Sair
6ª Conferência sobre
Tecnologia de Equipamentos
INSPEÇÃO DE VASOS DE PRESSÃO UTILIZANDO ENSAIO DE ULTRASOM COMPUTADORIZADO E A NORMA API RP 579.
Celso Mário Ferreira dos Santos
PETROBRAS/UN-BA/ST/EMI.
Antonio Alves Gama
PETROBRAS/UN-BA/APMG/SMS.
José Spínola da Rocha
PETROBRAS/UN-BA/APMG/SMS.
José Roberto Malandrino Filho
PASA.
Everaldo Alves Tadeu
PASA.
Hérico dos Santos Tadeu
PASA.
Trabalho apresentado na 6° Conferência
Sobre Tecnologia de Equipamentos,
Salvador, agosto, 2002.
As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade
dos autores.
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SINOPSE
Apresentaremos um caso prático do uso da norma API RP 579, referente a perda de
espessura em uma ampola.
Essa inspeção segue a tendência do uso de novos critérios de análise dos
equipamentos, considerando os danos acumulados em serviço.
Para obter os valores de espessura de parede, foi contratada a PASA para executar a
inspeção de ensaio de ultra-som computadorizado (C-Scan).
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1. INTRODUÇÃO
A aplicação da inspeção tradicional, baseado em normas de projeto é válida para a
maioria dos equipamentos.
Enquanto os cálculos baseados em normas de projeto estiverem satisfazendo, esses
cálculos poderão ser utilizados.
Alguns equipamentos requerem normas menos conservativas, orientadas para a
adequação ao uso. A norma API RP 579 é uma dessas normas com aplicação em
vasos de pressão, objeto desse trabalho.
A utilização da norma API RP 579 permite em muitos casos manter um equipamento
em operação quando a norma de projeto esteja condenando o seu uso. Permite
também, limitar as intervenções de manutenção.
Inspecionamos 9 ampolas com ensaio de ultra-som computadorizado (C-Scan).
Nesse trabalho, vamos apresentar o resultado de uma dessas ampolas, aplicando a
norma API RP 579 comparando os resultados com o ASME VIII, Div. 1, norma
utilizada no projeto.
2. HISTÓRICO
Três ampolas possuem acesso para inspeção interna. As outras seis ampolas não
possuem acesso para inspeção.
Era do nosso conhecimento que todas as 9 ampolas estavam com corrosão interna.
Nas ampolas sem acesso interno tínhamos verificado corrosão na ocasião da retirada
de flanges (desconectados) em 1993, além de medidas de espessuras efetuadas.
Em 1999 realizamos a inspeção interna nas 3 ampolas com acesso. Nessa ocasião
foram encontradas perdas de espessura no corpo na geratriz inferior.
A perda de espessura dessas ampolas foi avaliada pelos critérios do M.P.C (Materials
Properties Council). Segundo o critério, os vasos foram aprovados para continuarem
em operação. Foi aplicado revestimento interno de fibra de vidro após a inspeção
para barrar o processo corrosivo e recomendado nova parada de um dos vasos em
2001 para avaliação do revestimento.
Nas seis ampolas sem acesso interno precisavámos de uma técnica de inspeção que
possibilitasse um mapeamento em quase toda a extensão dos equipamentos.
Definimos o seguinte :
Ø Ampolas com acesso q
Substituição da opção de retirada de um vaso de operação para análise do
revestimento, pela inspeção dos 3 vasos pela técnica C-Scan. Evitou-se todo o
problema que o equipamento poderia sofrer após a retirada de operação (limpeza,
oxidação, etc). Foi realizada inspeção nas 3 ampolas para posterior análise pelo
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API RP 579.
Ø Ampolas sem acesso q
Inspeção dos 6 vasos pela técnica C-Scan para posterior análise pelo API RP 579.
A opção da escolha da medição de espessura ser através da técnica C-Scan foi em
virtude da maior qualidade das aquisições e das extensões dos equipamentos :
Ø Ampolas com acesso q
Comprimento entre tangentes (CET) - 24000 mm
Ø Ampolas sem acesso q
Comprimento entre tangentes (CET) - 30000 mm
3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Nesse tópico vamos comentar sobre a norma API RP 579.
Inicialmente a norma define para avaliação quanto a perda de espessura o uso da
seção 4 referente a perda de espessura generalizada.
O procedimento pode ser aplicado para corrosão uniforme ou localizada. Os cálculos
são feitos para verificar se o equipamento avaliado na parte corroída, pode continuar
operando ou ter sua pressão reduzida.
É um procedimento mais conservativo do que a seção 5 da norma API 579. Caso seja
necessário utilizaremos a seção 5.
A seção 4 baseia-se na espessura média corroída.
Vamos utilizar o cálculo do nível 1 da seção 4 existente no API 579.
Durante a descrição do trabalho vamos definir os conceitos utilizados nos cálculos.
4. UTILIZAÇÃO DO EQUIPAMENTO DE ENSAIO DE ULTRA-SOM
Para inspeção dos corpos das ampolas as mesmas foram divididas em áreas. Cada
área foi denominada como uma "varredura".
Essas varreduras procuraram cobrir toda a extensão das ampolas, exceção das regiões
com berços e bocais que impediam a movimentação/acoplamento do equipamento
de inspeção.
Na ampola objeto desse trabalho, ocorreram 41 varreduras. O comprimento de cada
varredura foi de 500 mm.
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Foram utilizadas malhas de varredura de 49 x 49 (mm) nos eixos X e Y e velocidade
de 400 mm/s de varredura. Houve em alguns casos isolados a não aquisição de
pontos de espessura.
A varredura foi realizada na geratriz inferior. Em cada varredura o equipamento
iniciava na parte superior da meia-cana e terminava na outra parte superior. O
equipamento contornava a curvatura do corpo, enquanto o cabeçote percorria o
sentido longitudinal.
A foto I apresenta detalhes do equipamento durante a inspeção.
Foto I
5. APRESENTAÇÃO DOS DADOS DO EQUIPAMENTO
Dados do vaso de pressão :
Código de projeto - ASME VIII Div. 1
Diâmetro interno - 1,22 m
Comprimento entre tangentes - 24,0 m
Fluido - gás natural com condensado contendo enxôfre e água.
Pressão de operação normal - 3344 kPa (34,1 kgf/cm²)
Temperatura de operação (°C) - ambiente
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Pressão de projeto (P) - 3677 kPa (37,5 kgf/cm²)
Pressão de ajuste da PSV - 3677 kPa (37,5 kgf/cm²)
Temperatura de projeto (°C) - ambiente
Sobre-espessura de corrosão (C) - 3 mm
Eficiência de soldas (E) - casco e tampos - 100%
Radiografia - casco e tampos - total
Material de casco e tampos - ASTM-A 516 Gr. 60
Tensão admissível (S) - 103421 kPa (15000 psi)
Tipos de tampos - esféricos
Fabricante - Usiminas
N° de série - 6179
Ano de fabricação - 1987
Pressão de teste hidrostático - 5521 kPa (56,3 kgf/cm²)
Espessura nominal do casco - 25 mm
Espessura nominal das calotas - 16 mm
6. RESULTADOS
CÁLCULO UTILIZANDO O ASME VIII DIV. 1 E A MENOR ESPESSURA
ENCONTRADA
Iremos analisar o corpo do vaso que é a região que contêm corrosão.
Considerando a menor espessura encontrada no corpo nessa inspeção (16,13 mm) na
varredura 12 o valor da PMTP (pressão máxima de trabalho permitida) pelo ASME
VIII, será :
P=
SET
R + 0,6t
......................................................(1)
P = 2693 kPa (27,46 kgf/cm²)
Portanto, utilizando o ASME e a menor espessura encontrada, a PMTP é inferior a
pressão de operação.
AVALIAÇÃO PELA SEÇÃO 4 DO API RP 579
Cálculo das espessuras mínimas requeridas do corpo (tmin)
O cálculo para as condições de projeto é de acôrdo com o ASME VIII div. 1 :
tmin =
[P (R + FCA)]
+C
SE - 0,6 P
.....................................(2)
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tmin = 25,33 mm
A corrosão futura (FCA) poderia ser zero devido ao vaso ser revestido, porém
consideramos : 0,1875 mm.
Estabelecimento da Espessura Média , Desvio Padrão das Medidas e do
Coeficiente de Variação.
Estabelecemos com a contratada uma distância de 49 mm entre os pontos
para realização de medição de espessura.
As varreduras que apresentaram problemas de baixa espessura foram : 12,
13, 14, 15, 24, 26, 30 e 37.
Utilizando as espessuras nas proximidades da região corroída, obtemos as
seguintes tabelas das varreduras citadas.
Tabela I - Espessuras da varredura 12 próximas aos
Eixo
x/y
(mm)
1617
1568
1519
1470
1421
pontos de baixa espessura
147 196 245 295
343
392
26,44 26,6 26,82 26,54 26,82 27,15
26,71 27,15 27,04 27,26 27,15 26,76
20,08
27,04
20,08 22,6
27,53 27,42 27,64 27,53 27,75 27,7
27,64 27,64 27,64 27,75 27,64 27,48
Tabela II - Espessuras da varredura 12 próximas a
outro ponto de baixa espessura
Eixo x/y (mm)
0
49
98 147
1127
26,49 26,93 26,71 26,93
1078
26,76 26,27 26,60 26,93
1029
26,11 26,11 25,17 26,22
980
26,22 26,98 16,13 27,04
931
24,85 25,61
24,35
882
26,71 26,71 27,81 27,42
196
26,44
27,20
26,05
27,09
25,61
27,42
Tabela III - Espessuras da varredura 13 próximas
ao ponto de baixa espessura
Eixo x/y
49
98
147 196
(mm)
1274
27,31 26,93 27,64 27,09
1225
26,71 27,37 27,04 27,26
1176
27,04 27,48 17,12 27,15
245
27,26
26,82
27,15
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1127
1078
26,82 26,76 26,27 26,76 26,76
27,15 27,04 26,54 26,60 27,42
Tabela IV - Espessuras da varredura 14 próximas
Eixo x/y
(mm)
1029
980
931
882
833
ao ponto de baixa espessura
0
49
98
147
26,71
26,76
25,89
25,61
26,82
26,87
27,31
18,49
27,09
26,93
26,93
26,98
26,54
27,31
26,87
27,15
26,98
26,71
27,26
26,87
196
26,98
26,98
27,26
26,71
26,49
Tabela V - Espessuras das varreduras 15 e 14
próximas aos pontos de baixa espessura
Eixo
x/y
(mm)
196
147
98
49
0
na varredura 15.
VARREDURA 15
343 392 441
27,70
27,31
26,44
26,60
27,09
VARREDURA 14
0
49
98
27,48 26,27
26,98
27,64
26,49 16,46 26,87
20,52
27,26
27,09 27,09 27,59
27,42
27,48
27,31
27,31
27,48
27,59
27,70
27,53
26,60
27,48
Tabela VI - Espessuras da varredura 24 próximas
Eixo
x/y
(mm)
1421
1372
1323
1274
1225
aos pontos de baixa espessura
98
147 196 245 295
27,26
26,93
28,30
26,87
26,82
27,26
27,31
17,56
27,26
27,15
27,26
26,49
28,46
27,26
26,71
27,42
26,38
28,57
27,09
27,53
27,31
27,15
20,74
27,09
27,20
343
27,31
27,15
27,31
27,20
8
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Tabela VII - Espessuras da varredura 26 próximas
Eixo
x/y
(mm)
1568
1519
1470
1421
1372
1323
ao ponto de baixa espessura
196 245 295 343 392
27,15 26,93 27,59
27,15
27,42 27,20 28,35
26,54 18,22 26,76
26,22 26,60 27,15
26,54 27,91 26,71
27,48
27,20
27,15
26,93
26,44
26,71
27,48
27,20
27,53
26,33
27,04
26,65
Tabela VIII - Espessuras da varredura 26 próximas
Eixo
x/y
(mm)
588
539
490
441
392
343
294
a outro ponto de baixa espessura
245 295 343 392 441
27,48 28,57 27,81 26,93
28,57 27,42 27,37 27,20
26,98 28,57 27,42 27,53
26,98 27,86 18,93
26,93
27,31 26,93
27,26 27,86 0,00
26,87
26,71 26,98
27,26
27,48
27,81
27,81
Tabela IX - Espessuras da varredura 30 próximas
Eixo
x/y
(mm)
1029
980
931
882
833
784
a ponto de baixa espessura
196 245 295 343 392
25,89
27,15
26,49
26,87
25,12
27,09
25,72 26,33 26,33
26,93 25,89 27,04
26,00 26,27
27,20 16,46 25,72
22,71 24,13 23,37
27,15 27,20 26,87
26,05
26,33
27,04
25,61
25,45
27,37
9
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Tabela X - Espessuras das varreduras 37 e 38
próximas ao ponto de baixa espessura
Eixo
x/y
(mm)
196
147
98
49
0
na varredura 37.
VARREDURA VARREDURA
38
37
343 392 441 0
49 98
27,20
26,82
27,15
26,82
24,02
26,98 26,54 26,38 27,04 26,82
26,49
26,65 26,54
26,71 26,82 26,16 27,09 26,71
27,15
26,49 26,65 26,76
24,13 24,13 17,78 23,80 23,80
Com os valores das tabelas acima podemos obter os valores de espessura média,
desvio padrão das medidas e o coeficiente de variação das medidas (COV).
Tabela XI - Valores para obtenção do COV
Ponto Espessura
medida
[mm]
1
2
….
….
N
(t – FCA)
N
S1 = ∑ (ti − FCA )
i
(t – FCA)2
(3)
tavg − FCA =
N
S2 = ∑ (ti − FCA)2
i
(4)
S1
..................................................(5)
N
1/ 2
 S 2
  N 
tsd =  
− ( tavg − FCA )2  

  N − 1
 N
................(6)
10
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COV =
tsd
( tavg − FCA )
..........................................(7)
onde :
tavg – espessura média medida [mm];
FCA – corrosão futura = 0,1875 mm;
N – número de pontos medidos;
tSD – desvio padrão das espessuras medidas [mm];
COV – coeficiente de variação das espessuras medidas.
Com os valores das tabelas de I a X aplicados na tabela XI obtemos os resultados
citados na tabela XII:
Tabela XII - Resultados
I
II
III
IV
V
S1
738
751
661
658
711
S2
19585
19590
17563
17379
18914
tavg – FCA
26,37
25,91
26,43
26,31
26,4
S2 / N
699,5
675,5
702,5
695,2
700,5
(tavg – FCA)2
695,4
671,4
698,7
692,3
694,8
tSD
2,066
2,069
2,005
1,715
2,425
COV
0,078
0,080
0,076
0,065
0,092
VI
VII
VIII
IX
X
S1
769
743
728
742
695
S2
20521
19815
19694
19129
17969
tavg – FCA
26,51
26,55
26,95
25,60
25,72
S2 / N
707,6
707,7
729,4
659,6
665,5
(tavg – FCA)2
703
704,8
726,5
655,2
661,8
tSD
2,189
1,738
1,721
2,122
1,977
COV
0,083
0,065
0,064
0,083
0,077
Como todos os valores de COV foram inferiores a 10% (COV < 0,10), utilizaremos a
espessura média ( tavg ) para avaliação das perdas de espessura.
Não foi necessário estabelecer os perfis críticos de corrosão, pois os COV's foram
inferiores a 10%.
Analisando pelo nível 1 da seção 4, vamos verificar o critério de aceitação :
Critério 1 - Tam - FCA = tavg - FCA ≥ tmin ...........(8)
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Critério 2 - Tmm - FCA ≥ ( máx [ 0,5 tmin, 2,5 mm](9)
Tmm - menor valor medido em cada tabela (I a X)
Tabela XIII - Verificação do critério de aceitação
Critério 1
Critério 2
I
26,37 > 25,33
19,89 > 12,67
II
25,91 > 25,33
15,94 > 12,67
III
26,43 > 25,33
16,93 > 12,67
IV
26,31 > 25,33
18,30 > 12,67
V
26,4 > 25,33
16,27 > 12,67
VI
26,51 > 25,33
17,37 > 12,67
VII
26,55 > 25,33
18,03 > 12,67
VIII
26,95 > 25,33
18,74 > 12,67
IX
25,60 > 25,33
16,27 > 12,67
X
25,72 > 25,33
17,59 > 12,67
Conforme os resultados da tabela XIII os critérios 1 e 2 são satisfeitos em todas as
varreduras analisadas.
7. CONCLUSÃO
O API RP 579 Seção 4, nível 1 permite a operação do vaso nas condições atuais sem
necessidade de redução da PMTP, resultado diverso do ASME VIII div. 1 utilizando
a menor espessura que reduziria a PMTP do equipamento.
A utilização da norma API RP 579 será disseminada na UN-BA para os casos que a
PMTP do equipamento seja rebaixada no cálculo do ASME VIII principalmente se
comprometer a pressão de operação.
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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1. "API Recommended Practice 579 - Fitness-for- Fitness", primeira edição, janeiro
de 2000.
2. Donato, Guilherme Victor Peixoto - "Verificação de Perdas de Espessura em
Vagões Tanque para Transporte de Amônia - CT-071/01", julho de 2001.
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