relatórios de inspeção por
correntes parasitas de feixes tubulares de trocadores de calor. No caso desse trabalho
empregou-se o programa Microsoft Excel na sua versão 2000.
Passa agora a descrever os detalhes da planilha, chamada Eddy_Trocador,
desenvolvida.
As planilhas Excel podem ser subdivididas em outras sub-planilhas e/ou gráficos e
esse é caso da aqui apresentada. A primeira sub-planilha a ser preenchida antes da
realização da inspeção é a denominada Especificação, figura 5, nela estão contidas as
principais informações relevantes à inspeção do trocador de calor:
- características dos tubos (material, especificação, com ou sem costura,
diâmetro externo, espessura, comprimento, tubo reto ou em “U”);
- características do feixe (TAG number, tipo de empilhamento, número de
passes, número e posições das “chicanas”);
- características dos produtos internamente e externamente aos tubos;
Figura 5 – Sub-planilha Especificação.
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parâmetros de calibração do ensaio (freqüência, ângulo de fase, ganho
eletrônico, escala do osciloscópio ou tela);
dados reais para construção da curva de calibração (reduções de espessura das
descontinuidades do tubo de calibração e respectivas amplitudes e fases dos
sinais correspondentes).
A montagem dos tubos no espelho de um trocador de calor pode atender a um dos
três tipos de empilhamentos possíveis, figura 6:
- quadrado (os tubos de uma fileira estão sempre sobre ou sob os tubos das fileiras
adjacentes);
- triangular par (os tubos de uma fileira ocupam os interstícios entre os tubos das
fileiras adjacentes e os tubos das linhas (x) pares estão posicionados nas fileiras
(y, colunas) pares, enquanto que as linhas impares têm ocupadas as fileiras
impares);
- triangular impar (os tubos de uma fileira ocupam os interstícios entre os tubos das
fileiras adjacentes e os tubos das linhas (x) pares estão posicionados nas fileiras
(y, colunas) impares, enquanto que as linhas impares têm ocupadas as fileiras
pares).
Figura 6 – Tipos de empilhamentos de tubos possíveis em um trocador de calor.
Com a introdução dos dados do tubo padrão e dos sinais, obtidos na calibração a
planilha constrói a curva de calibração que será usada durante a inspeção para
avaliação dos sinais, figura 7.
Figura 7 – Curva de calibração construída pela planilha Eddy_Trocador.
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As sub-planilhas Espelho Quadrado (figura 8), Espelho Triangular Par e Espelho
Triangular Impar permitem a introdução dos números dos tubos iniciais e finais de
cada fileira do trocador. Os valores introduzidos permitem a construção do assim
chamado mapa do espelho do trocador, que indica graficamente onde estão
posicionados os tubos. O mapa do espelho servirá para apresentação dos resultados
da inspeção após a realização da mesma e introdução dos resultados individuais dos
tubos.
A planilha desenvolvida permite representar a existência de intervalo sem a presença
de tubos. São explicitados os valores de tubos existentes em uma linha e o total de
tubos da primeira até a linha considerada.
Figura 8 – Construção do mapa do espelho na planilha Eddy_Trocador.
Em outra região da sub-planilha espelho (quadrado, triangular par ou triangular
impar, figura 9) permite definir os códigos que serão utilizados para informar o
resultado do ensaio em termos de situação de cada tubo inspecionado (não
inspecionado, valor de redução de espessura – interna ou externa, obstruído,
amassado, “plugueado”, à pluguear – se redução de espessura está acima de um valor
pré-estabelecido).
Figura 9 – Códigos dos Resultados da Inspeção.
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Ainda na mesma sub-planilha existe uma tabela (figura 10) onde aparecem os tubos
presentes no espelho do trocador em função das posições iniciais e finais (dos tubos
das linhas) introduzidas anteriormente. Como é mais fácil para o operador, que é
responsável pela introdução e extração da sonda, localizar os tubos seqüencialmente
nas linhas a tabela os indica em associação com o sistema de identificação matricial
(linhas-X-horizontais “versus” colunas-Y-verticais). Nessa tabela preenche-se o
resultado da inspeção dos tubos em termos de: redução de espessura (%), localização
ao longo do comprimento do tubo (referenciada a “chicanas”, por exemplo) e código
(figura 9). À medida que o código é preenchido, automaticamente o mapa do espelho
vai sendo construído com o resultado da inspeção (figura 11).
Figura 10 – Tabela com a seqüência de tubos nas linhas (para facilitar a inspeção) e
local para preenchimento dos resultados.
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Figura 11 – Mapa do espelho com o resultado da inspeção.
Devido às facilidades da informática, durante e após o encerramento da inspeção é
possível ter ainda uma avaliação estatística do estado de dano do trocador (figura 12)
e da produtividade do ensaio (figura 13). Durante a execução do ensaio é possível
ainda ter-se uma estimativa da hora de encerramento do ensaio.
5. Conclusões
Apresentou-se o desenvolvimento de uma planilha eletrônica para facilitar a
atividade de inspeção de tubos de feixes tubulares de trocadores de calor bem como
na emissão do relatório com os resultados do ensaio.
A adoção dessa planilha permite agilizar a tomada de decisão quanto à necessidade
de troca ou “plugueamento” de tubos.
Modificações dos programas de aquisição de dados em correntes parasitas podem
permitir que os arquivos com os resultados da inspeção gerados por esses programas
sejam introduzidos diretamente na planilha Eddy_Trocador para emissão do
relatório.
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Figura 12 – Resumo Estatístico do Estado do Trocador de Calor (distribuição das
perdas de espessura e posicionamento da maior perda no comprimento do feixe).
Figura 13 – Produtividade da Inspeção por Correntes Parasitas (tubos inspecionados
por tempo, tempo para inspeção de um tubo, velocidade de deslocamento da sonda
durante a inspeção).