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Apostila Sobre Inspeção em Vaso de Pressão
Apostila Sobre Inspeção em Vaso de Pressão
Apostila Sobre Inspeção em Vaso de Pressão
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ASSUNTO
PGINA
1. INTRODUO ............................................................................................
01
2. COMPONENTES..........................................................................................
01
3. CLASSIFICAO........................................................................................
11
4. SUPORTAO............................................................................................
13
5. CDIGOS DE CONSTRUO....................................................................
17
6. DEFINIES................................................................................................
25
7. MATERIAIS.................................................................................................
38
8. REVESTIMENTOS......................................................................................
44
9. JUNTAS SOLDADAS..................................................................................
50
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1. INTRODUO
Entende-se como "Vaso de Presso" todos os reservatrios, de qualquer tipo, dimenses ou
finalidades, no sujeitos a chama, que contenham qualquer fluido, projetado para resistir com
segurana uma presso interna superior a 1 Kgf/cm2 ou inferior presso atmosfrica; ou submetidos
presso externa.
Em refinarias de petrleo, indstrias qumicas e petroqumicas os vasos de presso constituem um
conjunto importante de equipamentos que abrangem os mais variados usos. Nas refinarias de
petrleo, os vasos de presso so utilizados, principalmente, para os seguintes motivos:
-ARMAZENAMENTO DE GS: por motivos econmicos, os gases so armazenados sob presso
normalmente liquefeitos, para que se possa ter grande peso armazenado num volume relativamente
pequeno. Exemplo : esferas de GLP.
-PROCESSAMENTO: inmeros processos necessitam, para sua realizao, de um ambiente
pressurizado. Exemplo: vasos em unidades de destilao, reforma, craqueamento, gerao de vapor,
etc.
A construo de um vaso de presso envolve uma srie de cuidados especiais relacionados com o seu
projeto, fabricao, montagem, inspeo e testes. Pois a falhas de um vaso de presso, quando em
operao, alm de provocar perda de produto e parada de um processo, pode acarretar perda de vidas.
Assim, um vaso de presso, normalmente considerado um EQUIPAMENTO DE GRANDE RISCO
DE PERICULOSIDADE.
2. COMPONENTES
A Subcomisso de Inspeo de Equipamentos do Instituto Brasileiro de Petrleo em fevereiro de
1963 aprovou a Guia n. 2 de Inspeo de Equipamentos que padronizou a Nomenclatura a ser usada
para equipamentos e acessrios nas refinarias de petrleo. A figura 1 mostra um resumo da
nomenclatura usada para os vasos de presso.
Com o objetivo de melhor familiarizar o tcnico de inspeo com os acessrios internos usualmente
encontrados nos vasos de presso alguns tens indicados na figura 1 sero melhor detalhados:
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LEGENDA :
1. CASCO
1.1. - Revestimento metlico interno (clad
ou lining ).
1.2. - Revestimento de proteo contra
fogo ( fire-proofing ).
2. TAMPOS OU CALOTAS
2.1. - Elipsoidal.
2.2. - Toroesfrico.
2.3. - Hemisfrico.
2.4. - Cnico.
2.5. - Torocnico.
3. BOCAL OU CONEXO
3.1. - Pescoo.
3.2. - Flange.
3.3. - Meia luva.
4. BOCA DE VISITA
5. VIGIA
6. JUNTAS DE VEDAO
7. BRAO DE CARGA.
8. TUBOS INTERNOS
8.1. - Retirada de produto.
8.2. - Distribuidor.
8.3. - Serpentina.
8.4. - Feixe tubular.
9. BANDEJA
9.1. - Assoalho da bandeja.
9.2. - Borbulhador de campnula.
9.2.1. - Suporte.
9.2.2. - Cruzeta.
9.2.3. - Colarinho.
9.2.4. - Campnula.
9.3. - Vertedor.
9.3.1. - Vertedor central.
9.3.2. - Vertedor lateral.
9.4. - Caixa de retirada.
9.5. - Alapo.
9.6. - Vigas de sustentao.
10. PANELA
10.1. - Fundo.
10.2. - Vedao.
10.3. - Chamin.
11. DEFLETOR
11.1. - Anel.
11.2. - Disco.
11.3. - Saia.
11.4. - Prato perfurado.
12. CHAPA DE DESGASTE
13. ANTIVRTICE
14. PORCAS, PARAFUSOS OU
ESTOJOS
15. FILTRO
16. ENCHIMENTO
17. SUSTENTAO DO ENCHIMENTO
18. TIRANTE
19. POTE OU BOTA
20. RETENTOR DE GOTCULAS
21. BOCA DE INSPEO
22. GRADE
23. ANEL DE REFORO
24. ANEL DE SUSTENTAO DO
ISOLAMENTO
25. ISOLAMENTO
26. BERO
27. APOIOS
27.1. - Saia cilndrica.
27.2. - Saia cnica.
27.3. - Colunas.
27.4. - Boca de visita da saia.
28. ANEL DE SUSTENTAO DE
ACESSRIOS
29. GRAMPO DE FIXAO
29.1. - Grampo.
29.2. - Parafuso.
29.3. - Arruela.
29.4. - Porca.
30. GRAMPO DE FIXAO
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23
30
27.3
27.1
8.2
24
27.4
16
CHAPA
CANTONEIRA
17
22
27..2
11.1
1
18
11.2
25
CHAPA
10.3
15
10.2
29.2
8.1
9.2.4
29.4
10.1
9.2.2
9.3.2
29.3
9.2.3
9.3.1
9.2.1
9.2
29.1
3.3
9.1
3.1
1.1
20
28
11.3
14
12
11.4
19
8.3
26
3.2
2.4
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Para facilitar a inspeo e limpeza das torres durante uma parada operacional, bem como facilitar a
montagem e desmontagem, em todas as bandejas uma das sees de fcil remoo, normalmente,
chamada de ALAPO ou boca de visita da bandeja. Esta seo facilmente identificada pois seu
sistema de fixao atravs de arruela ovais, enquanto nas demais sees da bandeja as arrula so
redondas. As arruelas ovais possibilitam a remoo do alapo sem que seja necessrio remover os
parafusos que prendem estas arruelas, reduzindo o servio e evitando a queda e/ou perda de peas
durante a abertura das bandejas, antes da limpeza interna da torre. Por isso, usa-se a expresso abrir e
no remover alapes ( figura 2 ).
Existem alguns casos em que os alapes so fixados com feixes de abertura rpida, usado
principalmente em equipamentos onde as sees de bandejas so soldadas entre si.
ALAPO
ARRUELA OVAL
ARRUELA REDODNDA
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A utilizao de grampos que fazem a ligao do acessrio interno com o casco do vaso, atravs do
anel de sustentao tem como principal vantagem a facilidade de remoo do acessrio e evita a
necessidade de soldas dissimilares, quando estes so de material diferentes do casco. A figura 5
mostra detalhes dessa unio.
As sees de bandejas tem que ser unidas de maneira a evitar desnveis no assoalho e/ou vazamentos
que possam comprometer o nvel da bandeja. Essa unio feita com um rebaixo em uma das sees
da bandeja e uma unio travs de parafuso com porcas, como mostra o esquema da figura 6.
As demais partes que formam uma bandeja, como : vertedores (item 9.3 da figura 1), chapas de nvel
etc. so unidos ao casco da mesma maneira que as bandejas, apenas usando como pea intermediria
anis de fixao na posio longitudinal ao casco,algumas vezes chamadas de orelhas.
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PAREDE DO VASO
ARRUELA
PORCA SEXTAVADA
ARRUELA DE
MAT. ISOLANTE
SECO DE BANDEJA
GRAMPO NO 20F
SOLDA PARAFUSO/GRAMPO
GUARNIO
DE MAT.
ISOLANTE
PARAFUSO
ANEL DE
SUSTENTAO
DA BANDEJA
PORCA SEXTAVADA
ARRUELA
ALAPO
ESTOJO CHANFRADO
SECO DE BANDEJA
ARRUELA
PORCA SEXTAVADA
FIGURA 6 - Unio entre sees de bandeja.
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ANIS RASCHING
ESFERAS
ANIS PALL
SELAS
ANIS LESSING
Outro tipo de enchimento, mais moderno, o chamado de leito estruturado, cuja finalidade a
mesma do descrito anteriormente. A figura 9 mostra a instalao de um leito estruturado no interior
de uma torre de processo. Normalmente, as placas que formam o leito so de material plstico
resistente ao meio, o principal limite deste tipo de interno a temperatura de projeto do vaso.
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VISTA INTERNA
DO VASO
GRADE DE
SUPORTAO
ANEL PALL
(PALL RING)
DISTRIBUIO
ALEATRIA
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Retentores de gotculas podem ser usados tanto para reter gotculas como partculas slidas. Os
retentores de gotculas so usados para evitar o arraste de lquido em correntes de vapores. Os
vapores em movimento no interior de um vaso arrastam gotculas que ao passarem pelo retentor
ficam retidas nas suas malhas. As gotculas acumuladas formam gotas que caem novamente sobre o
nvel lquido do vaso. Assim, os vapores saem secos evitando problemas futuros (figura 10).
Os retentores so fabricados com fios de arame formando malhas com dimenses controladas e
adequadas as exigncias do processo. A exemplo das bandejas, os retentores tambm so divididos
em sees, conpactadas e montadas entre grades ligadas por arames, o que facilita seu manuseio,
montagem, aumento ou reduo do nmero de camadas do retentor e permitem a sua instalao no
interior dos vasos. Os materiais mais usados na fabricao dos fios, que constituem o retentor e parte
estrutural, so : ao carbono ou inoxidvel austentico para a parte estrutural e ao inoxidvel, monel
ou plstico para os fios que compoem a malha do retentor.
SADA DE GS
DEMISTER
ENTRADA
DE
PRODUTO
RETENTOR
DE
GOTCULAS
FASE
LQUIDA
DRENAGEM
Quando a espessura da malha do retentor estiver inferior ao projetado ou parte dela estiver danificada
podem ser adicionadas mais camadas ou substitudas as danificadas, sem a necessidade de mexer nas
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demais camadas, desde que o fio usado na malha esteja em boas condies fsicas. A falta de limpeza
desses retentores pode limitar a sada de produto do vaso.
Os retentores de gotculas ou partculas slidas so popularmente chamados de DEMISTER.
3. CLASSIFICAO
Nos vasos de presso podemos distinguir trs dimenses, como sendo necessrias em todos os vasos :
dimetro interno (DI), dimetro externo (DE) e comprimento entre tangentes (CET).
O Comprimento entre tangentes (CET), representa o comprimento total entre as linhas de tangncia,
traadas entre o corpo e as calotas de um vaso de presso.
Baseando-se na posio em que essas trs dimenses esto em relao ao solo, podemos classificar os
vasos de presso como mostrado a tabela 1.
CLASSIFICAO
TIPO DE
DO VASO
CASCO
(figura 11)
CILNDRICO
CILNDRICO
VERTICAL
CILNDRICO
CILNDRICO
INCLINADO
CILNDRICO
CILNDRICO
HORIZONTAL
ESFRICO
ESFRICO
POSIO DE DI E DE
EM RELAO AO
SOLO
PARALELOS
POSIO DE CET EM
RELAO AO SOLO
INCLINADOS
INCLINADA
PERPENDICULARES
PARALELA
INDEFINIDA
INDEFINIDA
PERPENDICULAR
A partir dessa classificao, podem ser definidos outros tipos de vasos, mudando-se algum dos
componentes do vaso. Por exemplo: mudando-se as calotas de um vaso cilndrico vertical, para
calotas cnicas, teremos um vaso cilndrico cnico, etc.
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CET
DE
DE
DI
CET
DI
CILNDRICO HORIZONTAL
CILNDRICO VERTICAL
DE
DI
CET
DE
DI
ESFRICO
CILNDRICO INCLINADO
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4. SUPORTAO
4.1. INTRODUO
Todos os vasos de preso devem ter suporte prprio no se admitindo, mesmo para vasos leves ou de
pequenas dimenses, que fiquem suportados pelas tubulaes a ele ligadas.
O apndice G, da diviso 1, seo VIII, do cdigo ASME, considerando que um vaso suportado na
posio vertical ou horizontal ter cargas concentradas impostas ao casco, nas regies de apoio, faz
uma srie de recomendaes prticas a serem adotadas no projeto de suporte e ligaes de um vaso
de presso. Dentre essas recomentdaes merecem destaque as descritas a seguir :
*
Todos os suportes devem ser projetadas de forma a evitar tenses excessivas localizadas
* Deve ser evitado grandes concentraes de tenses, nas proximidades de mudanas de
formato, de nervuras de reforo e prximo as unies soldadas ;
* Quando uma saia cilndrica for fixada no casco por uma solda de ngulo, situada acima da
lnha de tangncia do tampo, a tenso localizada de flexo similar de uma junta
sobreposta circunferncial, podendo ser considerada satisfatria ;
* Quando a saia for fixada abaixo da linha de tangncia do tampo, so introduzidas tenses
localizadas e pode ser necessrio um aumento na espessura da parede do vaso ;
* Os vasos horizontais podem ser suportados por selas ou suportes equivalentes, excetuados os
excessivamente pequenos, o apoio proporcionado pelas selas deve estender-se no mnimo,
sobre 1/3 da circunferncia do casco do vaso.
* A quantidade de supores, para vasos horizontais, deve ser a menor possvel,
preferencialmente dois, no comprimento do vaso.
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FIGURA 12 - Momento fletor atuante devio aos apoios de um vaso de presso horizontal.
CHAPA DE
REFORO
120o
ESTRUTURA
DE CHAPAS
CHUMBADORES C/ FUROS
OVALADOS P/ DILATAO
SOLDA
REFORO
CHUMBADORES C/ FUROS
REDONDOS.
PARAFUSOS
CHUMBADORES
C/ FUROS
REDONDOS.
CHUMBADORES C/
FUROS OVALADOS P/
DILATAO
REFORO
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CET (mm )
SAIA DE
SUPORTAO
6.000
2.000
300
COLUNAS DE
SUPORTAO
2.000
3.000
DIMETRO ( mm)
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saia
cnica
saia cilndrica
sapatas
saia intermediria
VASOS SUPERPOSTO
colunas de
sustentao
5. CDIGOS DE CONSTRUO
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
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Caldeiras
Seo II -
Especificao de Materiais
Seo III -
Seo IV -
Seo V -
Ensaios No-Destrutivos
Seo VI -
Seo VII -
Seo X -
Seo XI -
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junta
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Na Diviso 2, as regras so mais restritivas quanto ao material a ser utilizado. Por isso, permite-se: a
utilizao de maiores valores de intensificao de tenses de projeto, na faixa de temperaturas em
que estes so limitados pelo limite de resistncia ou escoamento; a utilizao de procedimentos de
clculo mais detalhados e precisos, tornando possvel uma reduo no coeficiente de segurana.
Alm disso, para assegurar melhora na qualidade os processos de fabricao so restringidos,
reduzindo os pontos de concentrao de tenses; so adotadas maiores exigncias na qualificao dos
procedimentos de soldagem, aumentando a eficincia da junta soldada; e maior extenso de inspeo,
reduzindo a quantidade de defeitos internos.
SUB-SEO
A
B
PARTE
UG
UW
UR
UF
UB
REQUISITOS
GERAIS
SOLDAGEM
REBITAMENTO
FORJAMENTO
BRAZAGEM
UCS
UHA
AO CARBONO E
BAIXA LIGA
METAIS NO
FERROSOS
AO ALTA LIGA
UCI
UCL
FERRO FUNDIDO
REVESTIMENTOS
UCD
FERROS FUNDIDOS
MALEVEIS
AO DE ALTA
RESISTNCIA
UNF
UHT
APLICAO
TODOS OS VASOS
VASOS COM PARTES SOLDADAS
VASOS COM PARTES REBITADAS
VASOS COM PARTES FORFADAS
VASOS COM UNIDAS POR
BRAZAGEM
VASOS COM PARTES EM AO
CARBONO OU BAIXA LIGA
VASOS COM PARTES EM METAIS
NO FERROSOS
VASOS COM PARTES EM AO DE
ALTA LIGA
VASOS COM PARTES EM FERRO
FUNDIDO
VASOS COM PARTES REVESTIDAS
( CLAD OU LINING )
VASOS COM PARTES EM FERRO
FUNDIDO MALEVEL
VASOS COM PARTES EM AO DE
ALTA RESISTNCIA
OBS. Para qualquer vaso sempre ser necessria consultar uma parte de cada uma das subsees A,B e C, dependendo das caractersticas de fabricao.
TABELA 2 - Consulta ao cdigo ASME
A filosofia de projeto da Diviso 2 estabele regras especficas para o caso do projeto de vasos mais
comuns, assim como a Diviso 1. Quando isto ocorre uma completa anlise de tenses necessria e
pode ser feita de acordo com os procedimentos estabelecidos nos seguintes apndices:
- Apndice 4: Projeto Baseado em Anlise de Tenses
- Apndice 5: Projeto Baseado em Anlise de Fadiga
- Apndice 6: Anlise Experimental de Tenses
OBS. Na Diviso 2 no h limites para a presso de projeto do vaso
A DIVISO 2 est dividida da seguinte forma:
- Parte AG
- Parte AM
Requisitos Gerais
Materiais
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- Parte AD
Projeto
- Parte AF
Fabricao
- Parte AR
Dispositivos de Alvio de Presso
- Parte AI
Inspeo e Radiografias
- Parte AT
Testes
- Parte AS
Marcao e Relatrios
- Apndices Obrigatrios
- Apndices No Obrigatrios
e) Processo de fabricao
- A diviso 2 exige requisitos adicionais referentes a procedimentos de soldagem, tratamento
trmico, etc (artigos AF-1 a AF-8).
f) Inspeo e testes
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
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- Embora os critrios de aceitao sejam os mesmos para as duas divises, a diviso 2 no aceita
as limitaes de abrangncia de exames no destrutivos permitidas na diviso 1.
Exemplo: A diviso 2 no admite radriografia parcial (spot) em juntas soldadas.
g) Geral
- A diviso 2 no limita a presso mxima de operao, enquanto a diviso 1 limita em 3.000psi
(212 Kgf/cm2).
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TIPO DE EQUIPAMENTO
ASSUNTO
CONDIES DE OPERAO,
PROJETO E TESTES
NORMA A
CONSULTAR
N-254
ACESSRIOS INTERNOS
N-253 e N-2049
ACESSRIOS EXTERNOS
N-253 e N-2054
VASOS DE PRESSO
BOCAIS
N-253 e N-2012
EM GERAL
N-253 e N-2013
N-253 e N-2014
REQUISITOS DE FABRICAO
N-253 e N-268
REQUISITOS DE MONTAGEM
N-253 e N-269
ESFERAS DE GS
ESPECFICOS
N-1281
PERMUTADORES
ESPECFICOS
N-466
ESPECFICOS
N-1707
ESPECFICOS
N-1552
ESPECFICOS
N-1704
ESPECFICOS
N-1705
ESPECFICOS
N-1706
6. DEFINIES
O apndice 3, do cdigo ASME na seo relativa a vasos de presso apresenta os termos relacionados
com os vasos de presso. A seguir esto descritos os termos mais usuais:
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TMO2 + 30C
TMO
TMinO3
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OBS.: Vasos com possibilidade de operao em condies distintas de operao devem ter inicialmente
suas condies de projeto estabelecidas para cada condio de operao, de acordo com os
parmetros estipulados pela PETROBRS. Posteriormente, ser adotada condio mais
crtica de projeto, a partir das relaes entre a presso de projeto e tenso admissvel na
temperatura de projeto.
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TEMPERATURA
DE PROJETO
( C)
TENSO ADMISSVEL
( o menor valor entre )
ACIMA DE 37O
MOTIVOS DA
LIMITAO
- imprecises no
levantamento das
cargas atuantes.
- heterogeneidades das
propriedades
mecnicas dos
materiais.
reduo da resistncia
mecnica dos materiais
devido ao fenmeno da
fluncia.
TENSO ADMISSVEL
( o menor valor entre )
ACIMA DE 37O
MOTIVOS DA
LIMITAO
- imprecises no
levantamento das
cargas atuantes.
- heterogeneidades das
propriedades
mecnicas dos
materiais.
reduo da resistncia
mecnica dos materiais
devido ao fenmeno da
fluncia.
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LEGENDA :
eM = espessura mnima.
C = sobre espessura para corroso.
A = adio para espessura
comercial e conformao.
eP = espessura de projeto.
eN = espessura nominal.
eM
eP
eN
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Quando no for possvel estabelecer valores confiveis para a taxa de desgaste e o material base for ao
carbono ou baixa liga recomenda-se a utilizao dos valores descritos a seguir em funo da
agressividade do meio:
a) Servios com gua ou hidrocarbonetos: C = 3 mm;
b) Potes de acumulao (botas) para hidrocarbonetos: C = 6 mm;
c) Servios com vapor e ar: C = 1,5 mm;
d) Armazenamento de gases: C = 1,5 mm;
e) Servio com meios aquoso cidos ou alcalinos: C = 6 mm.
A sobre espessura de corroso pode ser dispensada apenas nos casos em que o desgaste por corroso,
eroso ou outro processo for reconhecidamente desprezvel ou for aplicado revestimento interno anticorrosivo ou anti-erosivo. importante lembrar que a sobre espessura de corroso de nada adianta
contra alguns processos de deteriorao que no ocorrem com perda de material, como a corroso
sobtenso, corroso intergranular, fadiga, fluncia, grafitizao, etc.
A espessura mnima calculada usando-se as frmulas do cdigo de construo adotado, adicionada a
sobre espessura de corroso chamada de espessura de projeto ( eP ).
A espessura final adotada para as partes de um vaso de presso, usualmente chamada de espessura
nominal ( eN ), o valor da espessura de projeto adicionado a quantia necessria para compensar as
perdas na conformao e para ajustar a espessura de projeto a uma espessura normal de mercado. Assim,
a espessura nominal sempre ser maior ou igual a espessura de projeto.
6.8.3. PRINCIPAIS FATORES QUE INTERFEREM NO CLCULO DA ESPESSURA
O fator de maior preocupao dos projetistas no clculo da espessura mnima das partes de um vaso de
presso a influncia do estado de tenses ao qual o material ser submetido, na resistncia mecnica
dos materiais. Pois os clculos baseiam-se em informaes determinadas em testes onde os corpos de
prova so carregados unidirecionalmente, como no ensaio de trao, e nas utilizaes prticas os
materiais estaro submetidos a esforos combinados, resultando num estado bi ou triaxial de tenses.
Alm do problema descrito acima o projetista tambm dever considerar outros fatores como:
imprecises no levantamento de todas as cargas atuantes, imprecises quanto a homogeneidade das
propriedades mecnicas do material e os desvios de fabricao em relao ao projeto.
Devido aos problemas e incertezas descritos acima os cdigos de construo utilizam para o clculo da
espessura a tenso admissvel do material com o intuito de garantir que o material trabalhe dentro do
regime elstico e relativamente longe do limite de escoamento (e ). A figura 17 mostra
esquematicamente o descrito.
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margem de segurana
adm
deformao
FIGURA 17 - Relao entre a tenso admissvel usada no clculo da espessura e as propriedades do
material determinadas no ensaio de trao.
6.8.4. TIPOS DE TENSES QUE ATUAM NUM VASO DE PRESSO
As tenses que podem estar atuando nas paredes de um vaso, quando este estiver sobre presso so
classificadas em trs tipos: tenses primrias, secundrias e localizadas. As tenses primrias so,
normalmente, as nicas a serem consideradas no clculo da espessura dos vasos, pela maioria dos
cdigos de construo utilizados, as outras duas so consideradas apenas em casos especficos.
6.8.4.1. TENSES PRIMRIAS
So chamadas de tenses primrias aquelas decorrentes das cargas atuantes nas paredes do vaso e
necessrias para satisfazer a condio de equilbrio esttico entre foras e momentos. Essas tenses
podem ser de trao, compresso ou cizalhamento.
So exemplos de tenses primrias aquelas decorrentes de cargas do tipo: presso interna ou externa,
pesos, ao do vento, etc.
As tenses primrias normais podem ser de membrana ou de flexo. A tenso de membrana a
componente da tenso primria mais significativa e supostamente constante ao longo de toda a espessura
da parede do vaso.
A tenso primria seria igual a tenso de membrana se a espessura de parede fosse nula, como a
espessura no nula teremos como tenso primria a soma das tenses membrana e flexo.
A tenso de membrana devido apenas a presso interna ser sempre uma trao, porque a parede do vaso
tende a aumentar de dimenso. As tenses de flexo aparecem porque o raio de curvatura da parede
aumenta, como conseqncia da presso interna. A tenso de flexo varia ao longo da espessura de
parede, sendo mxima de trao na superfcie interna e mxima de compresso na superfcie externa.
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Assim, a tenso primria resultante na superfcie interna ser a tenso de membrana mais a tenso de
flexo e na superfcie externa a tenso de membrana menos a tenso de flexo. As tenses de flexo
sero tanto maiores quanto maior for a espessura do vaso. Quando o dimetro do vaso for muito maior
do que a espessura , as tenses de flexo sero pequenas e podem ser desconsideradas na determinao
da tenso resultante.
6.8.4.2. TENSES SECUNDRIAS
As tenses secundrias so aquelas resultantes no de cargas aplicadas, mas devido as restries
geomtricas do prprio vaso, ou devido a restries causadas por estruturas ligadas ao vaso. Essas
tenses so conseqncia dos vasos no serem livres para se deformar ou dilatar.
tenso
circunferncial
espessura
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tenses circunfernciais
devido a presso interna
tenses longitudinais
devido a presso interna
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t=
P.R
SE 0,6.P
ou
P=
S. E. t
R + 0,6. t
t=
P.R
2SE + 0,4.P
ou
P=
2S. E. t
R 0,4. t
0,5.R
ou
P 0,385.S.E
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A espessura mnima requerida ou a Presso Mxima de Trabalho Admissvel (PMTA) deve ser a
MAIOR das espessuras ou a MENOR das presses calculadas utilizando a frmula a seguir:
Espessura mnima requerida
t=
P.R
2SE 0,2.P
ou
P=
2. S. E. t
R + 0,2. t
t=
ONDE:
P. D. K
2. S. E 0,2. P
P=
ou
2
1 D
K = . 2 +
6 2. h
2.S. E. t
D. K + 0,2. t
D
= 2 e K = 1,00
2h
Valores de K
D/2h
K
3,0
1,83
D/2h
K
1,9
0,93
1,8
0,87
1,7
0,81
1,6
0,76
1,5
0,71
1,4
0,66
1,3
0,61
1,2
0,57
1,1
0,53
2,1
1,07
1,0
0,50
2,0
1,00
Pgina: 37 de 268
t
h
D
TAMPO ELPTICO
0,885. P. L
S. E 0,1. P
ou
P. L. M
2. S. E 0,2. P
ou
t=
t=
P=
t. S. E
0,885. L + 0,1. t
P=
PARA r 0,006 L
2. S. E. t
L. M + 0,2. t
PARA DEMAIS
VALORES DE r
M=
ONDE:
1
L
. 3 +
4
r
OBS. No
Valores de M
L/r
M
1,00
1,00
L/r
M
L/r
M
4,00
1,25
9,50
1,52
4,50
1,28
10,00
1,54
5,00
1,31
10,50
1,56
5,50
1,34
11,00
1,58
6,00
1,36
11,50
1,60
6,50
1,39
12,00
1,62
7,00
1,41
13,00
1,65
7,50
1,44
14,00
1,69
8,00
146
15,00
1,72
3,25
1,20
3,50
1,22
8,50
1,48
16,00
1,75
9,0
1,50
16,66
1,77
Pgina: 38 de 268
L
r
TAMPO TOROESFRICO
6.8.7. ESPESSURA MNIMA REQUERIDA ( eM da figura 16 )
O pargrafo UG 16 (b) do cdigo ASME seo VIII diviso 1 estabelece que a espessura mnima
adotada para as partes de um vaso de presso, aps sua produo final, deve ser MAIOR OU IGUAL a
1,6 mm., sem considerar o valor da sobre espessura de corroso, com as seguintes excees:
a) essa espessura no se aplica a espelhos de trocadores de calor;
b) essa espessura no se aplica a tubulaes internas ou externas ao vaso;
c) para tubules de caldeira ou coletores de caldeira no sujeitos a chama a espessura mnima de 6,4
mm, sem considerar a sobre espessura de corroso.
d) para os vasos em servio com ar comprimido, vapor ou gua a espessura mnima de 2,4 mm, sem
considerar a sobre espessura de corroso.
O pargrafo UG 22 do cdigo ASME seo VIII diviso 1, estabelece que no clculo da espessura
mnima requerida para as partes de um vaso de presso devem ser considerados os seguintes
carregamentos:
a) presso de projeto interna ou externa do vaso;
b) peso do vaso nas condies normais de operao ou condies de teste;
c) reaes estticas de outros equipamentos, tubulaes ou estruturas ligadas ao vaso;
d) a existncia de internos no vaso e o tipo de apoio ou suportao adotada;
e) a possibilidade do vaso ou seus bocais estarem sujeitos a carregamento cclico;
f) ao do vento;
g) reaes de impacto devido a choque de fludos;
h) gradientes de temperatura e diferencial trmico de expanso.
Devido a essas exigncias do cdigo e com o intuito de facilitar a definio da espessura mnima
estrutural os projetista adotam como valor mnimo o maior valor entre 4,0 mm e o calculado pela
expresso matemtica: e = 2,5 + 0,001.Di + C
ONDE: e = espessura mnima estrutural, em mm.
Di = dimetro interno da parte considerada, em mm.
C = sobre espessura de corroso da parte considerada, em mm.
Para vasos de pequeno dimetro ou presses de projeto muito baixas a espessura mnima calculada
devido a presso interna ou externa so menores que o valor obtido com o critrio descrito acima.
Assim, por facilidade, muitas vezes adotado o valor da espessura mnima estrutural como espessura
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mnima requerida para o vaso. Isso poderia ser evitado com a utilizao de reforos localizados apenas
nas regies do vaso onde necessrio.
6.8.8. EXEMPLO DE APLICAO
Determinar a espessura mnima requerida e a PMTA na condio corroda e quente para um vaso de
presso com 60.000 horas de operao, considerando os dados descritos a seguir.
- Vaso horizontal suportado por dois beros.
- Dimetro interno = 2.000 mm.
- CET = 8.000 mm.
- Tampos toresfricos com L/r = 16,66 e L = 1.200 mm.
- Material do casco e tampos = ASTM A 516 gr. 60.
- Espessura atual: - casco = 30 mm. e tampos = 32 mm.
- Sobre espessura de corroso = 3 mm.
- Cdigo de construo: ASME seo VIII diviso 1.
- Radiografia total
- Servio: Tambor de topo da torre fracionadora
- Presso de projeto = 20 Kgf/cm2.
- Temperatura de projeto = 300o C.
OBS. A resoluo ser feita durante a exposio.
7. MATERIAIS
7.1. INTRODUO
Os fatores, normalmente, a serem considerados na escolha do material para a fabricao de um vaso de
presso, so principalmente os seguintes: resistncia mecnica, deteriorao, s condies
operacionais, facilidades de manuteno e fabricao e condies de mercado.
Entretanto, o material mais comumente empregado na construo dos vasos de presso o ao carbono,
sendo tambm utilizados aos liga, inoxidveis e outros materiais quando se precisa maior resistncia
mecnica, ou maior resistncia deteriorao, ou em condices extremas de temperatura (altas e
baixas).
Segundo a Norma Petrobrs N-253, como regra geral, so admitidos os materiais constantes nas normas
ASME Seo II (partes A, B e C) e Seo VIII. Entretanto, so aceitos materiais equivalentes aos da
norma ASME, quando de sociedades de normalizao reconhecidas internacionalmente (BS, DIN, JIS
etc).
Independentemente dos limites de temperatura, para cada material, estabelecidos em outros cdigos, a
Petrobrs estabelece seus prprios limites na Norma N-253 (tabela 6). Para as partes pressurizadas, os
limites so em funo da resistncia mecnica, enquanto que, para as partes no pressurizadas, esto
baseadas na temperatura de escamao do material (scaling temperature).
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TEMPERATURA LIMITE DE
UTILIZAO (C)
MATERIAL
AO CARBONO DE QUALIDADE
ESTRUTURAL.
AO CARBONO NO ACALMADO.
AO CARBONO ACALMADO COM Si.
AO LIGA COM Mo.
AO LIGA 1 Cr + Mo.
AO LIGA 2 Cr + 1 Mo.
AO LIGA 5 Cr + Mo.
AO INOXIDVEL : 405, 410, 410S. (3)
AO INOXIDVEL : 304, 316. (1) e (2)
AO INOXIDVEL : 304L, 316L.
AO INOXIDVEL : 310. (2)
PARTES
PRESSURIZADAS
150
PARTES NO
PRESSURIZADAS
530
400
450
500
530
530
480
480
600
400
600
530
530
530
530
570
600
600
800
800
1100
7.2.1. AO CARBONO
O ao carbono o material mais usado na fabricao dos vasos de presso. Suas propriedade so
influnciadas pela: composio qumica; mtodo de produo; tipo, forma e quantidade de impurezas; e
condies de projeto.
O elemento qumico que mais influe nas propriedades do ao carbono o carbono, por isso o ao leva
seu nome, como identificao. A influncia do teor de carbono e/ou outros elementos qumicos costuma
ser medida por uma varivel chamada CARBONO EQUIVALENTE ( Ceq ), determinada pela
expresso matemtica abaixo, conforme recomendao do The Welding Institute.
Ceq = %C + (%Mn) / 6 + (%Cr + %Mo + %V) / 5 + (%Ni + %Cu) / 15
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7.2.2. Ao Liga
aos acalmados = so aos com menos bolhas devido a adio de Si e/ou Al, que alm de removerem o oxignio do ao
lquido, tambm atuam como refinadores de gro.
5
GRAFITIZAO = a reao de separao do carbono da cementita para a forma de carbono graftico que ocorre aps
longa exposio do ao carbono em temperaturas acima de 420C.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
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Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
Denomina-se ao liga a todo ao que possue qualquer quantidade de outros elementos qumicos, alm
dos normalmente existentes, na composio qumica de um ao carbono6. Dependendo da soma dos
elementos de liga presentes na composio qumica do ao, estes so classificados como mostra a tabela
7.
SOMA DOS ELEMENTOS
DE LIGA ( em % )
at 5
de 5 a 10
acima de 10
CLASSIFICAO DO AO
BAIXA LIGA
MDIA LIGA
ALTA LIGA
MICROESTRUTURA
AUSTENTICA
FERRTICA
MARTENSTICA
ELEMENTOS QUMICOS
Cr + Ni
Cr + Al
Cr
A composio qumica usual do ao carbono : C = 0,008 a 2,06% ; P = 0,04 a 0,10% ; S = at 0,06% ; Mn = 0,25 a 1,0% ;
Si=0,05 a 0,3%; Al,H,O,N = traos.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
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Aos inoxidveis austenticos estabilizados so aos que contm na sua composio qumica Ti, Nb ou Ta, ou ambos, com a
finalidade de precipitarem carbonetos com maior ponto de solubilizao do que os carbonetos de cromo.
8
SENSITIZAO a precipitao de carbonetos de cromo que ocorrem em aos com mais do que 12% de cromo quando
expostos a temperaturas na faixa de 450C a 850C.
9
Monel = liga Ni/Cu, com aproximadamente 67% de Ni e 32% de Cu que alta resistncia corroso em meios cidos fortes,
como o cido clordrico e o fluordrico.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
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Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
7.4. DIMENSES
Devem ser adotadas de preferncia, como espessuras nominais (comerciais) os seguintes valores, em
milmetros: 4,75 - 6,30 - 8,00 - 9,50 - 11,20 - 12,50 - 14,00 - 16,00 - 17,50 19,00 - 20,60 - 22,40 - 23,60
- 25,00 - 28,60 - 31,50 - 34,90 - 37,50 - 41,30 - 44,40 - 47,40 - 47,50 - 50,0.
Para espessuras superiores a 50,0 mm devem ser adotados valores inteiros em milmetros.
As tolerncias de fornecimento das chapas no precisam ser consideradas, desde que as chapas estejam
de acordo com as normas ASTM A-20 e PB-35.
Para tampos abaulados e outras peas prensadas ou conformadas, deve ser previsto um adequado
acrscimo na espessura, para compensar a perda de espessura na prensagem ou conformao, de forma
que a espessura final da pea acabada tenha, no mnimo, o valor desejado. A tabela 9 mostra as redues
de espessura adotadas por um fabricante nacional de tampos (EICA).
ESPESSURA DA CHAPA A
SER CONFORMADA ( mm )
6,35
8,0
9,5
12,7
15,8
19,0
22,0
25,4
31,8
38,0
REDUO NA ESPESSURA
APS CONFORMAO (mm )
2,0
2,3
2,3
2,5
2,8
3,0
3,2
3,8
4,0
4,5
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lidade, dois fatores de grande influncia em nas propriedades mecnicas de uma junta soldada.(tabela
10).
CLASSIFICAO
DO METAL BASE
GRUPO P
(P NUMBER)
GRUPO G
(G NUMBER)
CARACTERSTICAS
PRINCIPAIS
METAIS BASE QUE TEM A
MESMA SOLDABILIDADE E
PROPRIEDADES
MECNICAS
SIMILARES NUMA JUNTA DE
SOLDA HOMOGNEA.
METAIS BASE DO MESMO
GRUPO P COM RESISTNCIA AO
ENSAIO CHARPY DIFERENTES
APS SOLDA HOMOGNEA.
UTILIZAO
BSICA
QUALIFICAO DE
PROCEDIMENTOS DE
SOLDAGEM.
QUALFICAO DE
PROCEDIMENTOS DE
SOLDAGEM, COM
EXIGNCIAS DE
IMPACTO.
(ENSAIO CHARPY)
CARACTERSTICAS
PRINCIPAIS
COMPOSIO QUMICA
DO METAL DEPOSITADO
SIMILARES.
HABILIDADE REQUERIDA
NO MANUSEIO DO
CONSUMVEL SIMILARES.
UTILIZAO
BSICA
QUALIFICAO DOS
PROCEDIMENTOS DE
SOLDAGEM.
QUALIFICAO DE
SOLDADORES E
OPERADOES DE SOLDA.
8. REVESTIMENTOS
Devido a necessidade da disponibilidade de materiais que possuam ao mesmo tempo boas resistncias
mecnica e ao desgaste, em muitas aplicaes, mais econmico a utilizao de materiais revestidos. A
filosofia em se optar por materiais revestidos, a reduo do custo pela utilizao de um material menos
nobre, como metal resistente, unindo a superfcie deste, que ficar exposta ao meio agressivo, outro
material de baixa espessura, apenas com a finalidade de evitar o desgaste superficial.
Dependendo da superfcie revestida do material em relao ao equipamento, o revestimento
classificado em interno, quando a superfcie revestida est voltada para o interior do equipamento ou
externo, quando estiver voltada para fora do equipamento.
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A tabela 12 mostra uma classificao dos revestimentos usados em vasos de presso, considerando
apenas o tipo de desgaste que se deseja evitar.
TIPO DE DESGASTE
CLASSIFICAO DO
REVESTIMENTO
CORROSO
EROSO
POR TEMPERATURA
ANTICORROSIVO
ANTIEROSIVO
REFRATRIOS
TIPO DE REVESTIMENTO
MAIS USUAL EM VASOS DE
PRESSO
METLICO
NO METLICO
NO METLICO
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CLASSIFICAO DO
REVESTIMENTO
TIPO DE
REVESTIMENTO
METLICO
CLAD
LINING
PLSTICO
OU ELASTMEROS
CONCRETOS
OU REFRATRIOS
PINTURA
MTODO DE
APLICAO
LAMINAO OU
EXPLOSO
TIRAS
SOLDADAS
(FIGURA 20 )
LIGAO AO
SUBSTRATO
TOTAL
MUITO PEQUENA
CRIAO DE PEQUENAS ZONAS
DE LIGAO COM FUSO DO
METAL BASE
PARCIAL
METLICO
NO
METLICO
NO
METLICO
NO
METLICO
DEPSITO
CONTNUO DE
SOLDA
PULVERIZAO
A PISTOLA E
CURA A QUENTE
PINOS,
GRAMPOS,
TELAS OU
AMBOS.
REAO
QUMICA
TOTAL
TOTAL
DESPREZVEL
PARCIAL
TOTAL
NENHUMA
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MONEL
AT 60
CHUMBO
APLICAO
rea classificada uma rea onde possvel ocorrer vazamento de produtos que podem entrar em ignio espontnea, na
temperatrura ambiente.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
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Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
dos suportes ou esruturas. O fire-proof isola o matrial por um curto perodo de tempo, enquanto so
tomadas providncias de combate ao incncido. Seu mtodo de aplicao o mesmo utilizado por
qualquer outro concreto simples (figura 23).
CLASSIFICAO
DO CONCRETO
VELOCIDADE
DO FLUXO
TIPO DE
CAMADA
BAIXA
EXTERNA
MDIA OU
ALTA
EXTERNA
MTODO DE APLICAO
PINOS OU GRAMPOS
TOTALMENTE COBERTOS
(FIGURA 20)
SIMPLES
TELA HEXAGONAL
(FIGURA 21)
PINOS OU GRAMPOS
TOTALMENTE COBERTOS
(FIGURA 20)
INTERNA
DUPLO
QUALQUER
EXTERNA
TELA HEXAGONAL
(FIGURA 21)
CLAD EM
TESTE
CORPO DE PROVA
a
19,1
25,4
W
63,5
19,1
76,2
CLAD REMOVIDO
63,5
63,5
t + 0,127
BLOCOS DE CISALHAMENTO
OBS. 1. t = T - a
2. a = 3,18 mx.
3. w = 1,5 a.
4. todas as medidas esto em milmetros.
5. a = espessura do clad a ser testado.
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CONCRETO REFRATRIO
PINOS DE ANCORAGEM
75
CASCO DO VASO
32
6
45o
ESPESSURA DO
CONCRETO
5
16
TELA HEXAGONAL
METAL BASE
DETALHE DA TELA HEXAGONAL
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ESPESSURA DA
CAMADA INTERNA
DE CONCRETO
TELA HEXAGONAL
PINO DE CABEA
RETANGULAR
9. JUNTAS SOLDADAS
9.1. TIPOS DE JUNTAS
A escolha da junta soldada a ser usada na fabricao ou montagem de um vaso de presso depende
basicamente dos seguintes fatores:
a) Resistncia mecnica esperada da junta soldada em relao a resistncia do metal de base (eficincia
de junta).
b) Condies operacionais: juntas que sero expostas a fluidos que provoquem corroso ou eroso,
depois de soldadas, no podem conter irregularidades, frestas ou outros problemas que facilitem a
deteriorao da solda.
c) Grau de restrio: o tipo de junta pode ajudar a minimizar as distores e a ocorrncia de trincas
devido as contraes da solda.
d) Facilidade de soldagem: algumas juntas esto limitadas pelo acesso.
e) Dimenses do metal soldado: pequenas aberturas de raiz e pequenos ngulos requerem menor
deposio de metal, mas a eficincia de junta deve ser respeitada.
f) Tipo de carregamento: certos tipos de juntas so adequadas apenas para tenses aplicadas numa nica
direo. Similarmente, tenses estticas e dinmicas exigem juntas diferentes.
Esses fatores apresentados acima, so suficiente para mostrar a responsabilidade e a dificuldade na
escolha do tipo de junta
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
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Segundo a seo VIII do cdigo ASME os tipos de juntas mais comuns em vasos de presso so:
JUNTAS DE TOPO
De maneira geral, o tipo de junta mais usual quando a principal necessidade resistncia mecnica.
Entretanto, exigem maior deposio de metal, o que pode acarretar maiores problemas devido as tenses
de contrao, bem como, maior custo.
JUNTAS SOBREPOSTAS
As juntas sobrepostas so unidas por soldas de filete e/ou, soldas "plug", por isso tem menor volume de
metal depositado do que as juntas de topo. Assim, so preferidas por motivos econmicos e de
facilidade de preparao, quando e onde o cdigo utilizado permitir.
A figura 26 mostra os tipos de juntas mais recomendados pelo cdigo ASME, para as soldas de unio
casco/calotas.
atracao de bocais, bocas de visita, suportes e acessrios num vaso de presso exige tipos de juntas
diferentes que devem ser analisadas separadamente. A figura 27 mostra exemplos de juntas deste tipo
aceitas pela seo VIII do cdigo ASME.
OBS.:1. A distncia entre duas soldas, em qualquer caso, no deve ser menor do que 4 vezes a espessura
da chapa mais fina, com o mnimo de 30 milmetros.
2. Todas as soldas submetidas aos esforos de presso, no casco e nos tampos, devem ser de topo,
com penetrao total, feitas pelos dois lados e radiogrveis. Quando a solda interna for
impraticvel, pode ser feita apenas a externa, adotando-se um procedimento que garanta a
qualidade da raiz da solda.
9.2. EFICINCIA DE JUNTA (E)
A Norma Brasileira (NB-109), define eficincia de junta como o cociente entre as resistncias trao
do metal depositado e metal base, ou seja,
EFICINCIA
DE
=
JUNTA
O cdigo ASME, usa o termo eficincia de junta para definir o grau de inspeo a ser adotado aps
soldagem, levando em considerao o tipo de junta adotada. Essa correlao est definia no pargrafo
UW-12 da seo VIII e resumida na tabela 16.
Obs.: Segundo a Norma Petrobrs, para qualquer vaso de presso obrigatrio que todas as juntas
soldadas do casco e tampos tenham pelo menos inspeo radiogrfica por amostragem (spot),
no sendo admitidas soldas no radiografadas, mesmo nos casos em que o cdigo de construo
permita.
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FIGURA 26 - Juntas soldadas aceitas pelo cdigo ASME para unies casco/casco ou casco/calotas.
MATA JUNTA
MATA JUNTA
JUNTA DE TOPO COM PENETRAO
TOTAL E MATA JUNTA .
FIGURA 27 - Juntas soldadas aceitas pelo cdigo ASME para a atracao de bocais.
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TIPO DE JUNTA
LIMITAES
CATEGO
RIA DE
JUNTA
GRAU DO EXAME
RADIOGRFICO
TOTAL
SPOT
SEM
A,B,C, e
D
1,00
0,85
0,70
A, B, C e
D
0,90
0,80
0,65
A, B e C
NA
NA
0,60
A
BeC
NA
NA
0,55
NA
NA
0,50
NA
NA
0,45
AeB
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C
A
C
A
D
D
D
A
B
B
A
D
FIGURA 28 - Categorias de junta, conforme o cdigo ASME.
Analisando a figura 28 podemos fazer uma correlao entre tipo e categoria de juntas soldadas num vaso
de presso, como mostra a tabela 17.
CATEGORIA
DE JUNTA
B
C
D
TIPO DE JUNTA
1.TODAS AS LONGITUDINAIS
2.TODAS DAS ESFERAS
3.CIRCUNFERNCIAIS CASCO/CALOTAS
QUANDO ANTES DA LINHA DE TANGNCIA
1. CIRCUNFERENCIAIS DA PARTE CILINDRICA
2. CIRCUNFERENCIAIS CASCO/CALOTAS APS
A LINHA DE TANGNCIA
CIRCUNFERNCIAIS BOCAIS/FLANGES
UNIO CASCO/BOCAL
RESISTNCIA
MECNICA
DESEJADA
MAIOR
MENOR
TABELA 17 - Correlao entre categoria de junta e tipo de junta, conforme o cdigo ASME.
O agrupamento de tipos de junta e seu correlao com a categoria de junta feito pelo cdigo visa o
seguinte:
- Agrupar juntas com exigncias de tenso similares quando o vaso estiver em operao;
- Generalizar exigncias cujo estado de tenses tenham influncia;
- Definir exigncias mnimas por grupos de juntas;
- Definir uma eficincia de junta mnima, em funo da extenso de solda radiografada.
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TOTAL
PARCIAL
POR
AMOSTRAGEM
TODA A
JUNTA
150 mm + AS
INTERSECES COM
JUNTAS DE
CATEGORIA
A
UW-52
CRITRIO DE
ACEITAO
DA
RADIOGRAFIA
TOPO
UW-51
TOPO
UW-51
TOPO E
NGULO
UW-52
USO OBRIGATRIO EM
1.ARMAZENAMENTO DE
SUBSTNCIAS LETAIS
2.QUANDO EXIGIDO PELA
TAB.UCS-5711
3.PRESSO DE PROJETO ACIMA
DE 345 Kpa
4.QUANDO EXIGIDO PELA TAB.
UW-12 (tabela 16)
1.JUNTAS DE CATEGORIA B,C e D
2.BOCAIS COM DIMETRO
ACIMA DE 10 mm OU
ESPESSURA ACIMA DE 20 mm
TIPO DE CHANFRO
Os tens que mais interferem na definio do tipo de chanfro a ser empregado numa junta soldada so:
- ACESSO AO LOCAL PARA A EXECUO DA SOLDA;
- PROCESSO DE SOLDAGEM MAIS ADEQUADO;
- ESPESSURA DA JUNTA;
- PENETRAO DESEJADA (total ou parcial).
11
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CARACTERSTICAS DO CONSUMVEL
Lembrando que uma junta soldada deve ser o mais homognea possvel ao metal base, pode-se dizer que
os fatores que melhor caracterizam a escolha de um consumvel so:
- Composio qumica;
- Resistncia mecnica desejada.
*
EFICINCIA DE JUNTA
Toda junta soldada est sujeita a um estado de tenses que pode ser considerado como a soma das
tenses introduzidas pelo processo e vriveis de soldagem utilizados, peso prprio, carga do vento e
condies operacionais. Considerando que, com exceo desta ltima sitada, as demais tenses so
aproximadamente iguais em todas as juntas soldadas, podemos concluir que as soldas mais solicitadas
sero as longitudinais, pois quando o vaso estiver pressurizado as tenses circunferenciais sero
aproximadamente o dobro das longitudinais, como mostra a figura 29.
LONG..
CIRC.
CIRC.
LONG CIRC.
LONG..
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LONG..
CIRC.
CIRC.
LONG CIRC.
LONG..
OBS. AS TENSES CIRCUNFERENCIAIS E LONGITUDINAIS DE UMA
ESFERA SO AS TENSES CIRCUNFERENCIAIS DE UM
CILINDRO.
Essas constataes nos levam a melhor entender ao agrupamento de juntas soldadas que o ASME utiliza
quando define as juntas de mesma categoria e as exigncias de radiografia, alm de alertar o inspetor
quanto a possibilidade de defeitos em soldas que so mais solicitadas.
NMERO P DE
CLASSIFICAO
DO MATERIAL
NMERO DO GRUPO
DE CLASSIFICAO
DO MATERIAL
1
3
4
5
9A
9B
10A
10B
10C
10F
1,2 e 3
1,2 e 3
1e2
1e2
1
1
1
2
1
6
ESPESSURA NOMINAL
ACIMA DA QUAL EXIGIDO
RADIOGRAFIA TOTAL DA
JUNTA SOLDADA ( mm )
31,7
19
15,8
0
15,8
15,8
19
15,8
15,8
19
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PARTE 2
ASSUNTO
PGINA
1. INSPEO DE FABRICAO....................................................................
01
04
15
4. EMISSO ACSTICA..................................................................................
20
5. RPLICA METALOGRFICA.....................................................................
25
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1. INSPEO DE FABRICAO
1.1. INTRODUO
Para possibilitar o atendimento dos requisitos aos cdigos de construo necessrio a preparao de
uma mo de obra especializada, com condies de exercer as funes de fiscalizao dos procedimentos
de fabricao e garantir a qualidade do produto.
Os novos conceitos guiados pelas tcnicas da garantia da qualidade fazem com que essa mo de obra
assuma uma importncia vital para a sobrevivncia de qualquer industria.
Incentivado pelos cdigos de construo, que especificam exigncias relativas a fabricao e montagem,
muitos fabricantes tambm executam a montagem de seus produtos nas dependncias do cliente,
seguindo a conhecida expresso do poo ao posto , de maneira a garantir seu produto e a satisfao do
cliente. Outros preferem passar a outra empresa especializada a etapa de montagem de seu produto nas
dependncias do cliente, num trabalho de parceria, sendo que ambos passam a ser responsveis pelo
produto entregue.
A etapa de montagem do produto, nas dependncias do cliente, deve ser considerada como uma
extenso da fabricao, a menos dos equipamentos que saem da fbrica prontos e testados
definitivamente. Nesses casos, a montagem no cliente fica resumida as exigncias de transporte,
confeco de base adequada e iamento de carga.
A palavra montagem aqui aplicada refere-se apenas ao equipamento produzido e no a montagem de
unidades, onde outros cdigos de construo especficos so aplicados, como os cdigos ANSI, API,
etc. Portanto, quando se fala em inspeo de montagem deve se ter cuidado em no confundir conceitos.
A inspeo de montagem tratada nesse curso, refere-se apenas a instalao de um vaso de presso nas
dependncias do cliente, cujos os requisitos a serem atendidos so os especificados nos cdigos de
construo dos vasos de presso.
Os tcnicos treinados para executar as atividades descritas acima so chamados de INSPETORES.
Dependendo das caractersticas e tamanho da empresa, os inspetores dividem algumas das tarefas
descritas com os supervisores de fabricao e montagem, ficando com os inspetores apenas a funo de
garantir a qualidade do produto.
Com a finalidade de auditar a qualidade do equipamento que ser fabricado, so realizadas inspees
periodicamente pelo cliente, ou pessoa por ele abilitada, nas instalaes da empresa contratada para o
fornecimento do equipamento. Estas inspees devem ser executadas desde a fase de projeto at a
liberao do equipamento, verificando-se todos os passos que constituem a fabricao de um vaso de
presso.
Alm da inspeo feita pelo cliente, o fabricante deve ter um plano de acompanhamento da fabricao,
de maneira a garantir a qualidade do seu produto, bem como, a rastreabilidade dos materiais empregados
na fabricao. Este plano de inspeo deve ser previamente aprovado pelo cliente, e contem, no mnimo
as seguintes informaes: todas as etapas da fabricao, os procedimento que sero utilizados, o
executante de cada tarefa e os chamados PONTOS DE ESPERA, pontos em que o processo de
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fabricao no pode prosseguir sem que as etapas anteriores sejam aprovadas pelo cliente ou fabricante,
conforme estipulado na aprovao do plano.
1.2. FASES
Considerando as caractersticas da inspeo a ser realizada e o conhecimento que o inspetor deve ter a
inspeo de fabricao pode ser dividida em trs fases, como descrito a seguir:
1a FASE: NESSA FASE O PROJETO EST CONCLUDO E O FABRICANTE EST SE
PREPARANDO PARA INICIAR A FABRICAO.
As principais atribuies do inspetor nessa fase so :
- Verificar se todos os desenhos de fabricao esto aprovados pelo cliente;
- Verificar a conformidade da matria prima e consumveis a serem utilizados, com seus respectivos
certificados de composio qumica e propriedades mecnicas;
- Aprovar os planos de fabricao e inspeo apresentaos pelo fabricante, definindo os pontos de
espera.
- Aprovar, certificar ou verificar a adequabilidade da qualificao dos procedimentos de soldagem,
execuo e exames no destrutivos a serem empregados;
- Aprovar, certificar ou verificar a qualificao da mo de obra a ser usada para a soldagem,
montagem, inspeo e exames no destrutivos previstos no plano de fabricao aprovado.
Essa fase exige do inspetor um bom conhecimento dos cdigos de construo e exames destrutivos
mais usuais como: trao, dobramento, charpy, etc.
2a FASE: ESSA FASE CARACTERIZA-SE PELAS ATIVIDADES LIGADAS AO
ACOMPANHAMENTO DOS SERVIOS DE PR-MONTAGEM E PREPARAO DE
PARTES ISOLADAMENTE.
As principais atribuies do inspetor so :
Verificao dimensional das partes a serem conformadas;
Verificao dimensional da preparao das juntas antes da soldagem;
Inspeo das juntas soldadas.
Essa fase exige do inspetor um bom conhecimento dos cdigos de construo, exames no
destrutivos e verificaes dimensionais.
3a FASE: COM O EQUIPAMENTO PRONTO AS ATIVIDADES DE INSPEO ESTARO
DIRIGIDAS, PARA :
- Verificao de todas as dimenses do equipamento, como : localizao de acessrios, ovalizaes,
comprimento, etc.;
- Acompanhamento dos testes estruturais e de estanqueidade;
- Verificao de toda a documentao que deve acompanhar o equipamento.
Essa fase exige do inspetor um bom conhecimento dos cdigos de construo, tolerncias
dimensionais de montagem, testes e anlise de documentos.
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Possuir autorizao do comit ASME para a fabricao de caldeiras e vasos de presso (selo
ASME).
2. Ter disposio todos os desenhos e clculos do vaso.
3. Identificar todos os materiais que sero usados na fabricao do vaso, inclusive os consumveis.
4. Ter disposio todos os relatrios e no conformidades geradas durante o projeto e fabricao do
vaso.
5. Permitir acesso ao inspetor do cliente ao local de fabricao do vaso.
6. Comprovar a rastreabilidade da matria-prima utilizada.
7. Consultar e pedir anuncia do cliente quando da execuo de reparos.
8. Ter disposio procedimentos e registros de qualificao dos procedimentos de soldagem
utilizados. ( EPSs e RQPs ).
9. Ter disposio todos os relatrios de inspeo referentes ao vaso.
10. Ter disposio o registro de qualificao de todos os soldadores.
11. Ter disposio o registro ou grfico de todos os tratamentos trmicos realizados, inclusive da
matria-prima.
12. Ter disposio o relatrio de todos os exames no destrutivos realizados, inclusive na matriaprima, quando executado pelo fabricante do vaso.
13. Submeter o vaso a teste hidrosttico, na presena do inspetor do cliente.
14. Ter disposio todas as radiografias das juntas soldadas, que devem fazer parte da documentao a
ser enviada ao cliente junto com o vaso.
O mesmo pargrafo UG-90, tambm relaciona as atribuies mnimas do inspetor do cliente, que esto
relacionadas a seguir de maneira resumida.
1.
2.
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1.4. NOMENCLATURA
A Associao Brasileira de Manuteno (ABRAMAN), recomenda que seja adotada as definies
descritas a seguir, para diferenciar os termos certificao e qualificao de mo de obra.
CERTIFICAO: Atividade executada por entidade autorizada, para determinar, verificar e atestar, por
escrito, a qualificao de profissionais de acordo com requisitos preestabelecidos.
QUALIFICAO: Status dado a uma entidade e/ou profissional que tenha demonstrado capacidade
para atender requisitos especificados.
CERTIFICADO:
Traar os eixos dos tampos para servirem como referncia da verificao das suas curvaturas.
Traar as linhas de tangncia nos tampos para servir como referncia da distncia entre
tangentes.
Nivelar o vaso sobre roletes de maneira a possibilitar sua rotao mantendo o nivelamento.
(esse nivelamento costuma ser feito com o emprego de mangueira dgua).
Verificar a orientao e rotao dos bocais.
Verificar a distncia entre bocais.
Verificar a projeo dos bocais em relao ao lado externo e interno do vaso.
Verificar a elevao dos bocais em relao a linha de tangncia do vaso.
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De todos os itens descritos acima alguns deles precisam ser verificados novamente aps um tempo de
operao, pois as variaes estruturais e de processo inerentes a sucessivas campanhas podem modificlos de maneira a reduzir a estabilidade e/ou a resistncia mecnica projetada para o vaso. Esses itens
esto descritos a seguir :
-
OBS. As modificaes feitas num vaso devem ser inspecionadas, como um novo equipamento.
A inspeo dimensional pode apresentar motivos para discusso e desentendimentos durante o
acompanhamento do processo de fabricao de um vaso de presso. Isto pode acontecer quando as
dimenses encontradas se afastam das previstas nos desenhos de fabricao. Nesta ocasio importante
que estejam estabelecidas com preciso e clareza as tolerncias dimensionais. A simples referncia as
normas, nem sempre satisfatrio ou suficiente, pois dependendo do equipamento:
-
- Em algumas destas normas as tolerncias esto apresentadas de maneira dispersa e pouca objetiva.
A figura 1, tirada da norma Petrobrs N-269 rene as principais tolerncias de montagem em vasos de
presso contidas nas normas citadas acima, bem como inclui algumas tolerncias, que no constam
como obrigatrias no cdigo ASME, mas a empresa considera importante devido as particularidades das
industrias de caldeiraria nacionais.
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LEGENDA DA FIGURA 1:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
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LC
1
LINHA DE TANGNCIA
LINHA DE SOLDA
3
4
15
5
6
7
11
12
LC
17
14
15
LC
19 e 20
16
18
LINHA DE TANGNCIA
21
LINHA DE SOLDA
PLANO DE
REFERNCIA
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b.
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OBS. Quando a seo transversal passar por uma abertura admite-se um aumento, em relao ao valor
anterior, de 2% do dimetro da abertura.
OVALIZAO
DMAX
DMN
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Tolerncias: A folga medida da maneira descrita acima no deve exceder ao valor tirado da figura UG
80.1 do cdigo ASME. (figura 4).
FIGURA 3 - Valor mximo do arco na construo de gabarito para medida da ovalizao em vasos
submetidos a presso externa.( figura UG-29.2 do ASME ).
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AMASSAMENTO
GABARITO
ESPESSURA
GABARITO
MEDIDA DA
FOLGA (FIG.5)
RAIO EXTERNO DO
VASO
2 x ARC
(FIG.3)
CONSTRUO DO GABARITO,
EM GERAL, EM MADEIRA
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FIGURA 5 - Mxima folga admitida na medida da ovalizao de vasos submetidos a presso externa. (
figura UG-80.1 do ASME ).
EXEMPLO 1:
Qual ser a ovalizao mxima para um vaso de presso, construindo pela diviso
1, da seo VIII do cdigo ASME ? Caractersticas do vaso:
dimetro externo = 2,4 m
espessura nominal = 20 mm
L = 5,0 m
Vaso sujeito a presso interna de 20 Kgf/cm2.
Vaso sem anel de reforo.
RESOLUO
Di = 2360 mm.
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EXEMPLO 2: Qual a mxima ovalizao admissvel num vaso construdo conforme a diviso 1 da
seo VIII do cdigo ASME ? Caractersticas do vaso:
dimetro externo = 2,4 m
espessura nominal = 20 mm
L = 5,0 m
Vaso sujeito a vcuo.
Vaso sem anel de reforo.
RESOLUO
1. A mesma limitao do exemplo anterior.
2. Desvio mximo admissvel.
2.1. Clculo do gabarito a ser usado.
-
Da figura5 com: DEXT / ESP = 120 e L / DEXT = 2,1 teremos: E = 0,62 x (ESP) ou
E = 12,4 mm. FOLGA MXIMA ADMISSVEL
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GABARITO PARA
MEDIR PELO LADO
INTERNO
E 0,0125 Di
Di
OBS.
Di = dimetro interno.
De = dimetro externo.
E = folga medida.
E 0,00625 De
De
2.2.4. VERTICALIDADE
a) Para colunas de esferas: como especificado no projeto; caso no haja, adotar o seguinte:
3 mm x [comprimento da coluna, em metros / 3 ] , mas nunca maior do que 10 mm.
b) Para os demais vasos:
b.1. Desvio mximo permitido da perpendicular ao plano de referncia de 1 mm por metro e no
mximo 20 mm.
b.2. Desvio mximo permitido entre soldas horizontais adjacentes de 3 mm.
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2. Chama-se indicao alongada a toda indicao em que a razo ( a/b ) seja superior a 3, onde a
e b devem ser medidos como indicado na figura 7.
a
a/b 3 INDICAO
ARREDONDADA
b
a/b 3 INDICAO
ALONGADA
FIGURA 7 - Medida das dimenses de uma indicao, conforme o cdigo ASME.
3.2.4. Radiogrfico
O mtodo radiogrfico um exame no destrutivo que utiliza raios X ou gama para detectar a presena
de descontinuidades e defeitos superficiais ou sub-superficiais em qualquer material metlico. As
maiores restries para o mtodo radriogrfico so: a segurana humana e peas ou partes de
equipamentos de dimenses complicadas.
Todas as juntas soldadas, a serem radiografadas, devem ser examinadas de acordo com o artigo 2 da
seo V do cdigo ASME.
O critrio a ser empregado dever ser como descrito no pargrafo UW-51, para soldas com requisitos de
exame total, ou UW-52 quando o exame for por amostragem, para vasos projetados pela diviso 1.
Nos vasos projetados pela diviso 2 o exame radiogrfico deve atender aos requisitos do artigo I-5 da
diviso 2.
Conforme prescrito no pargrafo UW-11 do cdigo ASME, as seguintes juntas soldadas devem ter
radiografia total:
a)
Todas as juntas de topo em cascos ou calotas de vasos com substncias letais (gases ou lquidos que
quando inalados, misturados ou no com o ar, so perigosos para a vida);
b) Todas as juntas de topo em cascos ou calotas de vasos em que a espessura nominal for maior ou
igual a 38 mm; ou excederem os valores da tabela UCS-57.( tabela 2 );
c) Todas as juntas de topo em casco ou calotas de caldeiras no sujeitas a fogo, quando a presso de
projeto exceder a 3 Kgf/cm2;
d) Todas as juntas de topo de bocais, carretel de comunicao etc., soldados em casco ou calotas de
vasos em que requerido radiografia total;
e) Conforme requerido na tabela UW 12 (tabela 15 da parte 1)
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
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OBS.: Os vasos que operam com temperatura inferior a - 29 C esto sujeitos a regras adicionais.
NMERO P DE
NMERO DO GRUPO
ESPESSURA NOMINAL ACIMA
CLASSIFICAO DO DE CLASSIFICAO DO DA QUAL EXIGIDO
MATERIAL
MATERIAL
RADIOGRAFIA TOTAL DA
JUNTA SOLDADA ( mm )
1
1,2 e 3
31,7
3
1,2 e 3
19
4
1e2
15,8
5
1e2
0
9A
1
15,8
9B
1
15,8
10A
1
19
10B
2
15,8
10C
1
15,8
10F
6
19
TABELA 2 - Exigncias do cdigo ASME quanto a obrigatoriedade de radiografia total em
juntas soldadas de vasos de presso.
A tabela 3 mostra a diferena entre radiografia total, parcial e por amostragem (spot radiography).
TIPO DE
EXTENSO RADIOGRAFADA
RADIOGRAFIA
TOTAL
TODO A JUNTA SOLDADA
PARCIAL
150 mm + AS INTERSEES COM
SOLDAS DE CATEGORIA A
POR
PRIMEIROS 15 m DE SOLDA + 1
AMOSTRAGEM RADIOGRAFIA A CADA 15 m DE
SOLDA
CRITRIO DE
ACEITAO
CONFORME UW-51
CONFORME UW-51
CONFORME UW-52
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radiografada, exceto quando a distncia entre escria sucessivas seja maior do que 6L, onde L o
comprimento da maior escria do grupo.
d) Indicaes arredondadas que excedem as dimenses da tabela 4.
e) Indicaes arredondadas alinhadas cuja soma de seus maiores tamanhos sejam maiores do que a
espessura radiografada, medidas numa extenso da radiografia de 12 vezes a espessura
radiografada. (figura 8).
f) Grupo de indicaes arredondadas alinhadas cuja soma dos tamanhos de cada grupo sejam maiores
do que a espessura radiografada, medidas numa extenso da radiografia de 12 vezes a espessura
radiografada. (figura 9).
g) Nuvem de indicaes arredondadas, conforme as cartas do apndice 4, da diviso 1, seo VIII do
cdigo ASME.
ESPESSURA
TAMANHO MXIMO
TAMANHO MXIMO DE
RADIOGRAFADA ACEITVEL EM mm
INDICAES NO
(mm)
INDICAO INDICAO RELEVANTES EM mm
ALEATRIA ISOLADA
at 3,2
1/4 t
1/3 t
1/10 t
3,2
0,8
1,1
0,4
4,7
1,2
1,6
0,4
6,4
1,6
2,1
0,4
7,9
2,0
2,6
0,8
9,5
2,3
3,2
0,8
11,1
2,8
3,7
0,8
12,7
3,2
4,1
0,8
14,3
3,6
4,8
0,8
15,9
4,0
5,3
0,8
17,5
4,0
5,8
0,8
19,1 a 50,8
4,0
6,4
0,8
acima de 50,8
4,0
9,5
1,6
OBS. t = espessura mais fina da junta radiografada.
TABELA 4 - Critrio de aceitao de indicaes arredondadas do cdigo ASME.
L1
L3
L4
L5
L2
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L1
3L2
L2
3L3
L3
3L3
L4
Deve ser feita no mnimo uma radiografia a cada 15 metros de solda de cada soldador. Quando dois
ou mais soldadores fazem a mesma solda, essa radiografia vlida para ambos os soldadores.
2. O comprimento mnimo da cada radiografia de 15 cm.
3. Devem ser usados os critrios de aceitao descritos a seguir:
a) Qualquer tipo de trinca, falta de fuso ou de penetrao no so aceitas.
b) Incluses de escria isoladas com comprimento maior do que 2/3 de (e) ou 19 mm, o menor
deles, no so aceitas. (e = espessura da chapa mais fina da junta soldada).
c) Incluses de escria em linha so aceitas se a soma do comprimento de todas elas for inferior a
(e), num comprimento 6 (e) e se as escrias estiverem separadas de no mnimo 3L, onde L o
comprimento da maior escria. (e = espessura da chapa mais fina da junta soldada).
d) Indicaes arredondadas no so fator de rejeio.
4. Reteste:
4.1. Para cada radiografia reprovada devem ser tiradas mais 2 radiografias de no mnimo 15 cm, na
mesma solda da radiografia reprovada.
4.2. Se essas 2 radiografias adicionais, mais a radiografia do reparo efetuado forem aprovadas o
trecho de solda, representado por essas radiografias, tambm est aprovado.
4.3. Se qualquer uma das 2 radiografias adicionais for reprovada, o trecho de solda, representado por
essa radiografia, deve ser totalmente refeito e sujeito a radiografia como uma nova solda.
3.2.5. Ultra-Som
O ultra-som um exame no destrutivo que baseia-se na reflexo de onda, com comprimento acima do
audvel, pode ser utilizado para detectar a presena de descontinuidades e defeitos superficiais ou subsuperficias em qualquer material metlico.
O exame ultra-snico em juntas soldadas, quando requerido ou permitido, deve ser executado de acordo
com o apndice 12, para os vasos projetados pela diviso 1, ou artigo 9-3, nos vasos projetados pela
diviso 2 da seo VIII do ASME.
O critrio de aceitao para exame de ultra-som nos vasos de presso, est descrito no apndice 12 da
diviso 1, seo VIII do cdigo ASME e resumido a seguir.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
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a)
A indicao ser recusada se a amplitude ultrapassar a curva limite e tiver comprimento maior que o
especificado a seguir:
a.1) 6,3 mm para espessuras at 19 mm.
a.2) 1/3 da espessura para espessuras de 19 a 58 mm.
a.3) 19 mm para espessuras maior do que 58 mm.
b) Se tivermos certeza que se tratam de trincas, falta de fuso ou falta de penetrao, a solda estar
condenada, independentemente da extenso da indicao encontrada.
Calibrao do equipamento;
Escala utilizada;
Distncias entre impresso;
Acabamento superficial;
Espessura da pea;
O exame de dureza deve ser conduzido de acordo com o pargrafo 4.1.2. do ASTM E-10 e empregado
aparelho porttil de medio como o telebrinell ou equipamento similar.
Os critrios de aceitao das medidas de dureza devem ser de acordo com as especificaes dos
materiais ou procedimento de soldagem.
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4. EMISSO ACSTICA
4.1. PRINCPIO DO EXAME
Emisso acstica a deteco de ondas mecnicas, emitidas por descontinuidades ou defeitos durante a
sua propagao. Estes sinais so captados por sensores acoplados a pea ou equipamento.(figura 10).
SINAL DETECTADO
MATERIAL
SENSOR
PROCESSADOR
ELETRNICO
FONTE
ONDAS
- SOLICITAO
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j
A
M
P
L
I
T
U
D
E
A
M
P
L
I
T
U
D
E
SINAL CONTNUO
SINAL ABRUPTO
TEMPO
TEMPO
CONECTOR
CONDUTORES ELTRICOS
CARCAA METLICA
AMORTECEDOR
ELETRODO
CRISTAL PIEZOELCTRICO
12
piezoelctrico = fenmeno observado em cristais anistropos nos quais deformaes mecnicas provocam polarizao
eltricas seguindo determinadas direes.
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SOLDA DE
UNIO
ACOPLANTE
SENSOR
VASO
VERTICAL
BARRA DE AO
CARBONO USINADA
ISOLAMENTO TRMICO
DO VASO
Usando uma rejeio da ordem de 18 dB (o valor usual nos exames de emisso acstica de 40 dB,
para evitar rudos ) A localizao do defeito pelas indicaes dos sinais recebidos pelo sensor da
emisso acstica BOA.
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CONCLUSES :
1.
Os sinais produzidos por trincas so de baixa intensidade, por isso sua deteco pelos sensores da
emisso acstica no boa.
2.
3.
A tcnica da emisso acstica boa, mas precisa ter seus parmetros de indicao reavaliados para
terem aplicao em vasos de presso metlicos.
O exame da emisso acstica analisa defeitos dinmicos em materiais carregados, verificando seu
comportamento numa estrutura carregada.
Por que alguns vasos de presso operam muitos anos com uma trinca e nada acontece?
Entre 75 e 82 nos Estados Unidos e Europa foram feitos diversos exames de emisso acstica em
vasos de presso e foram detectadas trincas que nuclearam de defeitos de fabricao e montagem.
Explicaes de Dunegan:
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
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Em corpos de prova a carga aumentada at que a trinca se propague. Enquanto que, em um vaso de
presso, submetido a uma presso interna, a carga bem mais baixa e a trinca vai se propagar apenas se
houver uma intensificao de tenses junto a sua ponta, ou seja, o comportamento do metal, prximo a
ponta da trinca, ter grande interferncia na probabilidade da trinca se propagar.
Caso ocorra uma propagao da trinca, o material ao seu redor ter uma deformao plstica, que
envolve o escorregamento de planos cristalogrficos, este emite sinais de grandes amplitudes.
Concluses :
Os sinais recebidos por um sensor de emisso acstica durante a propagao de uma trinca est
associado ao comportamento do metal ao redor do defeito. Portanto, em corpos de prova onde a
propagao de uma trinca no est associada a grandes deformaes plstica do material ao redor da
ponta da trinca os sinais sero de baixa amplitude e a emisso acstica no dar identificao satisfatria
da propagao de defeito. - CORPOS DE PROVA DE MATERIAIS DCTEIS SO SILENCIOSOS.
Quando o material ao redor do defeito reage de maneira intensificada os sinais emitidos sero de grandes
amplitudes e a propagao do defeito identificada pela emisso acstica. - VASOS DE PRESSO, DE
MATERIAIS DCTEIS, NO SO SILENCIOSOS.
5. RPLICA METALOGRFICA
A metalografia microscpica estuda os produtos metalrgicos, com o auxlio do microscpio, visando a
determinao de seus constituintes e de sua textura. Este estudo feito em superfcies previamente
polidas e, em geral, atacadas por um reativo qumico adequado.
Convm esclarecer que os metais, de um modo geral. so agregados cristalinos cujos cristais
(perfeitamente justapostos e unidos) tanto podem ser quimicamente idnticos, como ser de composio
qumica diferente. Esses cristais chamam-se GROS, em virtude de sua conformao, mas dependendo
de suas formas ou aspectos, podem chamar-se de: ndulos, veios, agulhas, glbulos, etc.
Com o auxlio de uma tcnica apropriada, consegue-se tornar visvel a textura microscpica do material,
pondo-se assim em evidncia os diversos gros de que formado.
A apreciao da natureza destes, suas respectivas percentagens, suas dimenses, arranjo e formato, e a
interpretao desses dados constituem o escopo do exame microgrfico dos metais.
A importncia deste exame decorre do fato de as propriedades mecnicas de um metal dependerem no
s da sua composio qumica como tambm da sua textura. Com efeito, um mesmo ao pode tornar-se
mole, duro, durssimo, quebradio, elstico, tenaz, etc., conforme a textura que apresentar e que lhe pode
ser dada por meio de trabalhos mecnicos ou tratamentos trmicos adequados.
Se por um lado, a anlise qumica revela de que se compe o metal, os exames macro e microgrficos
fornecem preciosas informaes sobre como o metal adquiriu as propriedades que apresenta.
Informaes deste gnero interessam particularmente aos tcnicos quando se precisa executar reparos
em equipamentos ou na anlise da vida residual.
A tcnica de um ensaio microgrfico corrente pode ser dividida nas seguintes fases :
a)
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b) Remoo de uma amostra da regio escolhida, com dimenses suficientes que permitam seu
manuseio durante a preparao.
c) Preparao de uma superfcie plana e polida na amostra removida.
d) Exame ao microscpio para a observao das ocorrncias visveis sem ataque.
e) Ataque da superfcie por um reagente qumico adequado.
f) Exame ao microscpio para a observao da textura do metal.
g) Obteno de documentos que reproduzam e conservem o aspecto observado (fotografia).
A escolha da regio do equipamento onde se deve remover a amostra para o exame microgrfico deve
levar em considerao a homogeneidade do metal. No caso de metal homogneo, a localizao da
amostra indiferente, mas se, no for, o tcnico dever remover vrias amostras para melhor avaliar a
regio pretendida.
Deve ser observado tambm que amostras muito superficiais podem levar o observador a concluses
irreais, pois podem haver deterioraes superficiais como: descarbonetao, encruamento, tempera, etc.
que modificam as propriedades do metal localmente. Nestes casos, os resultados no podem ser
generalizados para toda a espessura do metal.
A anlise da microestrutura dos materiais metlicos utilizados na fabricao de equipamentos e
tubulaes que operam em temperaturas relativamente elevadas, permite a avaliao do seu grau de
envelhecimento o acmulo de danos ou deterioraes, alm de fornecer outras informaes que podem
ver a ser relevantes na avaliao de integridade de um equipamento.
As tcnicas metalogrficas convencionais, como descrito acima, exigem a retirada de amostras dos
materiais e sua preparao em laboratrio, isto , so exames destrutivos. Isto inviabiliza a utilizao
dessas tcnicas em programas de avaliao de integridade, em virtude do grande nmero de regies a
serem observadas em programas deste tipo, e das dificuldades que podem ser encontradas, na
reconstituio da espessura do metal nas regies de retirada das amostras, em caso de envelhecimento,
grandes espessuras, juntas soldadas ou partes conformadas do equipamento.
Tcnicas metalogrficas no destrutivas devem ser aplicadas nesses casos. Essas tcnicas podem ser
classificadas em dois tipos: a metalografia direta com microscpio de campo e a retirada de RPLICAS
METALOGRFICAS. Sempre que possvel esses dois mtodos devem ser utilizados de forma
conjunta, complementando-se.
Em ambos os casos a preparao inicial da superfcie a mesma da metalografia convencional, s que
executada com equipamentos de campo, e consiste no lixamento da regio a ser analisada at a lixa de
mesh 600 e posterior polimento, mecnico ou eletroltico. O ataque executado com reativos normais,
como o Nital 3 (3% HNO3 em lcool) e o Picral 2 (2% cido pcrico em lcool).
No primeiro caso a observao feita diretamente no campo com microscpios de campo e no segundo
um filme de acetato comprimido contra a superfcie a ser analisada (figura 14) e levado para o
laboratrio, onde so feitas as observaes em um microscpio de bancada. A estrutura observada
corresponde a um espelho da estrutura do metal.
Entre as reaes microestruturais que devem ser consideradas, quando o propsito for a avaliao de
integridade, esto :
a) Reaes microestruturais como: precipitaes intergranulares, formao de fases frgeis,
grafitizao, coalescimento de precipitados;
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
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Danos por fadiga trmica na forma de trincas largas, com espessura da ordem de diversos tamanhos
de gro;
d) Danos associados interao com o meio com corroso carbonetao e descarbonetao;
e)
Uma orientao sobre como proceder a escolha dos pontos de observao pode ser encontrada na Prtica
Recomendada ABCM/CTVP-PR:002-C metalografia de campo (projeto).
A utilizao da tcnica de rplica metalogrfica tem se constitudo atualmente numa poderosa
ferramenta de auxlio quando se deseja fazer uma avaliao de integridade de um equipamento,
tubulao ou sistema inteiro de uma planta industrial. Um exemplo disso o trabalho A utilizao
industrial de tcnicas de metalografia no destrutiva aplicadas avaliao de integridade, desenvolvido
pelos tcnicos do SEIEQ da Refinaria Presidente Bernardes de Cubato durante avaliao de um
sistema de gerao de vapor, onde foram avaliados todos os componentes de uma caldeira de alta
presso e suas tubulaes de interligao com as unidades consumidoras de vapor da refinaria. (o
trabalho est no anexo de trabalhos desta apostila).
LOCAL DE RETIRADA DA
AMOSTRA
TRINCA
CARBONETOS
TRINCA
FIGURA 14 - Esquema da retirada uma amostra para rplica metalogrfica de um vaso de presso.
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PARTE 3
ASSUNTO
PGINA
1. TENSES RESIDUAIS.................................................................................
01
05
08
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1. TENSES RESIDUAIS
1.1. CONCEITO
Tenses residuais so as tenses que permanecem numa pea ou estrutura aps a remoo de toda
solicitao sobre a mesma.
As tenses residuais podem ser originadas de duas maneiras : quando uma pea ou parte de um material
trabalhado a frio, ou devido a um aquecimento localizado, numa temperatura suficientemente alta para
provocar grandes dilataes no metal. Para o ao carbono essa temperatura da ordem de 500 C. (a
pea fica avermelhada).
As tenses residuais so uma conseqncia das restries impostas a dilatao e contrao do metal
aquecido. As figuras 1 e 2 mostram exemplos tpicos da introduo de tenses residuais em peas
devido ao aquecimento.
FRIO
A
B
AQUECIDO
RESFRIADO
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A
B
FRIO
FURO NO
BLOCO A
AQUECIDO
RESFRIANDO
SERRADO
B = PARTE IMAGINRIA DE
A QUE SER AQUECIDA
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5.
6.
7.
Durante o resfriamento, a parte B se contrai tende para um comprimento livre menor do que L em
virtude da deformao plstica a que foi submetido. A tenso diminui, muda de sinal e atinge o
limite de escoamento, trao, no ponto 3.
A partir do ponto 3 a contrao trmica absorvida por deformao plstica, no permitindo que a
tenso na barra ultrapasse o limite de escoamento. Ao longo de 3 para 4, o valor da tenso
acompanha a variao do limite de escoamento com a temperatura.
Concludo o resfriamento, a chapa ficar submetida a um sistema de tenses residuais. Na parte B a
tenso de rao e da ordem do limite de escoamento do material na temperatura ambiente.
TRAO
eco 4
CURVA DA VARIAO DE
e COM A TEMPERATURA
3
0
2
CURVA DA VARIAO DE e
COM A TEMPERATURA
COMPRESSO
1
L
ONDE: = Tenso
e = Limite de Escoamento
= Temperatura
0 = Temperatura Ambiente
1 = Incio da Deformao Plstica
2 = Incio do Resfriamento
e0 = Limite de Escoamento na Temperatura
Ambiente
12 = Deformao Plstica no Aquecimento
34 = Deformao Plstica no Resfriamento
A
FURO
B
FURO
C
REGIO AQUECIDA
CHAPA DE TESTE
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Uma pea soldada se assemelha ao descrito na figura 3. A curva de repartio trmica mostra que a zona
aquecida acima de 1 sofre deformao plstica, analogamente chapa da figura 3, determinando o
aparecimento das tenses residuais de contrao (figura 4). O nvel das tenses depender do grau de
restrio da estrutura, na direo longitudinal do cordo de solda. Verificaes experimentais confirmam
que nessa direo as tenses so muito prximas do limite de escoamento do material.
SOLDA
1
L
6L
e
TENSO
LONGITUDINAL
TENSO
TRANSVERSAL
L
6L
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a) Aumenta a dureza.
b) Reduo da tenacidade.
c) Aumento do nvel de tenses localizadamente.
d) Aumento do risco de fissuraes associadas aos procedimentos de soldagem.
e) Reduo da resistncia corroso sob-tenso.
f) Reduo da resistncia fissurao pelo hidrognio.
g) Reduo da resistncia fratura frgil.
h) Reduo da resistncia fadiga.
i) Podem colaborar para a propagao de defeitos na solda.
ZONAS TRMICAMENTE AFETADA
ZONA FUNDIDA
METAL
BASE
METAL
BASE
2.1.1. Martelamento
Introduz tenses de compresso na regio aquecida para equilibrar as tenses de trao existentes. Este
mtodo s alivia tenses superficiais e muito difcil de ser controlado.
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2.1.4. Vibrao
Este empregado para peas pequenas. O princpio o mesmo do teste de carga, apenas a carga
aplicada por vibrao.
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TEMPERATURA
TEMPERATURA
DE FUSO
TEMPERATURA DE
TRANSFORMAO
TEMPERATURA
AMBIENTE
ZTA
ZTA
- MAIOR ZTA.
- MENOR VELOCIDADE DE
RESFRIAMENTO.
- MENOR GRADIENTE
TRMICO.
- MENOR NVEL DE
TENSO RESIDUAL.
- MENOR ZTA.
- MAIOR VELOCIDADE DE
RESFRIAMENTO.
- MAIOR GRADIENTE
TRMICO.
- MAIOR NVEL DE TENSO
RESIDUAL.
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FASE 2
FASE 1
40
T=200oC
35
30
T=320oC
T=430oC
25
20
T=490oC
15
T=540oC
10
T=590oC
5
T=650oC
T=704oC
T=760oC
0
0
0,5
1,5
10
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tenses que ocorre em temperaturas baixas, como por exemplo, a 200 C, no poder ser atribudo
reduo do limite de escoamento e sim ao fenmeno de recuperao.
FASE 2: Nas horas subsequentes as tenses residuais diminuem tambm por deformao plstica,
resultante da fluncia do material, quando a temperatura for superior a 500 C.
Somente os tratamentos feitos em temperaturas superiores a 500 C, para os aos carbono, so realmente
eficazes. Quanto maior for o nvel inicial de tenses residuais, mais elevadas sero as tenses aps o
tratamento trmico. Os aos resistentes fluncia requerem temperatura, ou tempo de tratamento, mais
elevados que para os aos carbono. Na soldagem em vrios passes, a sucessividade dos passes no reduz
a intensidade das tenses residuais.
TEMPO DE
TRATAMENTO =
2,36 MINUTOS/mm
MAS, NO MNIMO DE
15 MINUTOS
TEMPERATURA DE
TRATAMENTO
TAXA DE
AQUECIMENTO
220C / h.pol.
427C
TAXA DE
RESFRIAMENTO
260C / h .pol..
A tabela 1 mostra as temperaturas de tratamento trmico de alvio de tenses recomendadas por diversos
cdigos de construo para aos carbono e aos liga.
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MATERIAL
AO C / C - Mn
AO C-1/2 Mo
AO 1C r-1/2 Mo
AO 2.1/4Cr-1/2Mo
AO 5 Cr - 1/2Mo
ANCC
600-650C
620-670C
630-680C
660-710C
680-730C
ASME
593C
593C
593C
677C
677C
BS 5500
580-620C
650-680C
630-670C
680-720C
710-760C
DnT
550-600C
580-620C
620-660C
620-750C
670-740C
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MODIFICAO NO LIMITE DE
ESCOAMENTO EM %
4
2
0
-2
VALORES
MXIMOS
VALORES
MNIMOS
-4
-6
-8
-10
-12
17
18
18,5
19
19,5
20
PARMETRO DE LARSON-MILLER
MODIFICAO NO LIMITE DE
RESISTNCIA TRAO EM %
0
-2
-4
CURVA MXIMA
CURVA MNIMA
-6
-8
-10
-12
17
18
18,5
19
19,5
20
PARMETRO DE LARSON-MILLER
FIGURA 9 - Influncia do TTAT nos limites de resistncia trao e ao escoamento dos aos carbono e
carbono-mangans.
20
TEMPO DE
ENCHARQUE DE 1
HORA
TEMPO DE
ENCHARQUE DE 4
HORAS
TEMPO DE
ENCHARQUE DE 6
HORAS
40
60
80
100
315 370 430 480 540 595 650 705
TEMPERATURA DE ENCHARQUE
EM GRAUS CELSIUS
AUMENTO DA TEMPERATURA DE
TRANSIO, DETERMINADA
PARA 20 ft-lb, EM GRAUS CELSIUS
FIGURA 10 - Relao entre temperatura e tempo de tratamento no alvio das tenses residuais.
30
25
20
15
10
5
0
16
17
18
19
20
21
PARMETRO DE LARSON-MILLER
A figura 9 mostra que em mdia, para um tratamento trmico de alvio de tenses residuais realizado
conforme os requisitos dos cdigos de construo, o limite de escoamento do material cai de 5 a 10%,
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
por tratamento realizado. Essa reduo do limite de escoamento acompanhada por uma perda de
resistncia mecnica e est associada a esferoidizao dos carbonetos e a transformao da ferrita em
perlita.
Da figura 11 podemos verificar que em mdia, para cada tratamento de alvio de tenses residuais
realizado conforme os requisitos dos cdigos de construo, a temperatura de transio pode aumentar
at 30 C. Essa queda progressiva da tenacidade ao entalhe explicada pela migrao do carbono e das
impurezas para os contornos de gros da ferrita.
A figura 10 mostra a reduo de tenses alcanada com cada tratamento trmico de alvio de tenses
realizado conforme os requisitos dos cdigos de construo, em funo do tempo de encharque.
Conjugando-se as curvas de propriedades (figuras 9 e 11) com a curva de relaxao (figura 10), tem-se
uma metodologia de prescrever-se o tratamento trmico que compatibilize o grau de alvio de tenses,
com as propriedades mecnicas necessrias ao servio do equipamento. Por essas evidncias, se
estabelecem que o alvio trmico das tenses, para os aos ao carbono, se deve enquadrar na faixa de
580 a 620 C, como prescrito pela maioria dos cdigos de construo.
Quanto reduo da tenso de ruptura em altas temperaturas, nos aos carbono e carbono-mangans
acalmados com silcio, particularmente, em virtude do tratamento trmico prolongado e/ou temperaturas
prximas a 650 C, a variao significativa. Atribui-se esse comportamento remoo do nitrognio
ativo, dos interstcios dos gros, pela precipitao como nitreto de silcio, o que reduz a resistncia nas
altas temperaturas (acima de 400 C). No caso de aos carbono acalmados com alumnio ocorre a
precipitao de nitreto de alumnio, com efeitos similares aos aos acalmados com silcio.
Para avaliar sucessivos tratamentos trmicos pode-se usar o parmetro de Larson-Muller, usando com
tempo de tratamento t a soma de todos os tempos t dos tratamentos realizados.
13
O The Welding Institute recomenda que o carbono equivalente, para aos carbono e carbono-mangans, seja calculado pela
expresso: Ceq = %C + (%Mn) / 6 + (%Cr + %Mo + %V) / 5 + (%Ni + %Cu) / 15
DIMENSO
Extenso a
ser aquecida
para soldas
circunfernciais e
longitudinais
Extenso a
ser aquecida
para soldas
de atracao
de bocais
Gradiente
trmico
Taxa de
resfriamento
Taxa de
aquecimento
NORMA
BS 5500
ASME
ISO DIS 2694
Toda a
circunferncia
Toda a circunferncia do
Toda a circunferncia do vaso do vaso numa vaso numa extenso de 2,5.
Rt , para cada lado da
numa extenso de 2,5. Rt , extenso de 2. t
,
para
cada
lado
para cada lado da junta soldada
junta soldada
da junta
soldada
Toda a
circunferncia
Toda a circunferncia do vaso do vaso numa
Toda a circunferncia do
extenso de 12 vaso numa extenso de 2,5.
numa extenso de 2,5. Rt ,
t + a maior
Rt , para cada lado da
para cada lado da junta soldada
largura externa
junta soldada
da junta
soldada
A temperatura nas bordas da
A temperatura nas bordas
regio aquecida dever ser igual
da regio aquecida dever
a da temperatura mxima,
No especifica ser igual a da temperatura
em qualquer instante do
mxima, em qualquer
tratamento
instante do tratamento
260C / hora.
220C / hora. pol. da menor
pol. da menor 260C / hora. pol. da menor
espessura sendo tratada
espessura
espessura sendo tratada
sendo tratada
220C / hora.
220C / hora. pol. da menor
pol. da menor 220C / hora. pol. da menor
espessura sendo tratada
espessura sendo tratada
espessura
sendo tratada
T
T = temperatura de
tratamento.
T/2
2,5.
Rt
ISOLAMENTO
TRMICO
t
R
SOLDA
5. Rt
FAIXA AQUECIDA
10.
Rt
necessrio o TTAT localizado do vaso, que devido aos problemas de custos e prazo so realizados com
o equipamento na sua posio de operao.
A anlise da possibilidade de realizao do TTAT localizado no campo envolve clculos de engenharia,
o estabelecimento de mtodos para acompanhamento do tratamento e em alguns casos, at a necessidade
da instalao de dispositivos provisrios, com a finalidade de garantir um mnimo de alterao do vaso
aps o tratamento, tanto do ponto de vista dimensional (verticalidade, ovalizao etc.) e metalrgico,
como do estado de tenses, garantindo-se que o TTAT seja um benefcio para o equipamento.
Para o isolamento trmico, devido s altas temperaturas envolvidas, so usadas as mantas de fibras
cermicas, em camadas de 25 mm de espessura, perfazendo 50 a 75 mm de isolante.
A dureza da ZTA superior a do cordo de solda, mesmo aps o TTAT. A razo que o eletrodo,
normalmente, tem menor teor de carbono, que o metal base o que acarreta maior dureza na ZTA.
A medio da dureza na ZTA de difcil realizao, pela sua pequena largura (3 a 5 mm). Isso torna
impraticvel o uso do aparelho Poldi ou Telebrineller para medir dureza na ZTA.
Qualquer medio com o Poldi na ZTA no confivel, pois a esfera do penetrador de 10 mm de
dimetro, por isso no consegue atingir somente a ZTA. Por isso, considera-se que o Poldi adequado
para medir a dureza do cordo de solda, de uma maneira genrica, ou seja, um valor de dureza mdia da
junta soldada.
Quando se deseja medir a dureza da ZTA o mtodo de maior confiabilidade o Ernst, este aparelho
mede a penetrao do material e pode dar uma medida representativa da ZTA.
Outros mtodos utilizados para medir a dureza de juntas soldadas so:
- Ultra-som: no representativo pois mede microdureza, com baixssima carga, e pode estar medindo a
dureza do gro duro de uma incluso.
- Microdur: o aparelho que tem menos inconvenientes e pode ser usado para medir a dureza de ZTA,
com uma confiabilidade aceitvel.
3.8.2. AVALIAO DA EFETIVIDADE DO TTAT ATRAVS DA TCNICA DO FURO CEGO
A tcnica chamada de tcnica do furo cego consiste na confeco de um furo no-passante, de
pequenas dimenses, no ponto onde se pretende obter os valores das tenses residuais atuantes. Tais
tenses so calculadas a partir das deformaes medidas por trs extensmetros eltricos de resistncia
montados em roseta. As deformaes indicadas se referem redistribuio de tenses, causadas pela
retirada de material por usinagem.
O procedimento considerado semi destrutivo por introduzir um furo de at 3 mm de dimetro de
profundidade, no prejudicando a resistncia e o desempenho da maioria dos componentes de interesse.
importante ter-se em mente que o furo usinado um defeito e, como tal, produz um efeito
concentrador de tenses a partir de seus bordos.
Essa tcnica se aplica a materiais elsticos, homogneos e isotrpicos. So utilizadas a soluo de
Kirsch e as relaes constitutivas da teoria da elasticidade, para que, a partir da medio das
deformaes aliviadas, sejam determinadas as tenses principais atuantes, bem como suas orientaes.
As medidas so obtidas com um nvel de preciso aceitvel, desde que o rearranjo de tenses ocorra
dentro do regime elstico.
O mtodo possui um histrico evolutivo de mais de cinco dcadas, tendo recebido vrias contribuies.
Pode ser tomado como suficientemente desenvolvido e fundamentado para as aplicaes de engenharia,
desde que respeitadas as premissas sobre as quais se apoia. A principal limitao para a aplicao do
mtodo o fato de ele pressupor tenses constantes ao longo da espessura na regio do furo.
A introduo de um furo ( de pequeno dimetro ) em um corpo sob tenses ocasiona um relaxamento
local dessas tenses. Isto ocorre porque, em quaisquer superfcies, no caso, na superfcie do furo, nas
suas direes perpendiculares, as tenses normais e cisalhantes so necessariamente nulas.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
Naturalmente, a eliminao destas tenses, mediante a confeco do orifcio, provoca uma imediata
variao em todo o campo de tenses nas vizinhanas.
O processo padronizado pelo mtodo ASTM - E - 837 / 94.
3.8.3. AVALIAO DA EFETIVIDADE DO TTAT ATRAVS DA TCNICA DA DIFRAO
DE RAIOS X.
Esta tcnica, caraterizada como no-destrutiva, baseia-se no fato de que, quando um material se encontra
tencionado, as deformaes resultantes acarretam alteraes da distncia entre os planos atmicos da
estrutura cristalina do metal. A tcnica procura medir essa distncia, sendo a tenso correspondente
calculada a partira de expresses da teoria da elasticidade. A prpria estrutura cristalina do material
usada como extensmetro.
amplamente aceito que a difrao de raios X a nica tcnica realmente no-destrutiva para a medio
confivel de tenses residuais. A evoluo de seis dcadas desde a primeira aplicao do mtodo, tanto
em sua base terica quanto na instrumentao, j permite seu uso no campo. A aplicao mais usual,
chamada de disperso angular, capaz de medir tenses a profundidades de at 0,05 mm. Esta pouca
penetrao constitui uma das limitaes do mtodo.
PARTE 4
ASSUNTO
PGINA
01
15
ATIVIDADES DE SOLDAGEM
Qualificao de Qualificao de procedimento Qualificao de Chapas de teste
de soldagem
metal de adio
soldadores
de produo
Trao
Dobramento
Fratura
Dureza
Impacto Charpy
Impacto Drop-Weight
Microgrfico
Macrogrfico
CTOD
x
x
-
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
-
x
x
x
x
x
x
-
DIREO DE
LAMINAO
AMOSTRA DO MATERIAL
A SER ENSAIADA
E.L.
E.L.
E.L.
E.L.
ENSAIO DE DOBRAMENTO
LONGITUDINAL
DIREO DE
LAMINAO
E.L
.
E.L
E.L
.
E.L.
A0
DIMETRO
C.P.
DE
SEO
CIRCULAR
L0
BASE DE MEDIDA
ESPESSURA
C.P.
DE
SEO
RETANGULAR
A0
LARGURA
CABEA
COMPRIMENTO TIL DO CORPO DE PROVA
COMPRIMENTO TOTAL DO CORPO DE PROVA
CLULA DE CARGA
BARRAMENTO
Ao
CORPO DE
PROVA
PARAFUSO
SEM-FIM
F = . Ao
BASE
l0
l l l 0
=
l0
l0
onde l o comprimento num dado instante da regio do corpo-de-prova, tomado como base de medida.
A figura 5 apresenta uma curva tpica resultante de um ensaio de trao, relacionado a tenso com a
deformao de engenharia (tambm chamadas tenso e deformao convencionais). Nesta curva esto
assinalados parmetros importantes para a caracterizao da resistncia a trao dos materiais. Estes,
assim como outras propriedades determinadas pelo ensaio de trao, encontram-se comentados a seguir:
DEFORMAO AT A FRATURA
t ou LR
DEFORMAO UNIFORME
RESISTNCIA
TRAO
e ou LE
TENSO
DE
ESCOAMENTO
CONVENCIONAL
TENSO
DE
FRATURA
MDULO DE
ELASTICIDADE
E=a/ b
DEFORMAO
0,2 % DE
DEFORMAO
COMPORTAMENTO
ELSTICO
COMPORTAMENTO PLSTICO
c) Mdulo de cisalhamento
Um esforo de cisalhamento, como o indicado na figura 6, produz uma deformao cisalhante (ou de
cisalhamento).
A relao entre a tenso de cisalhamento e a deformao de cisalhamento igual ao mdulo de
cisalhamento G, tambm chamado mdulo de rigidez.
F1
L
dL
G = ( / )
ONDE: = ( dL / L ) = tan
Para uma preciso de 10-4 cm/cm tem-se que o limite de elasticidade superior ao limite de
proporcionalidade, que a tenso onde ocorre desvio da linha reta na curva x .
e) Limite de resistncia trao (
t ) ou (LR)
a carga mxima registrada no ensaio de trao, dividida pela rea inicial. ( figura 5 ).
f) Ductilidade
A ductilidade medida pelo alongamento ou elongao na fratura, f e pela reduo de rea RAf na
fratura, clculos pelas expresses abaixo e usualmente fornecidos em termos percentuais.
f =
( lf - l0 )
l0
ou
RAf
( A0 - Af )
A0
AO ESTRUTURAL
RESILINCIA:
AO MOLA = REA ( A + B )
AO ESTRUTURAL = REA ( A )
C
B
TENACIDADE:
AO MOLA = REA ( A+B+C )
AO ESTRUTURAL = REA ( A+B+C+D)
A
DEFORMAO
h) Tenacidade
A capacidade do material de armazenar energia na regio de comportamento plstico denominada
tenacidade.
Esta propriedade tambm considera em outros ensaios, como o ensaio de impacto.
No ensaio de trao, considera-se como tenacidade a rea total sob a curva at a tenso de fratura. Como
o ao estrutural apresentado na figura 7 mais dctil que o ao-mola de elevado teor de carbono, ento
ele possui maior tenacidade mesmo com resilincia menor. A energia total para fraturar o corpo-deprova de ao estrutural maior que aquela correspondente ao ao-mola.
cristalina e pequena absoro de energia. Acima dessa temperatura as fraturas do mesmo metal passam a
ser dcteis e com absoro de energia bem maior em ralao quela ocorrida em temperaturas baixas.
IMPACTO DO
MARTELO
10
8
10
10
10
CHARPY
V
45
40
1,6
10
5
10
75
2
28
45
10
10
IMPACTO DO
MARTELO
10
22
IZOD
75
ENERGIA ABSORVIDA
(libra.p)
100
80
LONGITUDINAL (B)
LONGIUDINAL (A)
TRANSVERSAL (C)
60
40
20
0
-40
40
80
120
160
As mquinas de ensaio de impacto possuem um brao ligado ao pndulo que, no seu movimento,
desloca um ponteiro, de modo a indicar diretamente a energia absorvida.
A grande deformao plstica, que ocorre at a fratura dctil, responsvel pela absoro de uma grande
quantidade de energia necessria para movimentar e multiplicar as discordncias no material.
Na fratura frgil tem-se que a energia necessria para propagar a fratura geralmente baixa, devido ao
predomnio do mecanismo de clivagem. Neste mecanismo, a energia absorvida armazenada
principalmente como energia superficial, presente nas reas abertas pela fratura.
Materiais de baixa tenacidade tm, portanto, maior tendncia de sofrer fratura frgil.
ESCALA
PONTEIRO
POSIO INICIAL
DO PNDULO
FIM DE CURSO
DO PNDULO
h
h
CORPO DE PROVA
FIGURA 10 - Esquema do ensaio de impacto Charpy. O corpo de prova absorve na sua deformao e
fratura a diferena de energia potencial do pndulo, correspondente variao da altura
(h-h).
Curvas como a da figura 11 so obtidas ensaiando-se um conjunto de corpos-de-prova do mesmo
material em temperaturas diferentes.
Verifica-se, de um modo geral, que a energia absorvida no impacto mantm-se elevada nos materiais de
estrutura cbica de face centrada, mesmo em baixas temperaturas. Materiais de estrutura cbica de corpo
centrado geralmente apresentam uma transio no comportamento dctil para o comportamento frgil
com a diminuio da temperatura. Materiais com limite de escoamento superior ao mdulo de
elasticidade dividido por 150 (aos de alta resistncia, ligas de titnio e tambm ligas de alumnio,
mesmo CFC) apresentam fratura frgil, mesmo em temperaturas relativamente elevadas.
Materiais CFC
Materiais CCC de
baixa resistncia
Materiais CCC de
alta resistncia
FTP
NDT
100
50
0
T5
T4
T2
T1
TEMPERATURA
T3
FTP
FATT
T3
T4
NDT
completamente dctil - ( T1 )
50% frgil - ( T2 )
(T1 + T5 ) / 2
energia de impacto especificada
completamente frgil - ( T5 )
A figura 13 apresenta uma descontinuidade idealizada como uma cavidade de seo transversal na forma
de uma elipse de eixos 2a e 2b, atravessando toda a espessura de uma chapa. A tenso uniforme atuante
na seo da chapa concentrada na ponta da elipse, conforme indicado pela distoro nas linhas de
fora.
2b
Tenso
Uniforme -
2a
2a
Tenso
Uniforme -
FIGURA 13 - Uma descontinuidade (por exemplo elptica) gera concentrao de tenses em funo de
um carregamento uniforme.
/ LE
5
4
3
Y
YY
XX
X
a
FIGURA 14 - Devido a concentrao de tenses na ponta da descontinuidade, neste local, pode atingir
valores acima da tenso limite de escoamento, mesmo para valores da tenso uniforme
relativamente baixos.
Em funo das condies na ponta da trinca e em funo do material, possvel haver deformao
plstica na regio da ponta da trinca, ainda sem a propagao da fratura. Tem-se, neste caso, um
afastamento dos lados da descontinuidade e aumento do raio de curvatura, diminuindo a concentrao de
tenses.
Em condies que levam fratura frgil, a tenso uniforme atuante promove uma deformao elstica
que est associada a uma quantidade de energia, concentrada na regio da ponta da trinca. A trinca ir se
propagar, caso esta energia elstica seja superior ao necessrio para deformar plasticamente o material,
durante a propagao da fratura, e criar novas superfcies correspondentes aos dois lados da trinca em
crescimento.
No caso de gasodutos, a energia armazenada pelo gs pressurizado aliviada pela descompresso do gs
para a atmosfera. Como a fratura frgil se propaga muito rapidamente, com velocidade da ordem de
1500 m/s, pode no haver tempo para a descompresso do gs, justificando a propagao da fratura por
distncias to grandes.
Como a descompresso nos lquidos mais rpida, tem-se uma menor probabilidade de ocorrer fraturas
catastrficas em oleodutos.
Na fratura dctil, a deformao plstica na ponta da trinca impede que sejam atingidas velocidades de
propagao to elevadas, favorecendo a despressurizao.
A tenacidade fratura uma propriedade mecnica inerente ao material que mede a sua resistncia
fratura frgil, em determinadas condies.
O conceito de tenacidade, associado energia armazenada pela deformao plstica no ensaio de trao
ou associado energia necessria para deformao e fratura num ensaio de impacto, considerado,
agora, pelo comportamento do material face concentrao de tenses na ponta da trinca (funo da
teso uniforme e do tamanho e formato da trinca).
Como vimos na figura 14, no caso onde ocorre grande deformao plstica na ponta da trinca, este se
abre pelo afastamento entre seus lados. Este deslocamento de abertura da trinca chamado ou CTOD
(crack tip opening displacement) e, ao ser atingido um determinado valor crtico ( c ) , o material
apresenta sua mxima deformao possvel, tendo-se, ento, a propagao da fratura de modo instvel.
O CTOD tambm conhecido como tenacidade fratura.
0,4 ( W - a ) VP
+
2 E LE
0,4 W + 0,6 a + Z
PY2
(ver a tabela 12 para o valor de Y2 ), Z a altura de fixao do extensmetro ao corpoB W
de-prova (figura 16) e Vp o componente plstico da abertura do extensmetro V, e que se obtm
traando uma reta do ponto de interesse do registro carga versus abertura do extensmetro, paralela
linha de carregamento elstico, e medindo-se a abcissa de seu intercepto com o eixo horizontal (figura
Sendo: K =
17). Como conseqncia da discusso anterior sobre os possveis significados de CTOD, os valores de
calculveis pela expresso acima pode ser o da fratura instvel, c , o de iniciao, i , e o de mxima
carga, m . Os valores do fator de intensificao de tenso K sero, respectivamente, equivalentes s
cargas Pc, Pi e Pm, e os valores do componente plstico Vp da abertura do extensmetro V sero
derivados de Vc, Vi e Vm.
0,000
9.10
9.37
9.66
9.96
10.28
10.61
10.96
11.33
11.71
12.12
12.55
0,001
9.13
9.40
9.69
9.99
10.31
10.65
11.00
11.37
11.75
12.16
12.59
0,002
9.15
9.43
9.72
10.03
10.34
10.68
11.03
11.40
11.79
12.20
12.64
0,003
9.18
9.46
9.75
10.06
10.38
10.71
11.07
11.44
11.83
12.25
12.68
0,004
9.21
9.49
9.78
10.09
10.41
10.75
11.11
11.48
11.87
12.30
12.73
0,005
9.23
9.52
9.81
10.12
10.44
10.78
11.14
11.52
11.91
12.33
12.77
0,006
9.26
9.54
9.84
10.15
10.48
10.82
11.18
11.56
11.96
12.37
12.82
0,007
9.29
9.57
9.87
10.18
10.51
10.85
11.22
11.60
12.00
12.42
12.86
0,008
9.32
9.60
9.90
10.21
10.54
10.89
11.25
11.64
12.04
12.46
12.91
0,009
9.35
9.63
9.93
10.25
10.58
10.93
11.29
11.67
12.08
12.50
12.95
0,010
9.37
9.66
9.96
10.28
10.61
10.96
11.33
11.71
12.12
12.55
13.00
PC
PC
PI
VC
PI
PI
VI
VC
PM
PC
PC
VC
VI
VC
VI
VM
C = CRTICO
I = INICIAO
M = CARGA
MXIMA
VP
VP
VP
VP
VP
V - SINAL DO EXTENSMETRO
FIGURA 17 - Tipos possveis de registros carga X abertura do extensmetro
A figura 17 ilustra cinco tipos possveis de registro P x V. Os tipos I e II correspondem registros onde
o valor da carga aplicada aumenta gradualmente com V sem que ocorra crescimentos lento e estvel da
trinca at o momento do incio da fratura instvel frgil (tipo I) ou do incio de um pop in, ou seja,
fratura frgil cuja propagao tenha sido sustada (tipo II). Nesses dois casos, o clculo de c ser
conduzido tomando-se Pc e Pv como indicado nos registros.
Caso haja crescimento lento e estvel da trinca precedendo a fratura instvel, pop in ou carga mxima
na instabilidade plstica, os registros P x V sero dos tipos III, IV e V, respectivamente. Esses ilustram
ainda os valores de V e P a serem tomados para o clculo de c , i e m . A escolha de qual desses trs
valores de CTOD crtico ser tomado como critrio na avaliao do risco de fratura fica em aberto,
segundo a norma de ensaio, e dever ser decidido entre as partes interessadas.
Como j foi dito, a simples anlise visual do registro P x V no permite detectar o momento em que a
trinca inicia seu crescimento lento, assinalado nos registros da figura 17 como ponto Pi x Vi, apenas de
maneira figurativa. A norma de ensaio fornece entretanto um procedimento que permite calcular i e
baseia-se em realidade no resultado de vrios ensaios (em geral cinco).
Prepara-se cinco corpos-de-prova nos moldes j descritos para o ensaio convencional. Estes so
ensaiados tomando-se o cuidado de no rompe-los; eles so carregados a diferentes valores de carga, de
maneira que o intervalo o mais amplo possvel sobre a curva P x V seja coberto, principalmente em sua
parte no linear. A figura 18 ilustra esse procedimento, na qual se v que h nos corpos-de-prova
crescimento lento da trinca (parte preta em forma de meia lua na extremidade da trinca) mais
pronunciado para valores mais elevados da carga imposta. Os corpos-de-prova so descarregados antes
da ruptura e passa-se etapa de colorir a trinca (isto , o entalhe mais a trinca da fadiga e mais a parte
do crescimento lento) aquecendo o corpo-de-prova, por exemplo, de maneira a oxidar a regio trincada.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
B
PONTOS DE
MEDIDA
2 3 4 5 6 7 8
ENTALHE USINADO
TRINCA LISA DE
CRESCIMENTO
LENTO
TRINCA DE FADIGA
B = LARGURA DO
CORPO DE
PROVA
W = ESPESSURA DO
CORPO DE
PROVA
FRATURA APS O
ENSAIO
2
CTOD
4
5
CARGA MXIMA
3 2 1
A figura 21 permite uma comparao entre os domnios de aplicao do KIC ou do CTOD. O aumento
da tenacidade fratura corresponde maior deformao plstica (ductilidade) do material.
Na figura 21 (a) o campo 1 representa o comportamento onde o limite de escoamento muito alto, a
fratura frgil e o KIC aplicvel. No campo 2 ocorre um crescimento lento da trinca, em funo do
carregamento crescente, at um valor mximo de abertura da trinca, a partir do qual a fratura instvel,
isto , se propaga rapidamente de modo frgil. Este valor mximo o CTOD crtico ( c ) .
Em materiais muito dcteis, geralmente com baixo limite de escoamento, o material sofre fratura dctil
(3) com o crescimento estvel da trinca, isto , seu crescimento ocorre com carga crescente. O CTOD de
iniciao ( i ) represento o momento em que a trinca inicia sua propagao lenta, continuando a afastar
seu lado at o CTOD mximo ( m ) , a partir do qual o corpo-de-prova se rompe por rasgamento dctil.
Materiais com este tipo de comportamento dctil na temperatura de operao iro apresentar grande
tolerncia a defeitos, e a falha de estruturas reais s poder acontecer por instabilidade ou colapso
plstico.
FRATURA FRGIL
FRATURA FRGIL
PRECEDIDA POR
CRESCIMENTO
LENTO E DCTIL
DA TRINCA
ou
FRATURA
DCTIL
DUCTILIDADE ( 1 / B ) . ( 1 / LE )
(a)
P
CTOD MXIMO
CTOD
KIC ou
CTOD
CTOD INICIAO
2
(b)
FIGURA 21 - (a) Mecanismo de fratura em funo da tenacidade fratura do material
(b) Registros tpicos dos grficos carga (P) - abertura de extensmetro (V).
PARTE 5
ASSUNTO
1.
PGINA
INSPEO DE MANUTENO
1.1. HISTRICO............................................................................................
01
1.2. MISSO..................................................................................................
02
1.3. NOMENCLATURA................................................................................
02
03
04
09
12
17
23
29
1.11. TESTES..................................................................................................
34
44
1. INSPEO DE MANUTENO
1.1. HISTRICO
Em fins da dcada de 50 ocorreram nas Industriais Nacionais vrios vazamentos causados por corroso
e/ou deficincias de montagem e manuteno, alguns deles seguidos de incndio.
Constatou-se, ento, a necessidade de aperfeioar os mecanismos de preveno utilizados. Foi assim
criado em algumas empresas um rgo especificamente responsvel por executar um programa
sistemtico de inspeo em tubulaes e equipamentos, em muitas empresas esse rgo foi denominado
de Inspeo de Equipamentos. Tendo em vista as limitaes de qualificao da mo de obra
disponvel, esse novo rgo logo absorveu a responsabilidade pelo controle de qualidade nas
intervenes de manuteno e/ou montagem.
Mais de trinta anos se passaram desde a instalao do primeiro Setor de Inspeo de Equipamentos e a
experincia acumulada no pas, nesta rea, considervel. O desenvolvimento alcanado pode ser bem
avaliado pela fertilidade dos intercmbios tcnicos realizados anualmente por vrias entidades como o
IBP, ABRACO, ABENDE, ABRAMAN, FBTS etc. e pela velocidade da informao adquirida com a
informatizao.
Um fato, nem sempre levado em conta, o envelhecimento do parque industrial brasileiro, onde muitas
instalaes industriais foram construdas antes da dcada de 80.
A exposio continua dos equipamentos a temperaturas elevadas e/ou a meios agressivos, promove a
acumulao de danos e limita a vida til. Para vasos de presso a vida de referncia de projeto , em
geral, de 100.000 horas ( 12 anos). Um nmero considervel de equipamentos, hoje em operao,
encontra-se assim com sua vida terica vencida. Como o projeto tende a ser conservador, isto no
significa que esses vasos estejam necessariamente, no fim da vida til. Mesmo aqueles equipamentos
onde os danos acumulados alcanam nveis inaceitveis, a experincia de campo demonstra que as reas
comprometidas tendem a ser de pequena extenso, sendo possvel estender a vida til atravs de anlises
especficas, observando o estrito atendimento aos requisitos de segurana.
Outro aspecto a ser considerado o perodo de dificuldades econmicas vivido pelo pas, onde as novas
palavras de ordem passaram a ser: qualidade, produtividade, eficcia, reduo de custo e outras
similares. Nesse novo quadro intolervel que uma unidade de processo, projetada para operar
continuamente por muitos meses, passe a funcionar em regime vaga-lume como conseqncia de
falhas ou vazamentos sucessivos decorrentes de envelhecimento ou processos de deteriorao mal
avaliados.
evidente que o envelhecimento dos equipamentos torna o escopo da ATIVIDADE INSPEO bem
mais complexo do que aquele estabelecido numa poca em que os equipamentos eram seminovos. Cabe
agora aos rgos responsveis pela inspeo, no apenas identificar a presena de danos acumulados,
como vm fazendo, mas, tambm, identificar e estabelecer a cintica dos processos de deteriorao
atuantes num equipamento de modo a estabelecer, com suficiente antecedncia, o momento e a extenso
para as intervenes de manuteno preventiva. assim preciso estabelecer programas permanentes de
avaliao de integridade e estimativa de vida residual. igualmente importante a identificao das
causas dos processos de acumulao de anos, de modo a especificar medidas que anulem ou pelo menos,
atenuem suas taxas de progresso. As ferramentas disponveis so os exames no destrutivos aliados
anlise metalogrfica e os conhecimentos da mecnica da fratura aliados anlise de tenses.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
Os profissionais da rea de inspeo devem tambm dedicar maior ateno em estudar as causas que
esto provocando a deteriorao, de maneira a corrigi-l antes que seja necessrio uma interveno fsica
no equipamento, tentando estabelecer a correlao da deteriorao com as variveis do processo e agir
de maneira a modificar essas varveis sem que interfira na qualidade do produto e do processo. Por
exemplo: Estudos mostraram que o controle da temperatura no fundo da torre retificadora de DEA,
contribui para reduzir a taxa de corroso no sistema de fundo da torre, sem prejudicar a qualidade do
produto.
Os anos modernos trazem tambm a necessidade de se utilizar cada vez mais os cdigos do American
Petroleun Institute (API), como regra para se estabelecer os caminhos da inspeo no lugar dos
conhecidos Cdigos ASME que apesar de excelentes so especficos para a fabricao e montagem de
Vasos de Presso e no levam em considerao as condies e dificuldades especficas dos servios de
manuteno, bem como nada relatam sobre a inspeo com base nos mecanismos de deteriorao.
1.2. MISSO
Tomando como base o que se espera da atividade de Inspeo de Equipamentos hoje, pode-se resumir a
misso da inspeo como: ZELAR PELAS CONDIES FSICAS DOS EQUIPAMENTOS
INDUSTRIAIS, ou de uma maneira mais moderna podemos dizer que a misso seja: COLABORAR
PARA GARANTIR A CONFIABILIDADE DOS EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS.
Esse novo conceito torna a atividade inspeo como a principal responsvel pela otimizao do
aproveitamento econmico das instalaes, a um nvel de segurana que atenda aos requisitos
estabelecidos nos cdigos de construo e normas regulamentadoras vigentes no pas.
Para cumprir sua misso a atividade inspeo deve agir de maneira a priorizar os seguintes itens:
a) Programar inspees de maneira a detectar deterioraes que possam comprometer a segurana de
um equipamento;
b) Estabelecer programas que contemplem anlise, acompanhamento e preveno de deterioraes;
c) Acompanhar e implementar o uso de ferramentas adequadas para a deteco de avarias;
d) Estabelecer uma sistemtica de atuao de maneira a possibilitar a previso de reparos e
substituies, dentro de prazos adequados;
e) Criar programas de anlise de vida residual;
f) Adotar uma sistemtica de auditoria dos nveis de qualidade empregados pela manuteno;
g) Sistematizar um mtodo de registro das condies fsicas dos equipamentos, de maneira a facilitar a
consulta de todos os interessados;
h) Implementar um programa de inspeo para toda a planta;
i) Estabelecer um programa de treinamento, que contemplem as necessidades de cada tcnico.
A figura 1 mostra um fluxograma simplificado do que se espera hoje da atividade Inspeo de
Equipamentos. Todas as etapas devem ser registradas e os registros avaliados por um profissional
habilitado de maneira a corrigir, modernizar e refazer o fluxograma permanentemente, adotando os
mtodos e critrios de inspeo mais adequados para o equipamento, com base nos registros.
REGISTRO
EXECUTAR A INSPEO
USAR OS ENDS MAIS INDICADOS
ESTABELCER UM CRITRIO DE ACEITAO COM BASE EM
CDIGOS INTERNACIONAIS
AVALIAR AS DETERIORAES
DETECTADAS
VERIFICAR NECESSIDADE DE REPARO (USAR CRITRIO DE
ACEITAO ESTABELECIDO)
de deteriorao de uma planta e seus pontos crticos. Por exemplo, levantamentos estatsticos feitos em
plantas petroqumicas mostram que 50% das falhas em vasos de presso ocorrem em tubulaes de
pequeno dimetro (dimetro inferior a 2). Essa informao pode orientar para o estabelecimento de
uma periodicidade de inspeo menor para essas partes do vaso, bem como o emprego de tcnicas de
inspeo que possam ser executadas com o equipamento na condio normal de operao (exemplo:
gamagrafia, ultra-som, etc.). Outra constatao interessante que 70% das falhas registradas em
permutadores de calor, do tipo feixe tubular, ocorrem por corroso nos tubos do feixe. Essa informao
pode significar que o intervalo de inspeo do vaso deve ser governado pela vida do feixe.
1.3. NOMENCLATURA
O cdigo de inspeo do API STD 510, especfico para inspeo de manuteno em Vasos de Presso
recomenda a utilizao da nomenclatura a seguir:
*
ALTERAO
Considera-se ALTERAO toda modificao fsica de algum componente que tenha implicao nas
condies de projeto.
OBS. Definio da NR-13: ALTERAO qualquer mudana processada em um vaso de presso que
altere o projeto original ou as caractersticas prescritas pelo fabricante.
Variaes nos parmetros de projeto, como por exemplo: presso, temperatura, vazo etc.
tambm so consideradas como alteraes.
*
RECLASSIFICAO
REPARO
Considera-se REPARO todo trabalho necessrio para recolocar um vaso numa condio adequada de
operao, sem alterao dos seus parmetros de projeto e atendendo aos requisitos do cdigo de
construo e montagem do equipamento.
OBS. Definio da NR-13: REPARO todo trabalho necessrio para restaurar um vaso de presso,
restabelecendo as suas condies de segurana e operao.
A seguir esto descritas duas definies cuja interpretao tem dado muita discurso na atividade de
inspeo. As definies abaixo foram tiradas da Norma ISO srie 9000.
QUALIFICAO: Comprovao de atributos fsicos, conhecimentos, habilidades, treinamento e / ou
experincias requeridas para exercer corretamente as atividades de uma funo.
CERTIFICAO: Processo que conduz formalizao da qualificao em um indivduo, atravs de
avaliao e emisso de certificado para os aprovados.
Um certificado s tem validade em todo o territrio nacional quando emitido por entidade credenciada
pelo INMETRO para essa finalidade.
Essa inspeo tambm tem intervalo mximo (tempo entre inspees) definido pela Norma
Regulamentadora N013 do Ministrio do Trabalho, em funo das dimenses do vaso, das caractersticas
do meio contido no vaso e das habilidades comprovadas do setor de inspeo existente na empresa.
1.4.2.3. TESTE HIDROSTTICO
Trata-se de uma avaliao da resistncia mecnica do vaso quando este pressurizado em valores acima
das condies normais de operao na temperatura ambiente e usando gua como fluido. Portanto, o
vaso deve ser retirado da condio normal de operao para executar o teste. No necessria a remoo
do isolamento externo ou pintura total do vaso na condio de manuteno a menos que se trate de um
vaso novo ou que existam novas soldas a serem testadas, o mesmo vale para os vasos revestidos
internamente. A remoo do revestimento interno e ou externo do vaso que no teve reparos de solda s
dever ser realizada quando houver alguma suspeita a ser avaliada. A presso de teste deve ser definida
por um Profissional Habilitado e que conhea as condies fsicas atuais do vaso, bem como seu
histrico operacional, de reparos e de inspeo. A presso de teste na condio de manuteno pode no
ser a mesma para avaliar a condio de projeto ou um reparo estrutural, mas sim uma presso que
garanta a segurana das pessoas e do meio ambiente quando o vaso estiver submetido a sua mxima
condio operacional.
um teste exigido pela Norma Regulamentadora N013 do Ministrio do Trabalho e tambm tem
intervalo mximo de execuo (tempo entre testes) definido em funo das dimenses do vaso, das
caractersticas do meio contido no vaso e das habilidades comprovadas do setor de inspeo existente na
empresa.
O teste hidrosttico tambm exigido quando o vaso for submetido a reparos com solda, modificaes
ou reparos estruturais.
1.5.1.4. Tensionamento e deteriorao dos estais14 , se existirem. O problema mais usual corroso e
perda de tensionamento. Ajustar os tensores pode ser necessrio.
1.5.1.5. Estado das conexes e bocais15. O principal problema corroso no pescoo, soldas e aba dos
flanges. A regio de vedao no tem acesso para inspeo com o bocal fechado, mas
possvel se verificar sinais de vazamento, que devem ser verificados quando o vaso estiver fora
de operao. Um reaperto dos parafusos controlado recomendvel para eliminar vazamentos.
1.5.1.6. Todo vaso deve estar protegido contra descargas eltricas atravs de um aterramento eltrico16.
O problema mais usual corroso no grampo de atracao do fio ao vaso, quando este for de
ao carbono.
1.5.1.7. Estado superficial dos estojos e porcas de unio de flanges. O principal problema corroso na
parte do estojo exposta. Recomenda-se o uso de martelo de bola com 250 gramas (em lato,
para evitar fasca), de maneira consciente e muito cuidadosa.
1.5.1.8. Verificao do estado de conservao do isolamento. Os problemas mais usuais so: cintas
soltas, inchao de parte do isolamento e corroso no casco e anel de sustentao do isolamento,
devido a infiltrao e acmulo de gua pelo isolamento (figura 2). Recomenda-se o uso de
estilete na verificao do inchao em isolamentos e a remoo do isolamento em alguma regio
para verificao da corroso.
1.5.1.9. Verificao do estado da pintura. O problema mais usual a camada de acabamento da tinta se
soltando. Recomenda-se o uso de raspadeira e estilete.
A periodicidade dessa inspeo deve ser definida em funo das condies operacionais, condies
climticas da regio e dos requisitos das Normas de segurana vigentes no pas (NR-13).
VASO
VERTICAL
DETALHE
CASCO DO
VASO
CORROSO DEVIDO AO
ACMULO DE GUA
14
pr-parada = fase de aproximadamente 40 dias que antecede a parada geral do processo e que j se dispe da mo de obra
que ir realizar os servios de parada. Nesse fase s podem ser feitos servios em equipamentos ou tubulaes que sejam
liberveis sem afetar a continuidade do processo, nem a segurana da planta.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Pgina: 144 de 268
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
FERRAMENTA
Ultra-som
Calibres
Martelo de bola18
Im
Esptula de ao e pano
Lpis marcador
Trena
Esquema simplificado do vaso
Exames no destrutivos
especificados
Caderneta de anotaes e caneta
Outras
USO
Medio de espessuras
Medio de espessuras de pescoo de bocais abertos.
Verificao de internos (corroso e fixao).
Teste do pescoo de bocais.
Identificao primria de materiais
Pequenas limpezas para sanar dvidas.
Identificao das partes do vaso e marcar regies para reparos
ou avaliaes posteriores.
Medio aproximada de regies com problemas e facilitar
localizaes.
Anotar irregularidades, observar detalhes do desenho e facilitar
a orientao no interior do vaso.
Avaliar regies do vaso pr estabelecidas, quanto a
deterioraes.
Anotar novas irregularidades ou novas observaes.
Em funo da inspeo especifica prevista para o vaso.
TABELA 1 - Relao das ferramentas mais usadas pelo inspetor durante a inspeo
1.5.2.2.2. INSPEO ANTES DA LIMPEZA
Antes da limpeza, o inspetor deve se preocupar principalmente com a colorao dos depsitos, recolher
amostras para anlise qumica e marcar as regies com maior acmulo de depsitos para uma melhor
observao aps a limpeza. Nos vasos em que o controle da corroso obtido pela passivao, a falta ou
falha das pelculas protetoras um alerta de possveis locais com deteriorao. (Por exemplo: a falha na
pintura interna em carretis de permutadores de calor que operam com gua, ou a falha na pintura ou
outro revestimento nas regies soldadas de vasos de presso para reduzir a suscetibilidade de defeitos
devido a corroso sob tenso ou ataque pelo hidrognio etc.).
Essa prtica de inspeo antes da limpeza s se aplica nos casos em que for possvel, devido aos
requisitos de segurana necessrios para a liberao do equipamento.
1.5.2.2.3. INSPEO APS A LIMPEZA
Aps a limpeza a inspeo deve constar no mnimo do seguinte:
A primeira etapa de qualquer plano de inspeo deve ser o exame visual. Podendo muitas vezes ser
realizado com o uso de espelhos e lanternas modificadas de maneira a permitir a viso em locais de
difcil acesso.
Medir a espessura dos bocais, conexes, casco, tampos nos pontos pr-determinados para clculo da
taxa de corroso e vida remanescente.
18
Martelo de bola = martelo com uma das pontas na forma de uma bola, com um peso de 250 gramas, de maneira a permitir a
identificao da resposta sonora a batida e no deixar marcas muito agudas.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Pgina: 145 de 268
Verificar a existncia de corroso, eroso, trincas ou outras falhas no casco, tampos, conexes,
bocais e internos com maior ateno nas regies prximas de: entradas e retiradas de fluido, juntas
soldadas, frestas e regies do casco junto aos vertedores de bandejas (figura 3).
Verificar se existem bocais ou conexes obstrudas, principalmente drenos e pontos mortos19.
Verificao de demister quanto a sua espessura falta de continuidade (buracos), sujeira, grades de
conteno, anis de suportao e fragilizao dos fios que compem a malha do demister.
Revestimentos internos ou externos (isolamento, lining ou refratrios) se estiverem em boas
condies no preciso ser removidos para inspeo do metal base.
OBS. 1. Em intervalos de tempo previamente definidos os revestimentos tipo refratrios em bom
estado devem ter pequenas regies removidas para inspeo do metal base (exemplo: a cada
18 a 20 anos).
2. Quando existe evidncia de defeito no revestimento este deve ser removido para inspeo do
metal base antes da definio de qualquer reparo.
3. Revestimento tipo CLAD no precisam ter reas removidas a no ser que apresentem sinais de
defeitos que possam expor o metal base.
Internos removveis no precisam ser removidos se no existem evidncias de deteriorao, mas
deve ser verificado se o seu posicionamento est adequado.
Execuo dos exames no destrutivos relacionados previamente e os acrescidos devido a alguma
nova evidncia.
CASCO
CHAPA DE NVEL DA
BANDEJA
FIGURA 3 - Corroso/eroso no casco de uma torre de processo, junto a chapa de nvel dos
vertedores.
1.5.2.2.4. INSPEO EM REVESTIMENTOS
Como j descrito na parte 1 desse trabalho, um vaso de presso pode ser revestido internamente e ou
externamente por vrios motivos. A escolha do melhor revestimento a ser empregado depende do
motivo que levou a sua aplicao. A tabela 2 mostra um resumo dos mtodos de inspeo e critrios de
aceitao usualmente empregados na inspeo de revestimentos internos em vasos de presso. Apesar
19
pontos mortos = bocais que no so mais utilizados e operam fechados com flange cego ou outro mtodo de maneira que
sua condio operacional diferente dos demais devido a condio estagnada do meio.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Pgina: 146 de 268
e subjetivos os critrios de aceitao expostos visam orientar a deciso do inspetor que nesse caso
depender de sua experincia e treinamento de campo.
TIPO DE
REVESTIMENTO
MTODOS
O REVESTIMENTO DEVE
DE
ESTAR ISENTO DE:
INSPEO
Orgnico
(ex. pintura)
Visual e
Descolamentos
aderncia
significativos, perda de
com estilete. espessura significativa e
falha que exponha o metal
base.
Metlico
Visual e
Descolamentos
(ex. linning, clad,
lquido
significativos, perda de
deposio metlica). penetrante
espessura significativa, falha
ou partculas que exponha o metal base e
magnticas. trincas.
Refratrio
Visual,
Descolamentos
aderncia
significativos, perda de
com martelo, espessura significativa,
perda de
falhas que exponha o metal
espessura
base e trincas com grandes
com estilete. aberturas.
OBSERVAO
O metal base no pode ser
exposto.
segurana, dentro das condies de operao estabelecidas, que no podem ser acima das condies de
projeto do vaso.
A queda de revestimentos refratrios internos em vasos de presso tem causado grandes prejuzos
financeiros, quase acidentes e at acidentes em vasos de presso. As anlises dessas falhas mostraram
que as mesmas estavam associadas m aplicao e critrios de aceitao inadequados usados quando
da inspeo dos revestimentos. Essas concluses levaram a grandes investimentos para o
estabelecimento de novas tcnicas de avaliao, critrios de aceitao mais rgidos, tcnicas de aplicao
mais adequados aos servios de manuteno e novos materiais de aplicao, bem como do surgimento
no mercado de empresas especializadas na inspeo de revestimentos refratrios. A tabela 3 faz um
resumo das principais descontinuidades observadas em refratrios de vasos de presso e os critrios de
aceitao normalmente aplicados por essas novas prestadoras de servio.
DESCONTINUIDADE
Trincas superficiais
Perda de espessura
Deteriorao qumica
Desprendimento
Formao de coque
MTODO DE AVALIAO
Medir abertura da trinca (profundidade e
extenso no so motivos de rejeio)
Furar com broca fina e medir a
profundidade com estilete
Penetrar um estilete o mais fundo possvel
sem o uso de ferramentas
Martelamento com martelo bola de 250
gramas
Remover a impregnao com
martelamento
CRITRIO DE ACEITAO
Mxima abertura admissvel
de 3 mm.
Mxima perda admissvel de
da espessura original.
Mxima penetrao admissvel
de da espessura original.
Diferena de som numa rea
mxima de 150 x 150 mm.
Perda mxima na espessura do
revestimento de da
espessura original.
A tabela 4 resume a capacidade de vrios exames no destrutivos em funo do tipo do defeito esperado
ou a ser avaliado.
TIPO DE DEFEITO
TRINCAS SUPERFICIAIS
ALVOLOS
PERDA DE ESPESSURA UNIFORME
TRINCAS INTERNAS
POROSIDADE
FALTA DE FUSO
INCLUSES/VAZIOS INTERNOS
MEDIO DE ESPESSURA
EV
O
X
X
EXAME NO DESTRUTIVO
US ME/US RX PM LP
EA
O
O
X
X
X
O
X
O
X
X
X
O
X
O
O
X
X
X
X
X
O
X
X
O
X
X
O
RX
PM
POR
LP
RADIOGRAFIA OU GAMAGRAFIA
PARTCULAS MAGNTICAS
LIQUIDO PENETRANTE
Tabela 4 - Resumo da capacidade de deteco dos ENDs mais usuais em vasos de presso.
2.2. PRINCIPAIS CARACTERSTICAS DOS ENDS USADOS EM VASOS DE PRESSO
2.2.1. EXAME VISUAL
2.2.1.1. CONCEITO: O Exame Visual primeira tcnica de inspeo a ser usada pois alm de
completar as demais tcnicas pode fornecer informaes diretas quando se trata de defeitos que
afloram a superfcie.
2.2.1.2. APLICAO: O Exame Visual aplicado em todas os tipos de equipamentos, bem como nas
tubulaes e seus acessrios ligados aos equipamentos. Outra grande aplicao dessa tcnica de
inspeo na avaliao de revestimentos.
2.2.1.3. VANTAGENS: As principais vantagens so a velocidade e o baixo custo. Alm de requerer
pequena preparao da superfcie. Na maioria dos casos, pode ser executado com o
equipamento em operao.
2.2.1.4. LIMITAES: Danos superficiais e diferena de interpretao entre tcnicos.
2.2.2. EXAME DE ULTRA-SOM
2.2.2.1. CONCEITO: Nesta tcnica emite-se uma onda snica no interior do equipamento e analisa-se
sua resposta. As falhas tpicas detectadas por esta tcnica so trincas ou vazios internos e
superficiais, bem como impurezas internas no metal ou soldas. Alm de ser largamente usado
na avaliao de perda de espessura.
2.2.2.3. VANTAGENS: Deteco de falhas internas em materiais e soldas. Alm de ser usado para
acompanhar o desenvolvimento de defeitos, devido a sua grande capacidade de repetibilidade
dos resultados.
2.2.2.4. LIMITAES: Materiais de granulao grosseira, como soldas austenticas e alguns fundidos,
podem dificultar a interpretao dos resultados. Geometrias complicadas e pouco acesso podem
dificultar uma melhor inspeo. Deve se ter cuidado tambm na escolha dos equipamentos mais
adequados para cada servio.
NOTA: O exame de ultra-som automatizado indicado quando se deseja um acompanhamento mais
detalhado da evoluo de uma falha do tipo trinca, reas com reduo de espessura, etc. O
sistema automatizado geralmente formado por um computador que controla simultaneamente
a inspeo com dois ou mais cabeotes. Os sinais recebidos so armazenados junto com a
posio correspondente da origem do sinal.
As principais vantagens desta tcnica automatizada so:
- Uma viso de vrias posies de uma falha com a identificao do comprimento, localizao,
profundidade, largura e orientao.
- Todos os resultados da inspeo so armazenados num disquete e podem ser analisados na
poca oportuna e por vrias pessoas.
- A interferncia do inspetor minimizada.
2.2.3. RADIOGRAFIA
2.2.3.1. CONCEITO: A tcnica radiogrfica pode ser utilizada para detectar falhas superficiais ou
internas em materiais ou juntas soldadas. Uma radiao na forma de raios X, gama ou nutron
introduzido por um lado do material a ser inspecionado e o filme recebe as radiaes que
atravessam o material do lado oposto. A imagem mostrada no filme chamada de radiografia. As
regies com falta de material aparecero no filme como reas mais escuras, devido a menor
absoro das radiaes.
Os raios gama e X so similares, sendo usados para materiais metlicos. Nutrons so usados
para materiais que absorvem mais as radiaes, materiais que tem mais hidrognio, como os
plsticos, alguns adesivos e a gua.
20
Temperatura de Curie: Temperatura acima da qual um material ferromagntico perde o ferromagntico e passa a
paramagntico ( materiais cuja sensibilidade magntica pequena )
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Pgina: 151 de 268
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
A escolha do exame no destrutivo mais indicado para cada parte de um vaso de presso no auxilio a
inspeo de manuteno depende basicamente de: mecanismo de deteriorao atuante no vaso,
caractersticas do metal base e depositado, dimenses da parte do vaso a ser inspecionada e do tipo de
descontinuidade mais provvel associada ao mecanismo de deteriorao. Assim, antes de escolher o
END necessrio conhecer os itens descritos acima. A tabela 5 faz uma sugesto de correlao usual
entre mecanismos de deteriorao, tipo de descontinuidade e END mais adequado.
MECANISMO DE
DETERIORAO
TIPO DE
DESCONTINUIDADE
FADIGA
Trinca superficial
FLUNCIA
Trinca superficial e
deformaes
CHOQUE
TRMICO
Trinca superficial e
deformaes
CORROSO SOB
TENSO
Trinca superficial
CORROSO
Perda de material
DETERIORAO
PELO
HIDROGNIO
EROSO
Trincas superficiais e
internas
Perda de material
ALTERAES
METALRGICAS
Trincas superficiais e
internas e alteraes
microestruturais
SOBRE PRESSO
Trincas superficiais e
internas
LOCAIS MAIS
PROVVEIS
END MAIS
INDICADO
Pontos de concentrao de
tenses (ex. soldas, ZTA de Partculas Magnticas
solda, canto reto de bocais, ou Lquido Penetrante
soldas de suportes, etc.)
Partculas Magnticas
ou Lquido Penetrante,
Pontos quentes
Dimensional e
Medio de espessura.
Partculas Magnticas
Pontos sujeitos a grandes
ou Lquido Penetrante,
variaes de temperatura
Dimensional e
Medio de espessura.
Pontos de concentrao de
tenses e meio propcio
Partculas Magnticas
(ex. soldas, ZTA de solda,
ou Lquido Penetrante
canto reto de bocais, soldas
de suportes, etc.)
Frestas, sob depsitos,
regies com tenso
Medio de espessura
diferencial, bocais de
ou Radiografia.
pequeno dimetro.
Chapas com segregaes,
Partculas Magnticas
diferencial de tenses e
ou Lquido Penetrante
dupla laminao.
e Medio de espessura
Regies de mudana de
fluxo, regio com
turbulncia, bocais de
Medio de espessura
pequeno dimetro, etc. (ex. ou Radiografia
entrada ou sada de produto
no vaso)
Partculas Magnticas
Pontos de concentrao de
ou Lquido Penetrante,
tenses e ou pontos
Ultra-som,
quentes.
Metalografia e Dureza.
Partculas Magnticas
Pontos de concentrao de
ou Lquido Penetrante
tenses
e Ultra-som.
Aps a escolha da melhor tcnica de inspeo a ser adotada tambm importante a determinao de
como o exame deve ser realizado. O detalhe de como o exame deve ser realizado depende basicamente
das caractersticas fsicas do equipamento e da posio da descontinuidade. Esses dois fatores vo ajudar
na definio de como realizar o enxame. Detalhes do tipo: qual o ngulo do cabeote de ultra-snico
mais indicado, qual a melhor posio da fonte de radiao, qual o sentido de aplicao do fluxo
magntico mais apropriado, etc.
3. PLANEJAMENTO
3.1. INTRODUO
Planejamento a funo administrativa de determinar antecipadamente o que dever ser feito, qual ou
quais as tcnicas a serem utilizadas, correlacionar as tcnicas definidas com o tipo de deteriorao
procurado, quais os locais a serem inspecionados, como e por quem ser realizados a inspeo, tipo e
quantidade de apoio necessrio e a quantidade de recursos necessrios considerando o tempo disponvel
para a inspeo e manuteno.
O planejamento continua sendo a maneira mais sensata de se estimar: o tipo de inspeo a ser realizada,
o tempo necessrio, material de consumo, equipamentos, apoio, recurso etc. para a realizao da
inspeo em qualquer tipo de equipamento, sistema ou planta operacional e ser tanto mais complexo
quanto for o equipamento, sistema ou planta a ser inspecionado.
Na elaborao de um plano de inspeo deve ser levado em considerao no apenas os servios
relacionados diretamente com a atividade de inspeo, mas tambm as dificuldades de preparao,
acesso e reparos caso estes sejam necessrios depois de completada inspeo.
A seguir esto descritas de maneira sucinta as principais etapas a serem seguidas na elaborao de um
plano de inspeo para um vaso de presso:
3.2. FONTES DE CONSULTA PARA ELABORAR UM PLANO DE INSPEO
Para a elaborao mais adequada de um plano de inspeo interna para um vaso de presso necessrio
antes consultar no mnimo os seguintes itens:
Histrico do Equipamento: ocorrncias operacionais, reparos executados, relatos de descontinuidades
detectadas em inspees anteriores e suas relativas freqncias;
Caractersticas Construtivas do vaso: dimetro, comprimento, bocais, detalhes das soldas (frestas),
internos (tipos e atracaes), materiais, exigncia tratamento trmico de alvio de tenses, existncia
de revestimento interno, chapas de desgaste, instrumentao com tubulaes de pequeno dimetro,
etc.
Caractersticas Operacionais: condies normais de operao, ocorrncias de elevao de temperatura
e ou presso desde a ltima inspeo interna, modificaes importantes no tipo de fluido ou na
velocidade do fluxo, registro de obstrues em operao, etc.
Resultado das Inspees Externas Realizadas: verificar se as descontinuidades registradas durante as
inspees externas executadas j foram sanadas ou esto aguardando a parada do equipamento para
realizar.
Caractersticas dos Mecanismos de Deteriorao: verificar a adequao dos ENDs escolhidos com o
tipo de descontinuidade esperada.
zonas termicamente afetadas, cantos retos de bocais, soldas de suportes, soldas de mudanas de
formas do vaso, sodas de unio casco / bocais, chapas de reforo, clips de sustentao de
plataformas, etc.
Inspeo de revestimentos: os revestimentos internos e externos devem ser inspecionados como
descrito anteriormente. Os revestimentos que no apresentarem deterioraes nos ltimos 12 anos
devem ter seu substrato (metal base) avaliado por medio de espessura em vrios pontos, pelo lado
oposto ao do revestimento. O revestimento do tipo fire proof deve ter uma pequena rea removida
para inspeo visual da suportao do vaso a cada 12 anos ou mais em funo do seu estado
superficial e da agressividade da atmosfera no local.
Previso de Reparos: previso de reparos com base no resultado de inspees anteriores. Essa
previso quando bem feita reduz os custos de manuteno e evita dilatao do prazo de parada, falha
considerada grave para o responsvel pelo plano de inspeo.
3.5. PLANO DE INSPEO
Para facilitar a elaborao de um plano de inspeo algumas empresas costumam usar um formulrio
especfico com a finalidade de que nenhuma parte do vaso seja esquecida na elaborao do plano. A
tabela 6 mostra uma sugesto de formulrio a ser usado para elaborar um plano de inspeo de um vaso
de presso.
PLANO DE INSPEO
IDENTIFICAO DO VASO
LOCAL A SER
INSPECIONADO
1. INSP. INTERNA
- CHAPAS E TAMPOS
- JUNTAS SOLDADAS
- BOCAIS E B.V.
- REVESTIMENTO
- INTERNOS
2. INSP. EXTERNA
- CHAPAS E TAMPOS
- BOCAIS E B.V.
PESCOO
FLANGES
ESTOJOS/PORCAS
LUVAS
NIPLES
PLUG
CHAPA DE REFORO
- PLATAFORMAS
- ESCADAS DE ACESSO
- FUNDAES
- ATERRAMENTO
- SUPORTAO
- FIRE-PROOF.
3. TESTES
- TESTE HIDROSTTICO
EXTENSO
DA INSPEO
DATA DA
INSPEO
/ /
INSPETOR
TIPO DE
INSPEO
DURAO
DOCUMENTO
DE
REFERNCIA
FOLHA:
/ /
APOIO
DETERIORAO
NECESSRIO
ESPERADA
IDENTIFICAO DO VASO
LOCAL A SER
INSPECIONADO
EXTENSO
DA INSPEO
DATA DA
INSPEO
/ /
INSPETOR
TIPO DE
INSPEO
DURAO
DOCUMENTO
DE
REFERNCIA
FOLHA:
/ /
APOIO
DETERIORAO
NECESSRIO
ESPERADA
- TESTE DE ESTANQUEIDADE
CHAPAS DE REFORO
REVESTIMENTO
TABELA 6 - Sugesto de formulrio para a elaborao do plano de inspeo para vasos de presso.
EXEMPLO DE ELABORAO DE UM PLANO DE INSPEO: Elaborar um plano de inspeo
para um vaso de presso vertical, suportado por saia de sustentao, com fire proof, com cerca de
100.000 horas de operao, que ser submetido a uma inspeo peridica interna e externa durante sua
parada operacional, considerando que seu histrico registra problemas de trincas devido corroso sob
tenso na ZTA das soldas da regio de topo. O vaso foi pintado internamente na ltima interveno
como medida preventiva corroso sob tenso.
PLANO DE INSPEO PARA O VASO V 25539
IDENTIFICAO DO VASO
V - 25539
LOCAL A SER
INSPECIONADO
1. INSP. INTERNA
- CHAPAS E TAMPOS
- JUNTAS SOLDADAS
DATA DA
INSPEO
10/ 03 / 98
INSPETOR
JOS
EXTENSO
DA INSPEO
TIPO DE
INSPEO
DURAO
TOTAL
TOTAL
2h/ 1 IE
2h/ 1 IE
20h/2 IE
2h/ 1 IE
20h/2 IE
0,5h/1 IE
TOTAL
EV
EV
PM
EV
PM
EV na
PINTURA
EV
TOTAL
PONTOS
TOTAL
PONTOS
TOTAL
SEDE
TOTAL
TOTAL
ROSCA
TOTAL
ROSCA
TOTAL
TOTAL
TOTAL
TOTAL
SOLDAS DO TOPO
- BOCAIS E B.V.
TOTAL
SOLDAS DO TOPO
- REVESTIMENTO
- INTERNOS
2. INSP. EXTERNA
- CHAPAS E TAMPOS
- BOCAIS E B.V.
PESCOO
FLANGES
ESTOJOS/PORCAS
LUVAS
NIPLES
PLUG
CHAPA DE REFORO
- PLATAFORMAS
- ESCADAS DE ACESSO
- FUNDAES
SOLDAS DO TOPO
DOCUMENTO
DE
REFERNCIA:
REC. PRVIA 3
FOLHA:
01/ 01
APOIO
DETERIORAO
NECESSRIO
ESPERADA
LI,AC,IL,AN
LI,AC,IL,AN
PS,AC,IL,AN
LI,AC,IL,AN
PS,AC,IL,AN
LI,AC,IL
2h/ 1 IE
Corroso/eroso
Corroso/eroso
trincas
corroso/eroso
trincas
trincas,
descolamento
corroso/eroso
EV
ME
2h/ 1 IE
0,5h/ 1 IE
corroso/eroso
corroso
RI, LI
RI, PS
EV
ME
EV
DM
EV
EV
CALIBRAR
RX
CALIBRAR
EV
EV
EV
EV
2h/ 1 IE
0,5h/ 1 IE
0,5h/ 1 IE
0,5h/ 1 IE
0,5h/ 1 IE
0,5h/ 1 IE
0,5h/ 1 IE
1 equipe
0,5h/ 1 IE
0,5h/ 1 IE
0,5h/ 1 IE
0,5h/ 1 IE
0,5h/ 1 IE
corroso/eroso
corroso
corroso
desgaste
corroso/eroso
corroso/eroso
desgaste
corroso
desgaste
corroso/eroso
corroso/eroso
corroso/eroso
trincas
RI, LI
RI, PS
LI
PS
RC, LI
RC, LI
LI
NA
RC, LI
NA
NA
NA
NA
LI,AC,IL
IDENTIFICAO DO VASO
V - 25539
LOCAL A SER
INSPECIONADO
- ATERRAMENTO
- SUPORTAO
- FIRE-PROOF.
3. TESTES
- TESTE HIDROSTTICO
DATA DA
INSPEO
10/ 03 / 98
INSPETOR
JOS
EXTENSO
DA INSPEO
CABO
TOTAL
PONTOS
TOTAL
TIPO DE
INSPEO
EV
EV
ME
EV
DURAO
REPAROS
EV
2h/ 1 IE
vazamento
PREPARAR
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
NA
0,5H/ 1 IE
0,5h/ 1 IE
0,5h/ 1 IE
0,5h/ 1 IE
DOCUMENTO
DE
REFERNCIA:
REC. PRVIA 3
FOLHA:
01/ 01
APOIO
DETERIORAO
NECESSRIO
ESPERADA
rompido
NA
corroso
RI, LI
corroso
RI, PS
trincas
NA
- TESTE DE ESTANQUEIDADE
CHAPAS DE REFORO
REVESTIMENTO
LEGENDA:
EV = EXAME VISUAL
PM = PARTCULAS MAGNTICAS
IE = INSPETOR DE EQUIPAMENTOS
ME = MEDIO DE ESPESSURA
RX = GAMAGRAFIA
NA = NO APLICADO
LI = LIMPEZA
AC = ACESSO
IL = ILUMINAO
AN = ANDAIME
PS = PREPARAO DE SUPERFCIE
RI = REMOO DE ISOLAMENTO
RC = REMOVER CONEXO ROSCADA
Alm do plano de inspeo que utilizado mais na fase de planejamento dos servios a partir desse
plano o inspetor poder elaborar uma lista de verificaes mais simplificada de maneira a evitar que
sejam esquecidas algumas das tarefas previstas no plano traado. A tabela 7 mostra um exemplo de lista
de verificaes preparada para o vaso V 25539 a partir do seu plano de inspeo. (exemplo anterior)
IDENTIFICAO DO
VASO
V - 25539
DATA DA
INSPEO
10/ 03 / 98
INSPETOR
JOS
LOCAL A SER
INSPECIONADO
EXTENSO
DA
INSPEO
TIPO DE
INSPEO
DOCUMENTO
DE
REFERNCIA:
REC. PRVIA 3
DETERIORA
O ESPERADA
TOTAL
EV
corroso/eroso
TOTAL
EV
PM
corroso/eroso
trincas
EV
PM
corroso/eroso
trincas
TOTAL
EV
PINTURA
EV
trincas,
descolamento
corroso/eroso
TOTAL
PONTOS
EV
ME
corroso/eroso
corroso
FOLHA:
01/ 01
RESULTADO DA INSPEO
1. INSP. INTERNA
- CHAPAS E TAMPOS
- JUNTAS SOLDADAS
SOLDAS DO
TOPO
- BOCAIS E B.V.
- REVESTIMENTO
- INTERNOS
TOTAL
SOLDAS DO
TOPO
SOLDAS DO
TOPO
2. INSP. EXTERNA
- CHAPAS E TAMPOS
- BOCAIS E B.V.
IDENTIFICAO DO
VASO
V - 25539
DATA DA
INSPEO
10/ 03 / 98
INSPETOR
JOS
LOCAL A SER
INSPECIONADO
EXTENSO
DA
INSPEO
TOTAL
PONTOS
TOTAL
SEDE
TOTAL
TIPO DE
INSPEO
DOCUMENTO
DE
REFERNCIA:
REC. PRVIA 3
DETERIORA
O ESPERADA
EV
ME
EV
DM
EV
corroso/eroso
corroso
corroso
desgaste
corroso/eroso
NIPLES
TOTAL
ROSCA
TOTAL
EV
CALIBRAR
RX
corroso/eroso
desgaste
corroso
PLUG
ROSCA
CALIBRAR
desgaste
CHAPA DE REFORO
TOTAL
EV
corroso/eroso
- PLATAFORMAS
TOTAL
EV
corroso/eroso
- ESCADAS DE ACESSO
TOTAL
EV
corroso/eroso
- FUNDAES
TOTAL
EV
trincas
- ATERRAMENTO
CABO
EV
rompido
TOTAL
PONTOS
TOTAL
EV
ME
EV
corroso
corroso
trincas
REPAROS
EV
vazamento
CHAPAS DE REFORO
NA
NA
NA
REVESTIMENTO
NA
NA
NA
PESCOO
FLANGES
ESTOJOS/PORCAS
LUVAS
- SUPORTAO
- FIRE-PROOF.
FOLHA:
01/ 01
RESULTADO DA INSPEO
3. TESTES
- HIDROSTTICO
- ESTANQUEIDADE
4.2.RECOMENDAES PRTICAS
Desde o incio dos anos 90 os tcnicos envolvidos na atividade de inspeo comearam a usar como
referncia para inspeo no mais os cdigos de projeto que so excelentes quando se trata de inspeo
de fabricao, mas nada falam sobre inspeo de manuteno, uma inspeo orientada pelos
mecanismos de deteriorao, histrico do vaso, etc. as Recomendaes Prticas de Inspeo elaboradas
pelo API so referncias mundiais para a Inspeo de Manuteno.
Essa mudana ocorrida vagarosamente atravs dos anos 90, provavelmente pelas dificuldades de
estarem escritas em ingls, hoje est presente na grande maioria das empresas. Apesar de no terem
efeito legal so aceitas como referncia de inspeo pela Norma Nacional NR-13.
Consideramos que hoje os tcnicos de inspeo devem consultar documentos especficos referentes
inspeo de manuteno para a elaborao do seu plano de inspeo e at para ajudar a identificar o
mecanismo de deteriorao mais provvel atuante em cada vaso. As Recomendaes Prticas do API
que devem ser consultadas so: API 510 ( ), API 572 ( ), API 581 ( ), essas so genricas e se aplicam a
todos os vasos de presso, mas existem outras especficas em funo da condio operacional ou do
mecanismo de deteriorao identificado no vaso, como por exemplo o API XXX ( ).
At para reparos hoje j existem tcnicas especficas para manuteno desenvolvidas por Institutos de
Pesquisas associados a Empresas diferentes das recomendadas pelos cdigos de construo e que j vem
sendo empregadas em casos especiais de reparos. Essas tcnicas de reparos so aceitas pela Norma
Nacional NR-13 desde que antes de serem utilizadas sejam qualificadas conforme os requisitos do
Cdigo de projeto do vaso.
Em 1984 e 1985 a NR-13 sofreu algumas alteraes, continuando com vrios problemas que
praticamente inviabilizavam a sua utilizao.
Em l995 a NR-13 sofreu novas alteraes, agora com a participao de tcnicos de algumas industrias e
foi totalmente modificada, sendo introduzida nesta, conceitos existente em Normas Europia. A atual
NR-13 classifica os vasos de presso em funo dos dados de projeto e estabelece entre outros itens a
freqncia de inspeo e a periodicidade de testes.
Atualmente no Brasil as Normas Regulamentadoras so os instrumentos legais que exigem inspeo em
vasos de presso e por sua natureza tem fora de lei.
A NR-1 descreve que as Normas Regulamentadoras so de observncia obrigatria pelas empresas
privadas e pblicas e pelos rgos pblicos da administrao direta e indireta, bem como pelos rgos
dos poderes legislativo e judicirio, que possuam empregados regidos pela Consolidao das Leis
Trabalhistas (CLT).
CLASSE DE FLUIDO
4
2,5 PV 1
5
PV 1
A
- Fluido inflamvel
- Combustvel com temperatura igual ou superior a
200C
- Txico com limite de tolerncia 20 ppm;
- Hidrognio;
- Acetileno.
B
- Combustvel com temperatura 200C;
- Txico com limite de tolerncia 20 ppm.
II
III
III
II
III
IV
IV
II
III
IV
II
III
IV
C
- Vapor de gua;
- Gases asfixiantes simples;
- Ar comprimido.
D
- gua ou outros fluidos no enquadrados nas
classes A, B, ou C, com temperatura 50C.
b) As categorias de inspeo variam de I a V, sendo mais rigorosa quanto MENOR for sua categoria.
Assim um vaso enquadrado na categoria I aquele que estar submetido aos maiores rigores da
Norma.
c) A Norma NR-13, na parte referente a vasos de presso aplica-se, basicamente, a vasos de presso,
estacionrios, no sujeitos a chama, cujo produto da presso mxima de operao (KPa) e seu
volume geomtrico (m3) seja superior a 8 ou que armazene fluido classe A.
d) Independente da categoria, todos os vasos devem possuir:
- Placa de identificao: placa fixada no vaso, em local visvel que deve conter algumas
informaes, referentes s condies de projeto do vaso, selecionadas pela Norma.
- Pronturio: so os dados de projeto do vaso.
- Registro de Segurana: registro de todas as ocorrncias que possam influir na segurana do
vaso.
- Projeto de Instalao: caractersticas das instalaes onde o vaso est localizado.
- Projeto de Alteraes ou Reparos: registro dos reparos realizados no vaso que possam
interferir na sua segurana e do procedimento de reparo utilizado.
- Relatrios de Inspeo: registro de alteraes do vaso que estejam em desacordo com sua placa
de identificao.
e) Todo vaso enquadrado nas categorias I e II, deve possuir um manual de operao que contenha os
procedimentos especficos adotados para o vaso em manobras operacionais, como: paradas,
partidas, emergncias, etc. Alm disso, os operadores devem ser treinados, conforme os requisitos
especificados na Norma.
f) Todos os reparos ou alteraes devem respeitar o respectivo cdigo de projeto e construo do vaso.
A critrio do Profissional Habilitado, podem ser utilizadas tecnologias de clculo ou
procedimentos mais avanados em substituio aos previstos pelos cdigos de projeto e
construo.
g) A periodicidade de inspeo exigida pela Norma, depende da categoria do vaso e se a empresa
possui Servio Prprio de Inspeo de Equipamentos. A tabela 9 mostra os prazos de inspeo e
exigncias de teste hidrosttico para vasos de presso.
CATEGORIA EXAME EXTERNO
DO VASO COM SPIE SEM SPIE
EXAME INTERNO
TESTE HIDROSTTICO
COM SPIE
SEM SPIE
COM SPIE
SEM SPIE
I
II
III
3 ANOS
1 ANO
6 ANOS
3 ANOS
12 ANOS
6 ANOS
4 ANOS
2 ANOS
8 ANOS
4 ANOS
16 ANOS
8 ANOS
5 ANOS
3 ANOS
10 ANOS
6 ANOS
12 ANOS
IV
6 ANOS
4 ANOS
12 ANOS
8 ANOS
7 ANOS
5 ANOS
A CRITRIO
10 ANOS
A
CRITRIO
A
CRITRIO
A
CRITRIO
16 ANOS
20 ANOS
i)
j)
Em situaes que possam alterar as condies iniciais do vaso este deve ser submetido a uma
inspeo de segurana extraordinria. Por exemplo : quando houver alterao de local do vaso.
Aps a inspeo deve ser emitido relatrio de inspeo contendo no mnimo o seguinte:
- identificao do vaso;
- fluido de servio e categoria do vaso;
- tipo do vaso;
- data de incio e trmino da inspeo;
- tipo de inspeo executada;
- descrio dos exames e testes executados;
- resultados das inspees e intervenes executadas;
- concluses;
- recomendaes e providncias necessrias;
- data prevista para a prxima inspeo;
- nome e assinatura do profissional habilitado;
- nome e assinatura dos tcnicos que participaram da inspeo.
5. INTERVALOS DE INSPEO
Em todo territrio brasileiro os prazos mximos de inspeo interna, externa e teste hidrosttico para os
vasos de presso devem ser os estipulados na Norma Regulamentadora NR-13, j descritos. Entretanto
necessrio que se verifique tecnicamente se o vaso no necessita uma interveno antes do prazo
mximo estipulado pela NR-13. Essa verificao feita conhecendo-se o mecanismo de deteriorao
preponderante no vaso e pelo clculo da vida remanescente das partes do vaso. Na maioria das vezes a
vida remanescente das partes de um vaso estabelecida com base em medies de espessura realizadas
periodicamente em pontos pr-definidos pelo Profissional Habilitado responsvel pelo equipamento.
A freqncia com que um vaso de presso deve ser inspecionado depende de vrios fatores, sendo os
mais importantes os seguintes:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
O API-510 recomenda que o intervalo entre inspees internas inicial adotado no seja maior do que o
menor valor entre: metade da vida remanescente do vaso, calculada pela taxa de desgaste, ou 10 anos.
O clculo da vida remanescente do vaso deve ser feito pela expresso matemtica a seguir:
VIDA = ( t1 - t2 ) / tc
Onde: t1 = menor espessura medida do vaso.
t2 = espessura mnima, calculada para a parte do vaso medida com base nas condies de
projeto do vaso.
tc = taxa de corroso determinada como descrito a seguir.
A taxa de corroso deve ser determinada pela expresso:
tc = ( ti - tf ) / t
Onde : ti = espessura medida no incio da contagem do tempo t de exposio do metal ao meio
corrosivo;
tf = espessura medida, no mesmo ponto da medio inicial, aps o tempo t de exposio
do metal ao meio.
t = tempo de exposio do metal ao meio corrosivo.
A espessura mnima e a taxa de corroso mxima das partes de um vaso devem ser determinadas
adotando-se para a medio da espessura um dos seguintes mtodos:
a)
Pode ser usado um exame no destrutivo, como ultra-som ou radiografia, que no afetam a
segurana do vaso. Algumas vezes podem ser necessrios a confirmao da espessura com um furo
de sondagem quando o mtodo no destrutivo for considerado incerto.
b) Devem ser feitas medidas em todas as aberturas disponveis.
c) A profundidade de corroso pode ser determinada por comparao com uma superfcie vizinha no
corroda.
d) Em reas com pitting a perda de espessura devido a profundidade dos pitting pode ser desprezada se
for atendido todos os requisitos descritos na parte 6, item 1.3.4. dessa apostila. Caso a rea no seja
aceita e os pitting no puderem ser desconsiderados dever ser verificado se a espessura
remanescente na regio do maior pitting (espessura remanescente = espessura longe do pitting profundidade do pitting) menor do que a adotada como espessura atual. Caso afirmativo essa
espessura remanescente dever ser adotada como atual.
Tanto em vasos novos como para vasos em servio, deve ser usado um dos seguintes mtodos para
determinar a taxa de corroso provvel, que junto com a espessura remanescente servem para estimar o
prazo mximo para a prxima inspeo.
a) Pode ser usada a taxa de corroso calculada para outro vaso com as mesmas condies de operao.
b) Caso no sejam disponveis dados de vasos com a mesma condio operacional, podem ser usados
os dados de publicaes de vasos, com condies de operao similares.
c) Se nenhum dos mtodos acima for possvel, a taxa de corroso deve ser determinada aps 1.000
horas de operao (aproximadamente 1,5 ms), utilizando-se aparelho monitor de corroso ou medir
a espessura com um mtodo no destrutivo. As medidas devem ser feitas posteriormente em
intervalos adequados.
Depois de algumas inspees, tendo se registrado as ocorrncias relativas ao vaso de presso, pode-se
modificar o intervalo de inspeo previamente estabelecido, levando-se em conta sempre que dever
permanecer um mnimo de sobre-espessura para corroso, no intervalo entre duas inspees.
As mudanas nas condies de operao de um vaso que possam afetar a taxa de desgaste ou
deteriorao devem ser estudadas para que sejam introduzidas as modificaes necessrias nos
intervalos de inspeo.
Se a localizao do vaso for modificada, o vaso deve ser inspecionado antes de ser reutilizado.
Em condies normais, os intervalos de inspeo devem ser estabelecidos em coordenao com os
rgos de manuteno e operao.
Em alguns casos, as condies mnimas de limpeza exigidas para o bom funcionamento do vaso podem
determinar a durao de sua campanha operacional.
Uma vez definida a freqncia de inspeo, o vaso poder ser inspecionado regularmente dentro desse
esquema. Isto, porm no significa que o intervalo de inspeo tenha que ser obedecido com rigor
extremo. Deve-se admitir uma certa flexibilidade a fim de se poder ajust-lo s necessidades do
processo e disponibilidade de mo-de-obra de manuteno e inspeo.
Independentemente das inspees programadas, sempre que o vaso for retirado de operao e aberto por
qualquer razo, a oportunidade dever ser aproveitada para uma inspeo, mesmo que esta seja parcial.
GRAU 0
GRAU I
GRAU II
GRAU III
PROBABILIDADE
5
4
3
2
1
ALTO
ALTO
MDIO MDIO
/ ALTO / ALTO
ALTO
MDIO
/ ALTO
ALTO
BAIXO
BAIXO MDIO
BAIXO
MDIO
/ ALTO
BAIXO
MDIO
/ ALTO
CONSEQUNCIA
TABELA 11 Determinao do risco de um vaso conforme API-RP-581
A probabilidade de falha varia de 1 a 5, sendo considerada 1 a menor probabilidade possvel de
ocorrncia da falha. Por exemplo: probabilidade 5, corresponde a probabilidade de ocorrncia superior a
80% e a 1 inferior a 10%.
A conseqncia E corresponde a pior conseqncia, como: exploso e perdas de vida e a conseqncia
A corresponde a pequenas perdas materiais, sem para operacional.
5.4. MTODOS DE MEDIDA DA ESPESSURA
As medidas de espessura podem ser obtidas por vrios mtodos destrutivos ou no destrutivos, em
funo de fatores tais como: preciso desejada da medida, dificuldade de acesso rea a ser medida,
tempo disponvel, custo, condio operacional do vaso, etc.
Para medir a espessura de parede de um vaso, vrios processos e instrumentos podem ser utilizados,
sendo os mais usuais descritos a seguir:
a) FURO DE SONDAGEM
O furo de sondagem um mtodo destrutivo e de grande preciso para determinao de espessura. A
medida feita pela colocao de um calibre mecnico especfico no furo de sondagem, com
aproximadamente 3 mm de dimetro.
Aps realizada a medio feita a obstruo do furo por meio de tampo roscado e selado com solda.
Deve-se verificar a necessidade de alvio de tenses no vaso.(figura 4).
Este mtodo de medio geralmente utilizado quando a espessura de parede do vaso j est muito
prxima da espessura mnima, segundo as medies executadas por processos no destrutivos,
principalmente em tanques de armazenamento.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
FURO PASSANTE
ESPESSURA
DO VASO
LINING
e e
e2
e1 = ESPESSURA MNIMA DO VASO.
e2 = ESPESSURA DO REVESTIMENTO
OU SOBRE-ESPESSURA DE
CORROSO.
e3 = ESPESSURA NOMINAL DO VASO.
MICRMETRO DE
PROFUNDIDADE
CORROSO
CILINDROS DE CORROSO
SOLDADOS AO CASCO DO VASO.
RELGIO
HASTE COM
ESCALA
BUJO COM
MARCADOR
ESCALA EM
POLEGADAS
ANEL COM
ESCALA
LINGUETA
CURSOR
ESCALA EM
MILMETROS
Paqumetro
Micrmetro de
profundidade
FIGURA 7 - Calibres mecnicos
e) MEDIDORES ULTRA-SNICOS
Estes instrumentos so bastante prticos para medir espessuras de paredes. Baseia-se no princpio de
reflexo de ondas ultra-snicas, quando estas atingem uma superfcie.
Para se efetuar uma medio, faz-se o contato, em um dos lados da parede a medir, com um cabeote
(transdutor) contendo um cristal que vibra em alta freqncia. Esta vibrao (impulso) se propaga pelo
material e ao atingir o lado oposto refletida; a onda refletida (eco) captada pelo cabeote.
Sendo a velocidade de propagao constante para cada material, o intervalo de tempo entre o impulso e
o eco diretamente proporcional espessura da parede que se est medido.
Associando-se estes princpios a um tipo especial de cronmetro eletrnico, obtm-se uma leitura direta
da espessura da parede medida.
conveniente salientar que estes instrumentos podem ser utilizados para medir materiais metlicos e
no metlicos, bastando, para isso, regular o aparelho de acordo com o material que se quer medir.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
6. TESTES
Aps terminados os servios de inspeo e de manuteno onde foram recomendados e executados
reparos que podem ter afetado a estrutura do vaso, torna-se necessrio realizar um teste de presso que
poder ser feito com gua, ar, vapor, ou outro meio que proporcione igual efeito sem aumento dos riscos
inerentes ao teste.
Atualmente a Norma Regulamentadora NR 13, do ministrio do trabalho exige uma periodicidade do
teste de presso em funo das caractersticas do vaso e sua condies operacionais, como j descrito.
6.1. TESTE HIDROSTTICO
O teste hidrosttico consiste na pressurizao do vaso com um fluido apropriado, a uma presso, cujo
valor no ponto mais alto do vaso denominada de "presso de teste hidrosttico".
Exceto para o casco de vasos integralmente construdos de materiais adequados para baixas
temperaturas, o teste hidrosttico com gua, no poder ser feito numa temperatura inferior ao maior
valor entre a temperatura mnima de projeto do vaso (calculado conforme API RP 920) ou 15C.
Para os vasos construdos em aos inoxidveis austenticos ou com revestimentos desses materiais a
gua do teste no pode conter mais de 50 ppm de cloretos.
6.1.1. TESTE HIDROSTTICO PADRO
De acordo com o pargrafo UG-99 do ASME seo VIII, a presso de teste hidrosttico deve ser, em
cada ponto do vaso, igual ou maior ao valor calculado pela expresso abaixo:
Ptp 1,5 PMTAvq . ( Sf / Sq)
onde: PMTAvq = presso mxima admissvel de trabalho do equipamento na situao corroda na
temperatura de projeto;
Sf = tenso admissvel do material temperatura do teste;
Sq = tenso admissvel do material na temperatura de projeto;
Ptp = presso de teste hidrosttico padro.
NOTA: Para os vasos fabricados pela edio do ASME aps 2000 o fator 1,5 da expresso matemtica
acima no clculo de Ptp deve ser substitudo pelo fator 1,25.
Este valor o mnimo estabelecido pelo cdigo, mas a critrio do projetista e usurio do equipamento,
este poder ser testado com uma presso determinada atravs de um procedimento alternativo.
Qualquer valor de presso entre o procedimento padro e o alternativo pode ser adotado, de acordo com
o ASME.
Quando no for calculada a PMTA do vaso est dever ser considerada igual presso de projeto.
6.1.2. TESTE HIDROSTTICO ALTERNATIVO
A presso de teste alternativo, atuando no topo do vaso, ser calculada da seguinte forma:
Determina-se a PMTA para cada parte constituinte, na condio no corroda e na temperatura do teste
(PMTAnf, para cada componente); multiplicamos cada um desses valores por 1,5 ou 1,25, se o vaso foi
construdo com a edio do ASME aps 2000; desconta-se a altura hidrosttica atuando em cada parte;
em relao ao topo do equipamento, adota-se o menor valor calculado.
OBSERVAES:
1.
As condies do teste devem ser claramente definidas entre fabricante e usurio. Deve ficar claro se
a presso de teste referente ao vaso novo ou corrodo, assim como se a presso de teste referente
ao vaso na posio horizontal ou vertical (para os vasos verticais exige-se a determinao dos
valores de presso de teste nas duas posies).
2.
O cdigo no limita superiormente a presso de teste, porm presses acima dos valores de Ptp21 ou
Pta22, podero provocar deformaes excessivas causando a rejeio do equipamento.
3.
importante lembrar que, na condio de teste hidrosttico, a tenso mxima poder atingir 80%
do limite de escoamento do material na temperatura ambiente, nas partes pressurizadas. Nas partes
no pressurizadas pode-se considerar a tenso admissvel bsica acrescida de 33,33%.
4.
Vasos submetidos a presso externa devero tambm ser submetidos a um teste hidrosttico ou
quando este for impraticvel a um teste pneumtico. Em qualquer caso a presso de teste no dever
ser inferior a 1,5% vezes a diferena entre a presso atmosfrica normal e a mnima presso
absoluta interna; a presso interna mxima admissvel calculada da mesma maneira que para os
vasos sujeitos a presso interna.
21
22
inoxidveis austenticos, evitar respingos de gua em vasos onde estes so incompatveis com as
condies operacionais, etc.
A definio da temperatura de fundamental importncia quanto a possibilidade de introduzir
descontinuidades no vaso devido a modificaes microestruturais ocorridas com o vaso aps horas de
operao. Para o clculo da menor temperatura a ser usada no teste hidrosttico recomenda-se a
utilizao dos requisitos do Cdigo API RP 920, que esto descritos a frente.
Entretanto a definio da presso mxima a ser adotada no teste constituem-se em geral a maior
preocupao do Profissional Habilitado. Recomenda-se que este no adote simplesmente a presso de
teste definido na condio de projeto que recomendada apenas para o vaso quando na condio de
novo que no o caso na condio de manuteno quando um vaso levado a teste para atender as
exigncias da NR-13. Para atender as exigncias da NR-13 e garantir as condies de segurana do vaso
sem submet-lo a esforos desnecessrios recomenda-se adotar como presso mxima de teste a presso
de abertura do dispositivo de segurana que protege o vaso mais 10%, pois esta ser a mxima presso
que o vaso poder ser submetido na condio de operao ou mesmo se o vaso for submetido a um
incndio com aumento de presso.
6.1.4. REALIZAO DO TESTE HIDROSTTICO
A presso de teste hidrosttico deve ser medida no topo e fundo do vaso, mas a presso que deve ser
adotada com presso de teste o valor medido no topo do vaso. No fundo do vaso esta presso estar
adicionada altura de carga hidrulica.
Recomenda-se usar no mnimo dois manmetros aferidos para acompanhamento do teste. Um prximo
ao sistema de pressurizao de maneira a facilitar o controle da velocidade de pressurizao e o outro no
topo do vaso. Quando se utilizar trs manmetros um deles pode ser registrador. Recomenda-se tambm
que sejam instalados bloqueios entre os manmetros e os vasos para permitir sua substituio durante o
teste caso seja necessrio.
Os manmetros devem possuir uma faixa graduada correspondente cerca do dobro da presso de teste
prevista, porm, em nenhum caso, essa faixa deve ser menor do que 1,5 vezes ou maior do que quatro
vezes essa presso.
Os vasos horizontais so testados na posio horizontal.
Os vasos verticais, quando novos, podem ser testados em uma das seguintes posies:
a) Vertical;
b) Horizontal, somente se o teste mantiver as dimenses do vaso dentro das tolerncias permitidas.
Obs. A presso de teste deve levar em considerao a modificao da coluna hidrosttica quando o
vaso vertical testado na posio horizontal.
Antes de se realizar o teste hidrosttico em vasos montados sobre suas fundaes, deve ser verificado se
estas foram projetadas considerando o peso do vaso cheio dgua.
Em vasos de grande volume para gases, caso a fundao no possa resistir com segurana ao peso do
vaso cheio d'gua, duas solues podem ser adotadas:
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
PRESSO
Quando a presso de teste hidrosttico for superior a presso de abertura da vlvula de segurana ou
alvio, esta deve ser removida. No recomendada aplicao de carga adicional na mola da vlvula, para
impedir a sua abertura.
PTESTE
Reduzir a presso
gradativamente e
abrir os bocais
superiores para
evitar vcuo.
0,5. PTESTE
15 minutos
Acomodao
15 minutos
+ tempo de
inspeo
TEMPO
A seo 2 deste mesmo documento estabelece que a verificao de tenacidade do material deve ser feita
sempre que se desejar carregar um vaso de presso em temperaturas inferiores a 1200F ( 490C) que o
caso do teste hidrosttico, normalmente realizado com a gua na temperatura ambiente.
Existem inmeros relatos de vasos de presso que romperam por fratura frgil durante a realizao do
teste hidrosttico como resultado da baixa tenacidade do material na temperatura de teste aliada a
existncia de descontinuidade com dimenses permitidas pelo cdigo de construo, pois o vaso no foi
projetado para ser carregado na temperatura ambiente.
Com a finalidade de evitar novos casos de perda de vasos de presso durante o teste hidrosttico devido
fratura frgil recomendamos que seja adotado o procedimento especificado a seguir e que est descrito
no Apndice A do API-RP-920, para determinar a temperatura mnima da gua para o teste hidrosttico
de um vaso de presso.
SEQNCIA PARA A DETERMINAO DA TEMPERATURA MNIMA DA GUA PARA O
TESTE HIDROSTTICO EM VASOS DE PRESSO
1. VASOS COM ESPESSURA DE PAREDE INFERIOR OU IGUAL A 2 POLEGADAS (
50,8
mm.)
1.a) Determinar a temperatura mnima de projeto para o vaso utilizando as curvas da figura 9 (cpia da
figura D-1 do API-RP-920).
Nessa figura aparecem quatro curvas com as letras A, B, C e D, que representam famlias de materiais
que apresentam tenacidade similar. Utilizando as curvas dos materiais das diversas partes do vaso em
funo da espessura determina-se a temperatura mnima de projeto do vaso.
1.b) Determinar a temperatura mnima da gua para o teste hidrosttico do vaso.
Adiciona-se a temperatura mnima de projeto do vaso 100F ( 6oC), ou seja:
TEMPERATURA MNIMA DA GUA = TEMPERATURA MNIMA DE PROJETO + 6oC
OBS. Temperaturas em graus Celsius (oC)
2. VASOS COM ESPESSURA DE PAREDE MAIOR DO QUE 2 POLEGADAS (
50,8 mm.)
2.a) Determinar a temperatura mnima de projeto para o vaso utilizando as curvas da figura 9 (cpia da
figura D-1 do API-RP-920).
Nessa figura aparecem quatro curvas com as letras A, B, C e D, que representam famlias de materiais
que apresentam tenacidade similar. Utilizando as curvas dos materiais das diversas partes do vaso em
funo da espessura determina-se a temperatura mnima de projeto do vaso.
140
Temperatura mnima de projeto em 0 F
120
Curva B
100
80
Curva C
60
Curva D
40
20
0
-20
-40
-60
-80
0
Figura 9 - Curvas de referncia para determinao da temperatura mnima de projeto dos materiais.
(cpia da figura D-1 do Apndice D do API-RP-920 - edio 03/90)
Exemplo de aplicao: Determine a temperatura da gua para teste hidrosttico do vaso de presso de
maneira a minimizar o risco de fratura frgil do vaso durante o teste . Sabendose que o vaso tem as caractersticas descritas a seguir.
- Vaso cilndrico horizontal
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
MATERIAL (ASTM)
A-285 Gr. C
A-516 Gr. 60
A-283 Gr. C
A-106
A-105
ESPESSURA (polegadas)
2,0
2,0
1,0
0,5
NA
RESOLUO
1. Clculo das temperaturas mnima de projeto de cada material
MATERIAL
(ASTM)
ESPESSURA
(polegadas)
CURVA DA
FIGURA 15a
A-285 Gr. C
A-516 Gr. 60
A-283 Gr. C
A-106
2,0
2,0
1,0
0,5
A
C
A
B
F
100
21
67
-7
C
37.8
-6,1
19.5
-21.7
Resposta: Portanto a temperatura da gua para realizar o teste hidrosttico do vaso, sem o risco
de ocorrer fratura frgil durante o teste, de 440 C.
6.2. TESTE PNEUMTICO
O ensaio pneumtico executado quando o vaso e seus suportes e/ou fundaes no sustentam o seu
peso d'gua, ou quando no for possvel uma perfeita secagem para eliminao da gua restando traos
que no sero permitidos por motivos operacionais de certas unidades.
A presso de teste, em nenhum caso, deve exceder o valor calculado pela expresso a seguir:
PTESTE PNEUMTICO = 1,25 . PMAvq . ( Sf / Sq
)
onde: PMAvq = presso mxima admissvel de trabalho do equipamento na situao corroda na
temperatura de projeto;
Sf = tenso admissvel do material na temperatura do teste;
Sq = tenso admissvel do material na temperatura de projeto;
A presso no vaso deve ser aumentada gradualmente, at cerca da metade da presso de teste. Aps ter
sido alcanado esse valor, a presso no vaso deve ser aumentada em incrementos de 1/10 da presso de
teste, at a presso requerida. Em seguida a presso deve ser reduzida para um valor igual a 80% da
presso de teste, e mantida o tempo suficiente para a inspeo do vaso. (figura 10.
Em alguns casos, desejvel que os vasos sejam testados quando estiverem parcialmente cheios com
lquidos. Para tais vasos, pode ser usado um teste hidrosttico e pneumtico combinado, como uma
alternativa ao teste pneumtico. Nesses casos a presso de teste dever ser a mesma da calculada para o
teste pneumtico.
De acordo com o pargrafo UW-50, nos vasos de presso, a serem testados pneumaticamente, as
seguintes soldas devem ser submetidas, em todo o seu comprimento a um exame de partculas
magnticas ou lquido penetrante, quando o primeiro no for possvel, com a finalidade de detectar
possveis trincas:
a) Todas as soldas em volta de aberturas.
b) Todas as soldas de ngulo com espessura da garganta maior do que 6 mm.
Os vasos que operam a vcuo podem ser ensaiados com presso, que indicar melhor os vazamentos
existentes.
Como medida de segurana deve-se observar que, durante toda a execuo do teste pneumtico, at a
completa despressurizao, somente devero ter acesso ao vaso e suas imediaes as pessoas
estritamente necessrias execuo do ensaio e inspeo do equipamento.
OBS. O TESTE PNEUMTICO S DEVE SER ADOTADO QUANDO NO HOUVER OUTRA
ALTERNATIVA.
PT
t2
0,8.PT
t3
0,5.PT
t1
TEMPO
2a ETAPA:
3a ETAPA:
NOTAS: 1. O incremento de presso entre as etapas 1 e 2 deve ser de 1/10 da presso de teste.
2. Aps completada a 3a ETAPA, reduzir gradativamente at a presso atmosfrica e abrir os
bocais superiores para evitar vcuo no esvaziamento.
3. A presso de teste deve ser calculada conforme o cdigo ASME pargrafo UG-99.
6.3. TESTE DE ESTANQUEIDADE
6.3.1. ESTANQUEIDADE DE BANDEJAS
Vazamentos de bandejas, pratos e outros acessrios internos de vasos de presso causam perdas de
eficincia do equipamento, do ponto de vista operacional, podendo acarretar tambm um acmulo de
produtos em locais do vaso que onde este no foi previsto, podendo influenciar na deteriorao do
equipamento.
O projeto de alguns vasos admite um mnimo de perdas por vazamentos nas bandejas, pratos e outros
acessrios o que pode ser verificado por um ensaio especfico de estanqueidade. A bandeja inundada,
com gua, at a altura da chapa de nvel do vertedor, sendo o seu esvaziamento espontneo
cronometrado. A inspeo visual da parte inferior da bandeja indicar o nmero de gotas que vazam na
unidade de tempo, atravs das regies de vedao do assoalho da bandeja.
6.3.2. TESTE DE ESTANQUEIDADE PARA CHAPAS DE REFORO
Esse teste usado para verificar a existncia de vazamentos nas soldas de atracao de chapas de reforo
de bocais em vasos de presso.
Ressaltamos que o teste de estanqueidade no visa a anlise da resistncia mecnica da solda, nem da
chapa de reforo.
Recomenda-se que o teste seja conduzido, como descrito a seguir:
RESUMO DO TESTE:
1.
Colocar ar comprimido ou gs inerte (nitrognio, hlio ou argnio) atravs de um niple, com entalhe
na extremidade, conectado no furo de ensaio. (figura 11).
OBS. O entalhe no niple para evitar o bloqueio do gs no caso da extremidade do niple entrar em
contato com o casco do vaso.
2. A chapa deve ser pressurizada com uma presso entre 0,7 e 1,0 Kgf/cm2.
3. Aps 15 minutos da pressurizao deve ser colocada, sobre as soldas em teste, uma soluo
formadora de bolhas.
OBS. A norma Petrobrs sugere a utilizao de uma soluo de sabo lquido, glicerina e gua na
proporo de 1 x 1 x 4,5 de cada componente em volume.
MANMETRO
SOLDAS EM TESTE
EQUIPAMENTO
DE
PRESSURIZAO
SADA PARA
ATMOSFERA
VLVULAS GLOBO
Para equipamentos construdos em ao carbono que operam com temperaturas abaixo de 400C a
principal causa de deteriorao tem sido a CORROSO, que nessas condies um fenmeno de
natureza eletroqumica. Os meios mais comuns da industria qumica e petroqumica que provocam esse
tipo de deteriorao so meios que contm um ou uma combinao dos seguintes constituintes:
- Compostos de enxofre;
- Cloretos;
- pH acima de 9 ou abaixo de 6;
- cidos inorgnicos fortes;
- cidos orgnicos fortes;
- gua com pH abaixo de 6;
- Aerao diferencial.
As regies de entrada e sada de fluido de um equipamento so pontos onde os mecanismos de
deteriorao presentes se associam a mecanismos de eroso e / ou turbulncia do fluido, sendo locais
que merecem uma maior ateno quando de uma inspeo. So exemplos desses locais os seguintes:
-
vertedores de bandejas;
casco do vaso junto aos vertedores (figura 2) e regies prximas dos distribuidores e frontais aos
bocais de entrada de fluido no vaso;
chapas de desgaste.
Cabe destacar que dependendo das condies climticas da regio onde o equipamento est localizado,
bem como do nvel de poluio e da umidade relativa do ar, a corroso atmosfrica torna-se uma das
formas de desgaste mais importante e que exigi um grande dispndio com aplicao de revestimentos
protetores como: pintura, galvanizao, cadmiao, etc. para ser minimizada.
A eficincia desses sistemas de proteo est fortemente relacionada com a preparao da superfcie a
ser protegida e que no campo passa ser um grande desafio, devido as dificuldades em ser executar uma
boa preparao sem agredir o meio ambiente. A utilizao do jateamento com areia que vinha sendo
largamente usado, com boa eficincia, na preparao de superfcies a serem protegidas no pode mais
ser utilizada em locais abertos, na grande maioria dos municpios do territrio Brasileiro a exemplo de
outros pases.
As figuras 12 e 13 mostram o resultado de um levantamento feito, pela instalao de corpos de prova em
regies diferentes do Estado de So Paulo, onde pode ser observada a influncia da umidade relativa do
ar e do tipo de poluentes na taxa da corroso atmosfrica para o ao carbono.
150
U.R. = 80%
50
100
U.R. = 97%
U.R. = 58%
10
20
30
40
TEMPO ( dias )
o
FIGURA 12 - Corroso do ao carbono, sem proteo, em funo da Umidade Relativa do ar numa
atmosfera marinha.
120
100
U.R. = 90% + 0% SO2
80
U.R. = 70 % + 0,01%SO2
60
40
20
0
0
10
20
30
40
TEMPO ( dias )
Fragilizao pelo hidrognio, pode ocorrer quando o fluido interno ao vaso possui hidrognio
molecular ou promove alta taxa de corroso do casco com gerao de hidrognio atravs das
reaes catdicas;
Fragilizao do material devido a precipitao de carbonetos, pode ocorrer em vasos que operam
acima de 400C;
Fragilizao do material devido a corroso intergranular, normalmente este fenmeno est
precedido de precipitao de carbonetos que pode ter ocorrido antes do equipamento entrar em
operao, devido a tratamentos trmicos ou procedimentos de soldagem mau executados.
Dupla-laminao que podem aflorar aps corroso da superfcie do metal ou durante a inspeo por
ultra-som de chapas ou juntas soldadas;
Vazios de fundio que afloram aps corroso da superfcie;
Incluses excessivas que nucleam trincas devido modificao do estado de tenses nas imediaes
das juntas soldadas.
Alguns defeitos introduzidos na fabricao por procedimentos indevidos tambm podem vir a ser
observados em inspees de manuteno, sendo os mais usuais os seguintes:
-
Considerando o descrito acima podemos concluir que a investigao das causa de deteriorao de um
equipamento exigem no apenas um conhecimento das suas condies operacionais, como tambm de
um histrico do vaso desde a sua fabricao.
7.2 TIPOS DE DETERIORAO CAUSADAS PELO HIDROGNIO
As falhas causadas pela penetrao do hidrognio no material do casco de vasos de presso tm cada vez
mais merecida ateno dos tcnicos que atuam na rea de anlise de causas de deteriorao e,
principalmente, quando se pretende estabelecer a vida remanescente de um equipamento. Por isso, sero
descritas a seguir as principais causas de deteriorao provocadas pelo hidrognio nos materiais em
geral.
7.2.1 EMPOLAMENTO
O empolamento pelo hidrognio um DESCOLAMENTO de parte da espessura do metal, devido a
penetrao de hidrognio atmico no seu interior, que aps ficar retido nas descontinuidades deste,
podem provocar uma presso interna suficiente para originar o descolamento. (figura 14).
A figura 6 mostra as etapas de formao do empolamento pelo hidrognio.
Os materiais mais susceptveis a sofrerem empolamento pelo hidrognio so os aos carbono, ligas
ferrticas e martensticas de cromo-ferro e ligas de mangans-ferro.
Os elementos de liga: titnio, molibdnio, vandio e tntalo podem formar hidretos que agravam o
problema.
EMPOLAMENTO
DESCONTINUIDADE
METAL
H2 H2
H
H+ H+
H
H+
METAL
H+
+
H+ H
H+
MEIO
PENETRAO DO HO NO
INTERIOR DO METAL
ATRAVS DE
FATORES QUE
INTERFEREM
FORMAO DE H2 OU CH4 EM
DESCONTINUIDADES COMO:
DUPLA-LAMINAO,
INCLUSES, VAZIOS, ETC.
EMPOLAMENTO
FIGURA 15 - Mecanismo de formao do empolamento pelo hidrognio.
7.2.2 TRINCAS INDUZIDAS PELO HIDROGNIO (HIC23)
Quando o metal no tem ductilidade suficiente para sofrer deformao plstica e aliviar a presso
provocada pelo hidrognio ou CH4 retida nas suas descontinuidades, ocorrem pequenas fissuras, em
geral, em planos paralelos a superfcie do metal (figura 16). Na maioria das vezes est associada a
regies soldadas, conformadas ou tencionadas localmente.
FIGURA 17 - Trincas devido ao hidrognio unidas na forma de degraus e localizadas prximas a regies
com tenses de trao (SOHIC).
7.3. TRINCAS DEVIDO A CORROSO SOB-TENSO NA PRESENA DE SULFETOS
(SSCC26)
Em meios onde existe sulfeto de hidrognio em quantidade suficiente para catalisar as reaes de
corroso, a reao catdica de produo de hidrognio catalisada e, alm disso, os pittings de corroso
formados iro nuclear e facilitar a propagao de fissuras a partir da superfcie do metal (figura 18). Em
geral, esse tipo de deteriorao est associado as regies onde existem tenses residuais e a nucleao
das fissuras ocorre nas regies endurecidas pelo processo de soldagem (dureza acima de 22 HRC).
trincas superficiais prximo a soldas
24
Cada rgo deve criar seus formulrios, da maneira que melhor se adapte aos registros que sero
efetuados e que facilite a consulta.
Algumas empresas do ramo petroqumico costumam adotar 4 formulrios para registro das informaes,
divididos da maneira mostrada na tabela 5. Assim, o histrico de um vaso formado por um pasta
contendo vrios formulrios. Sendo que os registros de dados tcnicos e clculos estruturais devem ser
feitos uma nica vez e corrigidos sempre que houver alteraes no vaso e os referentes ao resultado da
inspeo e medidas efetuadas, devem ser emitidos por inspeo realizada.
As figuras 19, 20, 21 e 22 mostram exemplos de formulrios que podem ser adotados.
FORMULRIO
REGISTRO
- Unidade operacional a qual o vaso pertence.
- Servio bsico do vaso.
- TAG. do vaso.
- Categoria do vaso segundo a NR-13.
DADOS
- Dados de projeto.(eficincia de junta, extenso da radiografia, alvio de
TCNICOS
tenses, cdigo de construo, revestimento, temperatura, presso, PMTA,
(Figura 19)
presso de teste hidrosttico, sobre-espessura de corroso e procedimentos
utilizados)
- Dados de fabricao.(especificaes dos materiais, dimenses, espessuras
nominal e mnima de todas as partes do vaso)
- Dados de operao (temperatura, presso, identificao do dispositivo de
segurana do vaso e sua presso de abertura)
- Alteraes
- Reparos
- Unidade operacional a qual o vaso pertence.
- Servio bsico do vaso.
- TAG. do vaso.
- Tipo de inspeo realizada e a data de incio e trmino da inspeo.
RESULTADO - Categoria do vaso segundo a NR-13.
DA INSPEO - Observaes da inspeo realizada.
(Figura 20)
- Recomendaes de reparos emitidas.
- Reparos executados.
- Tipo e quantidade de exames no destrutivos e testes realizados .
- Executante dos exames e procedimento utilizado.
- Resultados dos exames no destrutivos e testes realizados.
- Recomendaes para a prxima inspeo.
- Previso de reparos.
- Concluso da inspeo.
- Data da prxima inspeo e teste hidrosttico.
- Unidade operacional a qual o vaso pertence.
- Servio bsico do vaso.
MEDIDAS
- TAG. do vaso.
EFETUADAS - Categoria do vaso
(Figura 21)
- Local e valor das medidas realizadas.
- Data e identificao do inspetor.
- Mtodo e aparelho usado na medio.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
FORMULRIO
REGISTRO
- Clculo da taxa de corroso e vida residual.
- Unidade operacional a qual o vaso pertence.
CLCULOS
- Servio bsico do vaso.
ESTRUTURAIS - TAG. do vaso.
(Figura 22)
- Categoria do vaso.
- Espessura mnima de projeto calculada para cada parte do vaso, usando as
frmulas do cdigo de projeto.
TABELA 6 - Registros da inspeo.
UNIDADE
FABRICANTE
TAG
CATEGORIA
DADOS DE PROJETO
No DO DESENHO DE CONJUNTO
ALVIO DE TENSES
RADIOGRAFIA
NORMA DE PROJETO
EFICINCIA DE JUNTA
REVESTIMENTO EXTERNO
REVESTIMENTO INTERNO
TEMPERATURA
PRESSO
PMTA
TEMPERATURA
DADOS DE OPERAO
PRESSO
DISPOSITIVO DE SEGURANA
TAG.
COMPONENTE
MATERIAL
DADOS DE FABRICAO
DIMENSES ESPESSURA
NOMINAL
PRESSO DE AJUSTE
ESPESSURA
MNIMA
SOBRE
ESPESSURA
CASCO
CALOTA S
CALOTA N
BOCAIS
ESTOJOS
PORCAS
JUNTAS
BANDEJAS
VLVULAS
TUBOS INTERNOS
ENCHIMENTO
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
PARTE 6
ASSUNTO
PGINA
1. ANLISE DE DESCONTINUIDADES........................................................
01
01
02
05
05
23
23
24
34
2. REPAROS ....................................................................................................
37
3. AVALIAO DE INTEGRIDADE...............................................................
53
1. ANLISE DE DESCONTINUIDADES
Uma das caractersticas de uma junta soldada a presena de descontinuidades em funo do seu
tamanho. A qualidade de uma junta depende da tecnologia empregada e das dificuldades especficas
para sua fabricao, e bastante sensvel a fatores tais como: processo e procedimento de soldagem,
posio de soldagem, habilidade do soldador, dificuldades de montagem, grau de restrio, etc. Para fins
estruturais, indispensvel que se efetue um controle de qualidade das juntas soldadas, o que implica
na deteco e caracterizao de descontinuidades - que podem variar quanto distribuio, tamanho e
natureza (poros, incluso de escria, trincas etc.) - para, em seguida, compar-las a um padro de
aceitao ou rejeio. Esta necessidade levou a um grande desenvolvimento de tcnicas de exames no
destrutivos (END). Deste modo, define-se uma lista de descontinuidades inaceitveis, denominadas
defeitos, que devero ser reparadas ou reavaliadas atravs de tcnicas especficas, baseadas nos
conceitos da Mecnica da Fratura.
So dois os critrios utilizados no estabelecimento do padro de comparao para aceitao ou rejeio
das descontinuidades, e esto descritos a seguir.
1.1. QUALIDADE CONVENCIONAL
A utilizao de um processo adequado de soldagem na fabricao, aliada a um controle de qualidade
eficiente, permitiu que vrios componentes e equipamentos tivessem bom desempenho em servio. Este
fato mostrou que as descontinuidades que permaneceram nestas soldas eram de natureza e dimenses
tais que no comprometeram o desempenho estrutural das mesmas. Os padres de aceitao e rejeio
de descontinuidades, nos cdigos de construo destes equipamentos, baseiam-se justamente na
premissa de que o bom emprego da tecnologia de soldagem leva a uma qualidade convencional (QC)
que a experincia em servio demonstrou ser segura. Esse o critrio de aceitao normalmente
utilizado na fabricao e montagem de equipamentos para a industria em geral, baseado portanto em
dados de experincias bem sucedidas, sem a necessidade de anlises estruturais quanto as possibilidades
reais de falhas.
Este padro de qualidade, porm, no se restringe apenas ao controle de descontinuidades necessrio
tambm a obteno dos nveis de propriedades mecnicas e tolerncias dimensionais requeridos pelo
projeto. Sua definio seguiu uma linha filosfica distante de bases consistentes com uma anlise de real
significncia das descontinuidades, e nem poderia ter sido diferente. S a partir de 1980, com a
publicao do documento PD 649327, que critrios com embasamento cientfico para esta anlise
atingiram o estgio de consolidao necessrio a sua aplicao em engenharia. Deste modo, devido ao
desconhecimento da real significncia das descontinuidades, o limite de qualidade convencional (LQC)
definido pelos cdigos de construo como, por exemplo o ASME, foi estabelecido com base na
qualidade das soldas que um soldador deve ser capaz de produzir rotineiramente. Este critrio
arbitrrio e muitas vezes desnecessariamente restritivo: poros e incluses de escria so admitidos at
certos tamanhos, enquanto trincas e defeitos planares no so aceitos, independentemente do tamanho.
Mesmo assim, alguns cdigos estabelecem critrios de registro parcial de descontinuidades que se
situam esquerda do LQC e que so, portanto, aprovados.
Conhecidas as descontinuidades, estas so comparadas com o nvel de QC. Naturalmente o LQC estar
sempre direita do limite de deteco dos END, e suficientemente esquerda do limite de segurana
27
PD 6493 = Norma Inglesa da British Standards Institute, que apresenta um procedimento para anlise de descontinuidades
do tipo planar.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Pgina: 191 de 268
No DE DESCONTINUIDADES
estrutural (LSE). Entretanto, quanto mais para a direita se deslocar o LQC, menor ser o ndice de
reparos, implicando na reduo de prazos, custos dos servios de manuteno e muitas vezes
viabilizando a continuidade operacional de equipamentos. (figura 1)
DESC.
IGNORAD
DESC.
REGISTRADAS
DESC. A
SEREM
REPARADAS
TAMANHO
LIMITE DE
DETECO DO
ENSAIOS NO
DESTRUTIVOS
LIMITE DE
QUALIDADE
CONVENCIONAL - LQC
LIMITE DE SEGURANA
ESTRUTURAL
FIGURA 1 - Variao do nmero de descontinuidades com o seu tamanho em uma junta soldada.
1.2. QUALIDADE PARA USO ESPECFICO
Em determinadas situaes, a anlise da significncia de descontinuidades para evitar reparos
desnecessrios pode ser necessria, como por exemplo:
a)
ou a Norma B.S.7910 que trata-se de um documento editado pela Bristis Satandart Institute, em Janeiro
de 1999, sendo bastante similares e que geralmente levam a resultados semelhantes.
Em funo do descrito acima as figuras 2 e 3 , sugerem uma seqncia de etapas a serem seguidas na
anlise de descontinuidades em vasos de presso que j tenham operado.
DESCONTINUIDADES QUE NO ESTO AFLORANDO A SUPERFCIE
DESCONTINUIDADE APROVADA
DESCONTINUIDADE REPROVADA
PROPAGAO
POSSVEL POR FADIGA,
BAIXA TENACIDADE OU
SOBRE PRESSO
PROPAGAO
POSSVEL POR CST
OU HIDROGNIO
1. NO EXECUTAR O
REPARO COM SOLDA
2. VERIFICAR POSSIBILIDADE
DE EXECUTAR TESTE
HIDROSTTICO
3. ESTABELECER PROGRAMA
DE ACOMPANHAMENTO DA
DESCONTINUIDADE
DESCONTINUIDADE APROVADA
DESCONTINUIDADE REPROVADA
PROPAGAO
POSSVEL POR FADIGA,
BAIXA TENACIDADE OU
SOBRE PRESSO
PROPAGAO
POSSVEL POR CST
OU HIDROGNIO
1. NO EXECUTAR O
REPARO COM SOLDA
2. VERIFICAR POSSIBILIDADE
DE EXECUTAR TESTE
HIDROSTTICO
3. ESTABELECER PROGRAMA
DE ACOMPANHAMENTO DA
DESCONTINUIDADE
b) O componente no opera na condio de fluncia (temperatura menor ou igual a 4000C , para aos
carbono, 4550C para aos baixa liga e 5100C para aos de alta liga);
c) Os efeitos das cargas dinmicas no so as mais significantes para o componente em anlise.
A anlise pode ser feita em trs nveis, sendo que o nvel 1 o mais simples de ser realizado, exige
menor preciso de dados, entretanto fornece resultados mais conservativos e pode ser realizado por
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
d) Os componentes sujeitos a tenses de dobramento como: unies entre cilindros e tampos, bocais,
cabeotes retangulares de resfriadores ar, etc. devem ser analisados pelos nveis 2 ou 3;
e) O componente aprovado para operar pela anlise em nvel 1, s poder ser submetido a teste
hidrosttico se esse fato for considerado no clculo (presso e temperatura);
f) Os componentes com descontinuidades do tipo trinca aprovados para as condies de operao pelo
nvel 1 que forem submetidos a teste hidrosttico, devero ser reexaminadas e reavaliados aps o
teste. O teste hidrosttico dever ser realizado com a gua numa temperatura acima dos valores
extrados da figura UCS-66 do Cdigo ASME seo VIII diviso 1, de maneira a garantir a
tenacidade do material nas condies do teste;
g) Para aos carbono a tenso admissvel no dever ser superior a 25 Ksi (1758 Kgf/cm2);
h) Para outros materiais o limite de escoamento dever ser menor ou igual a 40 Ksi (2812 Kgf/cm2) e o
limite de resistncia a trao dever ser menor ou igual a 70 Ksi (4922 Kgf/cm2);
i) As soldas devero ter sido executadas com consumvel de resistncia mecnica maior ou igual ao do
metal base;
j) Para os valores de tenacidade (na forma de: KIC ou CTOD) devero ser adotados os valores mnimos.
1.3.1.2. DETERMINAO DAS DIMENSES DA TRINCA
A caracterizao da descontinuidade do tipo trinca que ser analisada pelos critrios do documento APIRP-579 dever ser feita pelas seguintes dimenses:
-
As trincas passantes (figura 4 a) e de borda (figura 4 b) so definidas por uma nica dimenso, j as
demais (figura 4c/4d/4e) devem ser transformadas numa elipse ou parte dela e caracterizadas pelas
dimenses c e a. A dimenso c, corresponde ao comprimento da trinca ou a metade dele e a
dimenso a corresponde a altura da trinca ou a metade dela. Para as trincas internas defini-se
adicionalmente o parmetro d, como sendo a distncia da trinca at a superfcie mais prxima (figura
4d).
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
FALHA REAL
FALHA IDEALIZADA
2c
2c
t
t
a) TRINCA PASSANTE
t
b)TRINCA DE BORDA
2c
2c
a
c)TRINCA SUPERFICIAL
2c
2c
t
2a
d)TRINCA INTERNA
c
a
2a
d
c
a
e)TRINCA DE CANTO
FIGURA 4 - Nomenclatura e idealizao de falhas tipo trinca
Quando a trinca no estiver na direo normal as principais tenses atuantes no sentido de propagao
da trinca poder ser determinado o comprimento equivalente da trinca, como mostrado na figura 5.
Recomenda-se realizar uma anlise conservativa utilizando 2C0 = 2C, independente da direo das
principais forar atuantes.
< 45o
2C
a)
2C0
OU
b)
2C
45o
FIGURA 5 - Processo de definio de uma trinca equivalente normal ao plano da tenso principal
Quando a altura da trinca, valor a ou 2a" da figura 4 no for normal a superfcie, dever ser calculado
um novo valor a0 ou 2a0, como descrito a seguir:
a) Projetar a trinca sobre um plano normal a superfcie plana, como mostrado na figura 6;
b) Medir o valor do ngulo e determinar o valor W usando a figura 7;
c) Calcular o valor de a0 ou 2a0, pela equao: a0 = a. W ou 2a0 = 2a .W , conforme o caso;
d) Calcule o novo valor de d que ser menor.
SITUAO DE ANLISE
SITUAO REAL
a0
a = a0 . w
2a0
2a
d0
d
2a = 2a0 . w
FIGURA 6 Determinao da altura da trinca para anlise, para trincas que no sejam perpendiculares a
superfcie, valores de W devem ser tirados da figura 7.
1,2
Valores de W
1,15
1,1
1,05
1
0,95
0,9
0
16
24
32
40
48
56
64
72
82
90
2c0
2c0
a0
2c
a = 1,2. a0
2c1
2c1
2c2
2c2
2c3
2c3
b) CONFIGURAO EQUIVALENTE
a) CONFIGURAO INICIAL
2c
2c1
2c2
2c3
c) CONFIGURAO EQUIVALENTE
APS INTERAO DAS TRINCAS
2C1
2C2
C1 + C2 S 2C = 2C1 + 2C2 + S
a2
a1
a1 + a2 S 2a = 2a1 + 2a2 + S
S
2a1
2C1
C1 + C2 S 2C = 2C1 + 2C2 + S
2C2
2a1
2a2
2C1
2C1
a1 + a2 S a = a1 + 2a2 + S
a1
a
2a2
2C2
2C2
2a2
S1
2a1
S2
C1 + C2 S2
2C = 2C1 + 2C2 + S2
e
e
a1 + a2 S1
2a = 2a1 + 2a2 + S1
2C1
2C1
a1
S1
S2
2C2
2a2
C1 + C2 S2
2C = 2C1 + 2C2 + S2
e
e
a1 + a2 S1
a = a1 + 2a2 + S1
2C2
S
2C1
2C2
C1 + C2 S 2C = ao comprimento
total, baseado no comprimento das duas
trincas
2C
S1
C1 + C2 S1
e
2C = 2C1 + 2C2 + S2
C1 + C2 S2
S2
2C1
Trincas internas que esto muito prximas a superfcie devero ser analisadas como trincas superficiais,
como mostra a figura 11.
2C S
as
2a b
2C b
se d / t < 0,2
2CS = 2Cb + 2d
e
aS =2ab+d
Trincas superficiais com profundidade maior do que 80% da espessura devero ser analisadas como
trinca passante, como mostra a figura 12.
2c t
2c S
aS
se a S / t > 0,8
2C t = 2C s + 2 (t - a S)
d) etapa 4: determine a curva que dever ser usada da figura escolhida acima, como segue:
d.1. as linhas slidas devero ser usadas para descontinuidades em que o valor a/t ou 2a/t
sejam menores ou igual a ;
d.2. as linhas tracejadas devero ser usadas para as demais descontinuidades.
d.3. as curvas A devero ser usadas quando a descontinuidade estiver localizada no metal
base, ( descontinuidades em que a distncia at uma junta soldada seja maior ou igual a
1,8. D . t , onde D = dimetro interno e t = espessura do componente);
d.4. as curvas B devero ser usadas quando a descontinuidade estiver localizada na solda ou
zona trmicamente afetada pelo calor de uma junta soldada que tenha sido tratada
trmicamente aps a soldagem para alvio de tenses;
d.5. as curvas C devero ser usadas quando a descontinuidade estiver localizada na solda ou
zona trmicamente afetada pelo calor de uma junta soldada que NO tenha sido tratada
trmicamente aps a soldagem para alvio de tenses;
e) etapa 5: condies limites na aplicao das curvas:
e.1. quando a espessura do componente menor ou igual a 25,4 mm e a curva de (curva
slida) foi utilizada a altura limite para as descontinuidade de 0,25.t (t = espessura do
componente);
e.2. quando a espessura do componente maior do que 25,4 mm e a curva de (curva slida)
foi utilizada a altura limite para as descontinuidade de 6,3 mm.
f) etapa 6: determine a temperatura para entrar no eixo x das figuras 14 a 19, atravs da temperatura
determinada pela expresso (T TREF + 100) 0 F ou (T TREF + 55,6) 0 C, onde:
T = temperatura de anlise determinada. O menor valor entre a temperatura de operao ou
mnima de projeto. No caso de realizar teste hidrosttico aps a anlise dever ser
considerada tambm a temperatura de teste.
TREF = temperatura de referncia do material. Esse valor dever ser determinado pela figura
UCS-66 do cdigo ASME seo VIII diviso 1, que est reproduzida na figura 13 e
proceder como descrito a seguir:
f.1. etapa 1: escolher a curva da figura 13, com base na especificao do material do
componente em anlise. As famlias dos materiais das curvas so:
CURVA A: A curva A indicada para todos os aos carbono e baixa liga na forma de chapas, tubos,
barras, forjados ou fundidos que no estejam relacionados nas curvas B, C e D.
Exemplos de especificaes usuais em vasos de presso em que se aplica a curva A:
ASTM-A-283 todos os graus, (ao carbono);
ASTM-A-201 todos os graus, (ao carbono);
ASTM-A-212 todos os graus, (ao carbono);
ASTM-A-203 Gr. B, (ao C-Mo);
ASTM-A-285 Gr. C, (ao carbono);
ASTM-A-515 Gr. 70, (ao carbono);
ASTM-A-387 Gr. 11, (ao com 1 %Cr - % Mo);
ASTM-A-387 Gr. 12, (ao com 1% Cr - % Mo);
ASTM-A-387 Gr. 22, (ao com 2 %Cr - 1% Mo)
160
Curva A
140
Temperatura mnima de projeto em 0 F
120
Curva B
100
80
Curva C
60
Curva D
40
20
0
-20
-40
-60
-80
0
FIGURA 14 Limites de aceitao para descontinuidades do tipo trinca, aplicado a soldas longitudinais
de cilindros, com a descontinuidades paralela a junta soldada.
FIGURA 15 Limites de aceitao para descontinuidades do tipo trinca, aplicado a soldas longitudinais
de cilindros, com a descontinuidades perpendicular a junta soldada.
a) Nenhum pitting pode ter profundidade maior do que a metade a espessura de projeto do vaso
(espessura nominal28 - sobre espessura de corroso)
b) Num crculo de dimetro igual a 200 mm, a soma das reas da superfcie do vaso com pitting no
pode ser superior a 45 cm2 .
c) A soma das dimenses dos pitting numa linha reta aleatria traada no interior de um crculo de 200
mm no pode ser maior do que 50 mm. ( figura 20 )
d1
DETALHE
d2
d3
200 mm ( 8 in )
CRITRIO DE ACEITAO:
d1 + d2 + d3 + ......... + dn 50 mm ( 2 in )
FIGURA 20 - Procedimento de medida para rea com pitting.
1.3.4. REA COM REDUO DE ESPESSURA
Uma rea considerada de espessura reduzida quando a sua perda de espessura for maior do que a sobre
espessura de corroso, ou quando a espessura remanescente for menor que a espessura de projeto,
calculada com base nas condies de projeto do vaso, aplicando-se as frmulas de clculo do cdigo
utilizado no projeto.
A anlise de componentes pressurizados com reduo de espessura devido a corroso e ou eroso feita
pelo documento API-RP-579 pode ser usada para possibilitar a continuidade em operao nas condies
de projeto ou reclassific-lo para uma nova condio de operao.
A anlise feita com base numa espessura mnima determinada de maneira apropriada quando a perda
de espessura uniforme. Quando existem reas com perdas de espessuras diferentes a definio da
espessura mnima poder ser feita atravs do uso de um perfil de espessura como mostrado na figura 24.
28
espessura nominal = espessura mnima calculada pelo cdigo + ajustes comerciais + acrscimos de deformao
Pgina: 214 de 268
A distino entre reas com perda de espessura uniforme e localizada pode ser feita atravs do
levantamento do perfil de perda de espessura.
1.3.4.1. CONDIES LIMITES PARA REALIZAR A ANLISE
A anlise pode ser aplicada para reas com perda de espessura uniforme ou localizada ou ainda para os
casos em que a perda de espessura prevista, com base na taxa de corroso medida, ir exceder o valor
admissvel de perda por corroso. A perda de espessura pode ser devido a deteriorao da superfcie
interna ou externa do componente. Sero mostrados dois processos de anlise: um com avaliao da
espessura remanescente atravs de um perfil de espessura e o outro atravs de medida pontual.
Os componentes que no forem aprovados para operao podero ser reclassificados para uma nova
condio de operao. Essa reclassificao dever ser feita usando as frmulas do cdigo de construo
para o clculo da espessura mnima, determinando-se uma nova condio combinada de presso e
temperatura de operao, fazendo o caminho inverso do usado no clculo da espessura mnima.
A exemplo do descrito para anlise de falhas do tipo trinca, tambm neste caso a anlise poder ser feita
em trs nveis de aceitao. A anlise em nvel 1 mais simples, exige menor preciso dos dados de
campo, porm os resultados so mais conservativos e tem maiores limites de aplicao. J o nvel 3
pode ser aplicado a qualquer situao, mas exige dados de campo mais precisos, mais difcil de ser
realizado, porm os resultados so menos conservativos. A anlise em nvel 2, tambm se aplica a
praticamente todos os casos, tem a vantagem de ser menos complexo que o nvel 3, exige uma preciso
nos dados de campo menor do que o nvel 3, mas os resultados so mais conservativos do que o nvel 3
e menos do que o nvel 1. normalmente o nvel de anlise mais utilizado, entretanto sempre que
possvel recomenda-se realizar a anlise em nvel 1.
Para realizar a anlise utilizando-se os critrios do nvel 1 ou 2 necessrio que o componente a ser
avaliado atenda aos seguintes requisitos de fabricao, montagem e inspeo:
a) O componente tem que ter sido projetado, montado e inspecionado de acordo com os requisitos de um
cdigo de construo reconhecido internacionalmente;
b) O componente no opere sobre condies de fluncia, ou seja, a temperatura de projeto dever ser
menor ou igual aos valores mostrados na tabela 1;
c) A regio a ser analisada tem contornos suaves, sem entalhes (isto no existem pontos de
concentraes de tenses);
d) O componente no est sujeito a servios cclicos, ou seja o componente est sujeito a menos do que
150 ciclos de presso e/ou temperatura, incluindo paradas e partidas, considerando seu histrico de
operao e previses futuras;
e) O componente no contm descontinuidades do tipo trinca;
f) O componente foi projetado considerando todas as cargas que atuam sobre ele na condio de
operao;
g) A anlise pelo nvel 1 se aplica aos seguintes componentes:
g.1) Sees cilndricas, esfricas e cnicas de vasos de presso;
g.2) Tanques de estocagem;
g.3) Tampos nas formas: esfricos, elpticos e toresfricos;
g.4) Trechos retos de tubulaes;
g.5) Curvas ou tubos curvados, onde no tenha suportao.
h) A anlise pelo nvel 2 se aplica aos seguintes casos:
h.1) Bocais de vasos de presso, tanques e derivaes de tubulaes;
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
FCA = perda de espessura prevista at a prxima inspeo = (taxa de corroso) x (tempo at a prxima
inspeo)
A escolha dos pontos de medida dever ser feita pelo inspetor com base na inspeo visual feita na
regio com reduo de espessura de maneira que as medidas sejam representativas de toda a regio.
Caso no exista acesso a regio, dever ser adotado a distncia entre medidas como mostrado na figura
21.
LS
LS = menor valor entre:
0,36.
e
D.tMIN
2. (espessura nominal = tMIN +
sobre espessura de corroso)
LS
Pontos de medida
tMIN = espessura mnima calculada com a frmula do cdigo, condies de projeto e propriedades dos
materiais.
FIGURA 21 Distncia entre linhas de medida quando no se tem acesso a regio com perda de
espessura
O perfil de espessuras de um componente dever ser levantado como descrito a seguir:
a) etapa 1: determinar o plano de inspeo para medio da espessura, como segue:
a.1) Para Vasos de Presso e Esferas: o plano de inspeo determinado em funo das linhas
circunfernciais e meridionais;
a.2) Para cascos cilndricos, cnicos e esferas: os pontos de medida sero os pontos de
encontro das linhas circunferncias e meridionais, como mostrado nas figuras 22 ou 23.
OBS. Os valores determinados sobre as linhas circunferncias C1, C2, etc. so as medidas
circunfernciais e os valores M1, M2, etc. so as medidas meridionais. A distncia entre
as linhas circunferenciais e meridionais pode ser como mostrado na figura 21.
Casco esfrico
ou tampo
conformado
M3
Regio com perda
de espessura
M2
M1
Eixo do vaso
ou eixo vertical
da esfera
C1
C2
C3
C1
C2
C3
C1
C2
M1 M2 M3
C3
M1 M2 M3
LC
LC
FIGURA 23 Pontos de medida para vasos cilndricos e cnicos
b) etapa 2: determinar os valores de espessura mnima medida (tMM), nas direes meridional e
circunferncial;
c) etapa 3: calcular a espessura mnima requerida (tMIN) para esse componente do vaso, atravs da
frmula do clculo, com as condies de projeto e propriedades mecnicas do material;
e)
etapa 4: determinar o Perfil Crtico de Espessura Mnima (CTP) nas direes meridional (linha M)
e circunferncial (linha C). A CTP de cada direo determinada pela unio dos pontos de
espessura mnima em cada direo, considerando todas medidas executadas, como mostra a figura
24.
rea com perda de espessura
M1
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
M2
M3
M4
M5
e) etapa 5: com a linha M traada com os valores de espessura mnima na direo meridional ou
longitudinal (para cascos cilindricos) e o valor da espessura mnima calculada (tMIN),
determina-se o valor da extenso meridional ou longitudinal da rea com reduo de
espessura, chamada de tamanho s , como mostra a figura 25;
s
tMIN
tMM
Linha M
etapa 6: com a linha C traada com os valores de espessura mnima na direo circunferncial e o
valor da espessura mnima calculada (tMIN), determina-se o valor da extenso circunferncial da rea
com reduo de espessura, chamada de tamanho c , como mostra a figura 26;
c
tMM
tMIN
Linha C
LC
LC
2c
c
c
s
ETAPA 1:
desenhar uma caixa que inclua completamente a rea
marcada. Medir a mxima extenso meridional
(longitudinal) s e a mxima extenso circunferncial
c da caixa. Estas sero as dimenses da rea de
reduo de espessura a serem consideradas no estudo.
2s
ETAPA 2:
desenhar uma segunda caixa duas vezes maior que a
primeira ( 2s x 2c ). Nenhuma outra rea com reduo
de espessura ou outra descontinuidade estrutural poder
entrar dentro dessa segunda caixa.
LC
LC
2c
c
2s
s
s
ETAPA 3:
se houver alguma outra rea com reduo de espessura que interfira na caixa traada inicialmente, dever ser
traada outra caixa maior que envolva ento esta nova rea tambm e se retornar a etapa 2.
FIGURA 27 Critrio de proximidade entre reas com reduo de espessura que deve ser usado
para determinar os tamanhos s e c da rea com reduo de espessura a ser
analisada. A dimenso s se refere ao tamanho meridional ou longitudinal e a
dimenso c se refere ao tamanho circunferncial
t
tMM
tMIN
t
tMM
tMIN
Determinao do tamanho s para anlise quando existem duas os mais reas com
reduo de espessura prximas.
FIGURA 28 Determinao da dimenso s para anlise para nos casos de rea isolada e reas
prximas.
1.3.4.3. CRITRIO DE ACEITAO PELO NVEL 1
O critrio de aceitao estabelecido pelo nvel 1 do documento API-RP-579 est limitado aos
equipamentos que atendem as condies j descritas no item 1.3.4.1, quando o componente com reduo
de espessura causada por corroso e/ou eroso, ou outro processo de deteriorao atender tambm as
seguintes condies:
a) Sees cilndricas, esfricas e cnicas de vasos de presso;
b) Tanques de estocagem;
c) Tampos nas formas: esfricos, elpticos e toresfricos;
d) Trechos retos de tubulaes;
e) Curvas ou tubos curvados, onde no tenha suportao;
f) A regio no esteja prxima de grandes descontinuidades estruturais, como: bocais, pontos de
atracao da suportao do equipamento, regies de transio cnicas e conexes flangeadas.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
Q = fator tirado da tabela 2, com base no valor da razo da espessura remanescente Rt e no fator de
resistncia remanescente, recomenda-se adotar SEMPRE o valor 0,90 (RSFa = 0,90)
VALORES DO COMPRIMENTO PARA ESPESSURA MDIA - L
TABELA 2 Valores de Q para o clculo da dimenso L, a ser considerada no clculo de tAM pelo
mtodo do Perfil de Espessura Mnima Crtica
Assim, tem-se o valor chamado de tAM da regio com perda de espessura, medido atravs do perfil
de espessura crtico da regio.
Etapa 3: Com os valores de: entre na tabela 2A para verificar se a regio est aceita ou precisa ser
recuperada.
d
a
tmn
tmn
b) Empolamento ventado com trinca nas bordas
na direo do lado ventado.
d
a
tmn
tmn
c) Empolamento removido - rea com reduo
de espessura
d
a
tmn
tmn
e) Empolamento ventado com trincas nas
bordas em ambas as direes.
tmn
tmn
g) Empolamento no ventado com trinca nas
bordas na direo do lado mais prximo a
superfcie.
d
tmn 0,5 t
t
tmn
d
d < 0,1 x dimetro do
vaso
t
tmn
c) Distncia entre as bordas de empolamentos adjacentes for maior ou igual ao dimetro dos dois
empolamentos.
d1
d2
t
L d1 e L d2
tmn
tmn
d
t
SOLDA
L > 25 mm ou 2 t
(o maior)
tmn
e) A projeo do empolamento alm da superfcie da chapa for menor do que 10% do dimetro do
empolamento.
EMPOLAMENTO
a < 0,1 d
d
EMPOLAMENTOS
COM TRINCAS
NO SO ACEITOS
a
tmn
2. REPAROS
2.1. INTRODUO
A Recomendao Prtica no 510 emitida pelo comit de inspeo do American Petroleun Institute (API)
chama de REPARO a toda interveno executada num equipamento com o propsito de recoloc-lo nas
suas condies de projeto, sem alterar sua PMTA, nem a temperatura mxima de operao.
cada vez maior o nmero de falhas que necessitam de reparos relatados pelos tcnicos de inspeo,
provavelmente porque o parque industrial brasileiro est ficando velho e devido ao avano no
conhecimento dos exames no destrutivos utilizados nos servios de inspeo.
A grande maioria dos reparos necessrios em vasos de presso esto relacionados a defeitos em juntas
soldadas ou utilizam processos de solda para a sua execuo. Portanto, os procedimentos de reparos
podem ser considerados como procedimentos de reparos com solda.
Nmero do Grupo de
Classificao do Material
1,2 e 3
1,2 e 3
1e2
1e2
1
1
1
2
1
6
Por falta de referncias especficas para reparos de equipamentos que estejam em operao os tcnicos
de inspeo, tem adotado esses mesmos requisitos para a execuo de reparos em vasos com vrias
horas de operao.
As exigncias de tratamento trmico aps soldagem so, basicamente, devidas aos seguinte motivos:
a) Aumento ou modificao do estado de tenses local, junto ao reparo, devido as tenses de contraes
associadas aos processos trmicos. Este caso, est representado no cdigo pela limitao dos valores
de espessura acima do qual os TTAT exigido.
b) Reduo da tenacidade das regies afetadas pelo calor, associada a condio descrita acima. Este caso
est representado no cdigo pela associao da classificao P do material e sua espessura.
c) Aumento da suscetibilidade do material a defeitos, relacionados as condies operacionais e
associada a condio de fratura frgil. (ex. CST, fadiga etc.). Este caso est representado no cdigo
pela exigncia de TTAT para qualquer valor de espessura.
Com base no exposto acima podemos chegar aos chamados REPAROS ALTERNATIVOS. A tabela 4
resume as recomendaes de reparos alternativos.
MOTIVO DO TTAT
Espessura acima dos valores do
cdigo
regies a serem aquecidas e isoladas, especificados nos cdigos de construo, mas, sem levar em
considerao a exigncia de que a abrangncia atinja toda a circunferncia do vaso. Portanto, no TTAT
localizado especial, as regies de aquecimento e isolamento abrangem apenas a parte do equipamento ao
redor do reparo.
Essa modificao de extenso das reas a serem aquecidas e tratadas durante um tratamento trmico
localizado pode ser aplicada para vasos de presso construdos em materiais classificados como P
nmero 1, grupos 1, 2 e 3 e materiais de P nmero 3, grupos 1, 2 e 3.( ou seja aos carbono, carbonomangans e aos de baixa liga cromo-molibdnio ).
O CENPES (Centro de Pesquisas da Petrobrs), junto com a firma Tecnotrate, especializada em
tratamentos localizados de campo, atravs de aquecimento com resistncia eltrica, realizaram estudos
com o objetivo de verificar a efetividade em se realizar tratamento trmico localizado ao redor do reparo
com resistncia eltrica, sem a necessidade de estender as zonas de aquecimento e isolamento em toda a
circunferncia do vaso, ou seja, essas regies so demarcadas, conforme os critrios de extenso dos
cdigos de construo, mas sem a necessidade de envolver toda a circunferncia do vaso.
Foram acompanhados a realizao do TTAT localizados ao redor do reparo, nos equipamentos descritos
a seguir, sem que as reas de aquecimento e isolamento se estendesse em toda a circunferncia do vaso:
- Bocais em esferas.
- Bocais em cascos cilndricos.
- Bocais em tampos torisfricos 2:1.
- Selas em vasos horizontais.
O roteiro desses TTAT localizados ao redor do reparo foi o seguinte:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
A figura 32, mostra os resultados das tenses medidas, no TTAT do bocal da figura 31, antes e aps o
tratamento. Os resultados mostram que o TTAT executado s ao redor do reparo, conforme os requisitos
descritos acima efetivo.
TEMPERATURA
LIMITES DA
REGIO
AQUECIDA
LIMITES DO
REPARO
LIMITES DA
REGIO
ISOLADA
TEMPERATURA DE
TRATAMENTO
METADE DA TEMPERATURA
DE TRATAMENTO
TEMPERATURA
AMBIENTE
DISTNCIA DO REPARO
5.
R. t
10.
R.t
DIMETRO INTERNO DA
ESFERA = 14.700 mm.
PONTOS DE ACOMPANHAMENTO
DO NVEL DE TENSES
MAT. AO
CARBONO
(A-285 gr. C)
ESPESSURA =
32,3 mm.
PONTO 3
PONTO 2
PONTO 4
PONTO 1
REGIO ISOLADA
RAIO = 3100 mm.
ESPESSURA
DA MANTA
CERMICA
DE 150 mm.
REGIO AQUECIDA
RAIO = 900 mm.
chapa de reforo
(A-283 gr. C)
ext. = 660 mm.
esp. = 32,3 mm.
REGIES AQUECIDAS
REGIES ISOLADAS
10
10
TENSO EM Ksi
TENSO EM Ksi
-10
-20
-30
-10
-20
-30
0,5
1,5
PROFUNDIDADE EM mm
ANTES DO TTAS
1,5
PROFUNDIDADE EM mm
APS DO TTAS
ANTES DO TTAS
APS O TTAS
20
10
0
TENSO EM Ksi
TENSO EM ksi
0,5
-20
-40
-60
-10
-20
-30
-40
-80
-50
0
0,5
1,5
PROFUNDIDADE EM mm
ANTES DO TTAS
APS O TTAS
0,5
1,5
PROFUNDIDADE EM mm
ANTES DO TTAS
APS O TTAS
Pr-aquecer a regio a ser soldada e uma rea ao redor desta de, aproximadamente, 6 vezes a
espessura da regio. Se possvel a fonte de calor deve ser instalada do lado oposto ao da deposio
da solda.
2.
Revestir (amanteigar) toda a extenso da cavidade ou chanfro, com eletrodo de pequeno dimetro
de maneira a se obter uma baixa energia de soldagem (heat-imput)30, garantindo uma ZTA estreita e
uniforme.
3.
Remover metade da altura desse passe de revestimento, com esmerilhadeira, para permitir que o
passe seguinte penetre suficientemente na ZTA, de maneira a promover o seu revenimento.
4.
Depositar o segundo passe, com eletrodo de dimetro pouco maior, de maneira que a energia
associada a deposio seja suficientemente alta para promover o revenimento da ZTA associada ao
passe de revestimento (1 passe).
5.
OBS. Durante a soldagem a temperatura deve ser mantida numa faixa de no mximo 50C acima da
faixa de temperatura usada no pr-aquecimento.
Para aos carbono e carbono-mangans, recomenda-se a utilizao das seguintes variveis de soldagem:
a) Pr-aquecimento entre 180 e 260C.
b) Manter a temperatura durante a soldagem entre 200 e 300C..
c) Usar eletrodo de dimetro 2,38 mm (3/32), para deposio da primeira camada.(camada de
amanteigamento).
d) Remover metade da primeira camada com esmerilhamento e inspecionar com partculas
magnticas, se possvel via mida e fluorescente.
e) Depositar a segunda camada usando eletrodo de dimetro 3,18 mm (1/8).
f) Completar a solda com eletrodo de dimetro 3,97 mm (5/32).
Deve ser observado tambm o seguinte:
30
ENERGIA DE SOLDAGEM OU HEAT-IMPUT = a energia trmica transferida para o metal base durante o processo de
soldagem. Essa energia calculada por: E = [(tenso x corrente) / velocidade] x (fator de transferncia de calor relacionado
com o processo de soldagem).
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Pgina: 236 de 268
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
A seqncia dos passes, de cada camada, deve ser da parede lateral para o centro, quando a posio
de soldagem for plana, horizontal ou vertical e do centro para as laterais quando a posio for sobrecabea.
Aps completada a solda, esmerilhar a superfcie, mantendo a temperatura entre 250 e 300C, por
no mnimo 4 horas para cada 25 milmetros de espessura da regio onde foi feito o depsito.
O aquecimento e o resfriamento devem ser executados na velocidade de 15C/hora.
Aps completado o reparo fazer inspeo por ultra-som e teste hidrosttico do vaso.
E=
A primeira camada dever ser aplicada com uma energia entre 0,4 e 0,7 KJ/mm, usando o processo
de eletrodo revestido.
A segunda camada dever ter uma energia 2 a 2,5 vezes maior do que a primeira camada. Assim, a
energia de soldagem da segunda camada dever estar entre 1,0 a 1,5 KJ/mm.
Alm do controle de energia de soldagem so necessrios os seguintes cuidados para garantir os
eficincia do mtodo:
necessrio uma sobreposio mnima de 30 a 50% na aplicao de cada passe das duas primeiras
camadas depositadas. (figura 33)
Na deposio dos passes da segunda camada o eletrodo deve ser mantido apontado para o p do
cordo do primeiro passe, com uma inclinao de 80 a 90. (figura 34)
O procedimento de soldagem estar completo, com requisitos de sentido de deposio descritos a seguir:
-
Para as posies plana, horizontal e vertical a primeira camada deve ser depositada iniciando-se
pelas extremidades da cavidade, se movendo para o centro. Para a posio sobre cabea a seqncia
do interior da cavidade para a sua extremidade. (figura 35)
Para os passes da segunda camada devem ser adotados os mesmos sentidos da primeira camada,
sendo que as bordas do passe junto periferia no devem sobrepor os cordes mais externos da
primeira camada. (esse um dos passos mais importantes do processo, pois a extremidade do reparo
o ponto da ZTA, mais difcil de ser revenido. Por isso, costuma ser usado como regio de controle
do processo). (figura 36)
50% 50%
P DO CORDO
80 a 90
ELETRODO
2
4
3
5
SENTIDO DE PROGRESSO
FIGURA 35 - Sentido de deposio dos passes da 1a camada a ser adotado para as posies plana,
horizontal e vertical.
2a3
2a3
1
3
5
2
4
6
OBSERVAES:
1.
O enchimento da solda deve ser feito com eletrodo de especificao AWS-E-7018 em condies
similares s da segunda camada, no se sobrepondo as extremidades do cordo da segunda camada,
nas bordas do chanfro ou cavidade.
2.
A ltima camada deve ser feita nas mesmas condies da segunda camada chegando at aos limites
dos cordes da primeira camada, sobrepondo at 2 mm das extremidades, revenindo assim aquela
regio da ZTA.
3.
Deve ser feito um ps-aquecimento, para facilitar a difuso do hidrognio que esteja aprisionado no
interior do material, numa temperatura entre 220 e 300C por 4 horas por cada 25 mm de espessura
da regio soldada.
2.2.4 MARTELAMENTO
O cdigo ASME seo VIII diviso 1, no pargrafo UW-39 - Peening, autoriza o martelamento do
cordo de solda para controlar a distoro resultante, aliviar as tenses residuais introduzidas pelo
processo de soldagem.
O ASME seo IX impe como restrio, o martelamento dos passes da ltima camada, pelo risco de se
gerar entalhes superficiais e encruamento. Nos passes intermedirios, considera-se que esses efeitos so
eliminados pelo passe seguinte.
O martelamento da solda pode ser conseguido com pistolas pneumticas, jatos de granalha de ao ou por
marteletes pneumticos, sendo este ltimo o mais usado na industria, devido a facilidade de aplicao e
seu baixo custo.
O martelamento promove a plastificao das regies tencionadas e introduz tenses de COMPRESSO
residuais, neutralizando dessa maneira as tenses residuais de TRAO provenientes das contraes de
soldagem, que so as mais perigosas, pois nucleam e propagam as trincas.
Paralelamente, o martelamento deve ser suficientemente moderado para no provocar fissuras na junta
soldada, mas com energia bastante, para garantir a deformao plstica, em uma profundidade maior que
a espessura fundida no passe superior.
Combinando-se as recomendaes bsicas do ASME e as da literatura especializada, tem-se o seguinte
procedimento a se aplicado para o martelamento:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
O martelamento pneumtico deve ser capaz de gerar um impacto de 12 Joules (9 ft.lb.), a uma
presso mdia de funcionamento de 6,3 Kgf/cm2 (90 psi).
A ferramenta deve ter o bico arredondado com cerca de 12,7 mm de raio.
A temperatura a ser mantida durante toda a operao de martelamento em cada passe deve situar-se
entre 180 e 300C.
O martelamento deve ser aplicado sobre o passe, previamente limpo, com velocidade mdia de 3 a 5
cm/minuto, e uma freqncia mdia de 1400 golpes por minuto, ao longo de todo o cordo.
No martelar os passes das primeira e ltima camadas.
Nos procedimentos onde for adotado um passe final apenas para revenimento, este ltimo passe
deve ser martelado antes de ser removido.
Fazer inspeo por partculas magnticas sobre o passe de acabamento.
A figura 37 mostra o alvio de tenses conseguido com o martelamento de um junta soldada, com metal
base em ao carbono e seguindo as recomendaes descritas acima.
VALORES DE TENSO
200
150
100
50
0
0
20
40
60
80
100
140
APS O MARTELAMENTO
LOCAL
METAL
DEPOSITADO
ZTA
METAL BASE
DUREZA EM BRINELL
ANTES DO
APS O
MARTELAMENTO MARTELAMENTO
216
188
217
188
188
188
2.2.5 METALIZAO
A recuperao por deposio de solda de equipamentos que tem exigncia de tratamento trmico aps a
soldagem (TTAT), devido a trabalharem com fluidos que podem causar corroso sob tenso (CST) ou
defeitos devido ao hidrognio, tem dificultado e as vezes at inviabilizado a possibilidade de
recuperao do equipamento. Alguns rgos de Departamento Industrial da Petrobrs, com a acessoria
do Centro de Pesquisa da Petrobrs tem desenvolvido estudos de maneira a viabilizar esses reparos sem
a necessidade do TTAT
Nesse sentido foram desenvolvidos experincias com a preparao de cerca de 182 corpos de prova em
ao carbono, nas especificaes: ASTM A-515 gr. 70, ASTM A-283 gr. C e ASTM A-105, onde foram
feitos depsitos de solda em todos eles, usando procedimentos de soldagem qualificados, sendo que o
processo de soldagem foi o de eletrodo revestido e o metal de adio na especificao AWS-E-7018. Em
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Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
todos os casos foram sempre feitos um corpo prova com TTAT e outro sem TTAT, variando apenas
entre os corpos de prova algumas variveis de soldagem no sentido de se obter melhor tenacidade da
solda e ZTA.
Dos 182 corpos de prova preparados, 64 tiveram suas superfcies protegidas, usando os seguintes
procedimentos: pintura a base de epoxi betuminoso, pintura a base de epoxi sem solvente, metalizao
com alumnio e metalizao com um liga composta por Ni / Cr / Al / Mo.
Todos os corpos de prova depois de prontos foram submetidos a uma tenso de trao da ordem da
tenso admissvel, calculada de acordo com os critrios do cdigo ASME seo VIII, diviso 1.
Os corpos de prova foram mantidos tencionados e expostos no interior de equipamentos sujeitos a
ataque pelo hidrognio e a corroso sob tenso pelo H2S, por um perodo de exposio de 2250 dias
(aproximadamente 6 anos).
Essa experincia levou aos seguintes resultados:
1. Resultados devido ao ataque pelo hidrognio.
- O tratamento trmico aps soldagem no influiu na susceptibilidade ao ataque pelo hidrognio.
- Os corpos de prova revestidos com pintura ou metalizao, foram IMUNES ao ataque pelo
hidrognio. O steam-out dos equipamentos danificou o revestimento atravs de pintura, mas a
metalizao com alumnio resistiu.
- Os materiais forjados (ASTM A-105), no sofreram ataque pelo hidrognio em qualquer
situao, por isso, foram considerados imunes ao ataque pelo hidrognio.
- Os materiais laminados que tinham a quantidade de impurezas (incluses, vazios) menor tiveram
maior resistncia ao ataque pelo hidrognio, bem com os materiais cuja a morfologia das
incluses foi controlada.
2. Resultados devido a corroso sob tenso causada pelo H2S.
- O tratamento trmico aps soldagem no influiu na susceptibilidade a corroso sob tenso pelo
H2S.
- Tanto os materiais laminados e forjados tiveram comportamento similares. Apenas o teor de
carbono teve influencia. Os materiais com maior teor de carbono tiveram menor resistncia.
Materiais com carbono inferior a 0,35% tiveram maior resistncia.
- As regies que apresentaram maior susceptibilidade ao ataque foram as ZTA, com dureza acima
de 200 HB.
- Os corpos de prova revestidos, mesmo aqueles que foram revestidos apenas sobre a regio
soldada e ZTA, foram IMUNES ao ataque pelo H2S. Nos equipamentos onde foi feito steam-out
a pintura foi deteriorada e a metalizao com alumnio apresentou desempenho satisfatrio.
Aps esses resultados dois outros rgos operacionais da Petrobrs, fizeram reparos usando
procedimento de soldagem comum, qualificado, sem TTAT e seguido de revestimento com alumnio em
vasos de presso. Em um dos rgos o resultado foi bom, aps 3 anos de exposio a um meio sujeito a
corroso sob tenso devido ao H2S, e no outro rgo operacional ainda no se sabem os resultados, pois
os reparos ainda esto na fase de exposio.
3. AVALIAO DE INTEGRIDADE
A estimativa de VIDA RESIDUAL e EXTENSO DE VIDA TIL de unidades, equipamentos e
sistemas operacionais, tem sido alvo de um grande nmero de trabalhos e publicaes nos ltimos anos.
Nesses trabalhos existe sempre um conceito embutido, que a avaliao de integridade fsica dos
componentes do sistema que est sendo estudado.
A etapa de avaliao de integridade to importante dentro do escopo daqueles programas que muitas
vezes chega a ser confundida com o seu objetivo final. Portanto, torna-se necessrio distinguir
claramente os conceitos de vida residual, extenso de vida til e avaliao de integridade, bem como, a
abrangncia de cada um deles.
A avaliao de integridade consiste no levantamento de dados sobre as condies fsicas reais do objeto
em estudo, atravs de uma inspeo detalhada, planejada a partir de informaes colhidas em inspees
anteriores, nos seu histricos de manuteno, inspeo e operao, e em anlises complementares de
tenses, flexibilidade e vibraes. De posse desses dados possvel determinar os mecanismos de
deteriorao e acmulo de danos atuantes.
Em alguns casos, pode-se aplicar tcnicas especiais de anlise para prever quanto tempo de operao
segura o equipamento ainda suporta, isto , estimar sua VIDA RESIDUAL. Entre essas tcnicas podem
ser citadas, por exemplo, a anlise metalogrfica e aplicao dos critrios de Neubauer para a verificao
do estgio de acmulos de danos por fluncia e a aplicao de mecnica da fratura em defeitos
existentes, quando submetidos a esforos mecnicos, tanto estticos como dinmicos.
Em diversas ocasies, entretanto, no possvel estabelecer com preciso vidas residuais, tanto pelo
desconhecimento da cintica dos mecanismos atuantes como pela inexistncia de tcnicas que permitem
anlises mais detalhadas. Nesses casos necessrio estabelecer programas de acompanhamento, afim de
se obter mais informaes sobre aqueles mecanismos ou partir para a remoo dos defeitos e eventual
reparo, requalificando o equipamento para um novo perodo de operao, ou seja, estendendo sua vida
til.
A EXTENSO DE VIDA TIL de um equipamento , dessa forma, a execuo de uma srie de
trabalhos e modificaes nesse equipamento, visando eliminar ou diminuir a influncia de sua histria
passada e ampliar o seu perodo de operao segura.
Os trabalhos relacionados a seguir so exemplos de aplicao das tcnicas de avaliao de integridade
em vasos de presso.
O primeiro trabalho Diretrizes bsicas para um programa de avaliao de integridade, esse trabalho
apresenta a filosofia adotada no detalhamento de um programa de avaliao de integridade de um
sistema de gerao de vapor. ( trabalho apresentado no Simpsio Nacional Sobre Integridade em
Centrais de Vapor )
O segundo trabalho Avaliao da integridade fsica de esferas de GLP, esse trabalho apresenta uma
maneira de avaliar os defeitos detectados durante a inspeo, cuja a remoo pode inviabilizar a
continuidade operacional do equipamento. ( trabalho apresentado no 18o Seminrio Brasileiro de
Inspeo de equipamentos )
Avaliao das tenses atuantes na esfera: Para essa avaliao foram utilizados os seguintes
mtodos:
- Clculo das tenses atuantes no equipamento, nas condies de operao e de teste hidrosttico,
usando as frmulas do cdigo ASME, para tenso de membrana.
- Medida com extensmetro das tenses atuantes, em vrios pontos da esfera, durante a sua
pressurizao para teste hidrosttico.
RESULTADO: Os valores calculados foram mais conservativos do que os valores medidos com o
extensmetro durante o teste hidrosttico.
2.
Determinao do CTOD do material: Para isso foram confeccionados corpos de prova com material
similar ao da esfera e depois soldados com procedimento de soldagem e tratamento trmico aps
soldagem idnticos aos usados na fabricao e montagem do equipamento.
3.
RESULTADOS:
-
Os defeitos localizados nas soldas de atracao dos bocais com o casco da esfera, s devem atingir
o tamanho crtico, que provocaria uma propagao rpida s aps 32 anos, nas condies
operacionais da esfera.
Os demais defeitos, existentes nas demais soldas da esfera s podero atingir o tamanho crtico aps
40 anos de operao.
4.
Monitorao do teste hidrosttico da esfera, com a tcnica de emisso acstica: Essa monitorao
indicou como locais crticos as soldas dos bocais e das ligaes do casco com as colunas de
sustentao da esfera.
5.
21. O limite usual de utilizao para aos carbono est prximo de 400oC devido ao risco de degradao
do material por fratura frgil.
22. Aos liga ao cromo ou cromo molibdnio so mais indicados do que os aos carbono para
temperaturas acima de 420oC.
23. A necessidade de se acrescentar sobre espessura para se chegar a espessuras comerciais levam as
partes pressurizadas de um vaso de presso estarem sobre dimensionadas.
24. Clad so revestimentos metlicos aplicados a casco de vasos atravs do processo de soldagem com
sobreposio de chapas.
25. Uma das vantagens da utilizao de revestimentos do tipo Lining em tiras soldados com
sobreposio e solda escondida intermitente a facilidade de inspeo atravs de ensaio pneumtico.
26. Revestimentos a base de argamassa resistente a eroso so atracados ao substrato atravs de pinos ou
grampos.
27. A pintura o tipo de revestimento mais usado para resistncia a corroso em vasos com temperatura
de operao superior a 1200C
28. A eficincia de uma junta soldada, usada no clculo da espessura de vasos de presso definida em
funo de: qualidade da solda, resistncia mecnica do consumvel depositado, tipo de processo de
soldagem utilizado e categoria da junta soldada.
29. O cdigo ASME seo VIII diviso 1 exige que todas as soldas executadas no casco de um vaso de
presso sejam de topo e com penetrao total.
30. O termo categoria de junta usado pelo cdigo ASME seo VIII diviso 1 defini o tipo de junta a ser
empregado na soldagem de um vaso de presso.
31. Vasos de presso possuem regies com maior concentrao de tenses do que outras. Uma dessas
regies a regio de apoio do vaso.
9. Vasos construdos conforme os requisitos do cdigo ASME seo VIII diviso 1 tem que ter a
curvatura dos tampos verificada pelo lado externo ou interno dependendo se estaro submetidos a
presso interna ou externa.
10. Os exames no destrutivos considerados convencionais so: lquido penetrante, partculas
magnticas, inspeo visual, inspeo dimensional, radiografia e ultra som.
11. O cdigo ASME seo VIII diviso 1 especifica critrio de aceitao especfico para cada exame no
destrutivo em funo do material usado na fabricao do vaso e da sua espessura.
12. Os critrios de aceitao para juntas soldadas do cdigo ASME seo VIII diviso 1 so
estabelecidos em funo do tipo de descontinuidade, tipo de exame no destrutivo e da espessura
soldada.
13. O exame radiogrfico tem critrios de aceitao diferentes em funo da extenso das soldas
inspecionadas.
14. A estabilidade estrutural de um vaso de presso pode ser avaliada na fabricao atravs da
verificao da ovalizao da parte cilndrica do vaso e da curvatura dos tampos.
15. Vasos verticais cuja base definitiva est localizada em terrenos instveis devem ter sua verticalidade
avaliada periodicamente. Essa tolerncia de verticalidade estabelecida no cdigo ASME seo VIII
diviso 1.
16. O Ensaio de Emisso Acstica uma tcnica de inspeo que tem como finalidade detectar
descontinuidades existentes num vaso de presso.
17. O Ensaio de Emisso Acstica uma tcnica de inspeo que tem como finalidade detectar as
descontinuidades que esto ativas quando um vaso de presso pressurisado.
18. O Ensaio de Rplica Metalogrfica indispensvel para acessorar a Avaliao de Integridade em
Vasos de Presso e Caldeiras
19. O Ensaio de Rplica Metalogrfica necessita uma preparao de superfcie muito melhor do que a
metalografia feita em laboratrio.
20. Os Ensaios de Emisso Acstica , Correntes Parasitas, IRIS, etc. chamados de no convencionais,
para vasos metlicos, porque no tem critrio de aceitao definido no cdigo ASME seo VIII
diviso 1
03.
ITEM DE INSPEO
DETERIORAO
PROVVEL
CAUSA DA
DETERIORAO
Vias de acesso
Corroso sob isolamento
Trincas no concreto
Estojos e porcas
Ruptura da atracao no
casco do vaso
Corroso atmosfrica
04. Antes da Inspeo Interna de um vaso de presso importante uma avaliao tcnica do vaso para
se estabelecer os locais de inspeo, a extenso da inspeo, os ENDs a serem usados, etc. Essa
avaliao feita com base em: (assinale com um crculo os itens que devem ser consultados)
a) condies de operao do vaso
b) dimenses do vaso
c) material e TTAT do vaso
d) histrico
e) espessura mnima das partes do vaso
f) PMTA do vaso
g) tipo de suportao do vaso
k) Temperatura de projeto do vaso
05. Complete a tabela abaixo, considerando que voc esteja fazendo a inspeo interna de um vaso de
presso horizontal com demister no bocal de sada do vaso
ITEM DE
INSPEO
DETERIORAO
PROVVEL
END INDICADO
soldas
Pescoo dos
bocais
PM
Perda de espessura
quebradio
CAUSA
PROVAVEL DA
DETERIORAO
CST
Corroso
ME
Eroso
fragilizao
06. Um plano de inspeo interna ou externa deve conter no mnimo as seguintes informaes: (assinale
com um crculo os itens que devem ter no plano)
a) locais a serem inspecionados
c) material e TTAT do vaso
e) ENDs a serem usados
g) previso de reparos
i) procedimentos a serem usados na inspeo
k) PMTA e Temperatura de projeto
b) extenso da inspeo
d) identificao e localizao do vaso
f) apoio necessrio inspeo
h) tempo de inspeo
j) espessura mnima do vaso
l) tipo de fluido
07. O Teste Hidrosttico dos vasos de presso so considerados como ferramenta de inspeo pela NR13 e devem ser repetidos em toda inspeo interna do vaso.
08. O Teste Hidrosttico dos vasos de presso deve ser repetido sempre que o vaso for submetido a
reparos estruturais, independente da categoria do vaso.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
09. O Teste Hidrosttico dos vasos de presso deve ser feito com gua ou outro lquido na temperatura
ambiente e numa presso mnima de 1,5 vezes a PMTA do vaso na condio corroda e quente (para
vasos construdos pelo ASME sec. VIII diviso 1 edio anterior a 1999)
10. O Teste Hidrosttico dos vasos de presso para efeito de atendimento a NR-13 pode ser feito na
Presso de abertura do dispositivo de segurana que protege o vaso a critrio do PH.
11. Faa a melhor associao
Mecanismo de Deteriorao
Tipo de Descontinuidade
1. corroso interna em bocais
trinca superficial na margem da
de peq. dimetro
solda
2. CST em inox austentico
perda de espessura alveolar
3. Fadiga
trincas superficiais na solda casco
/ saia de suportao
4. Eroso
perda de espessura uniforme
5. Deteriorao pelo
empolamentos
hidrognio
12. A NR-13, determina o intervalo mximo de inspeo dos vasos de presso em funo da
classificao do fluido contido no vaso, das dimenses fsicas do vaso e da existncia na firma de
setor especializado de inspeo certificado pelo INMETRO.
13. O API 510 estabelece que o intervalo mximo de inspeo interna para vasos de presso dever ser
o menor valor entre da vida remanescente e 20 anos.
14. O API 510 estabelece que o intervalo mximo de inspeo externa para vasos de presso dever ser
metade do intervalo para inspeo interna do vaso.
15. Um vaso com taxa de corroso de 0,10 mm/ano e sobre espessura de corroso atual de 3 mm, pelos
critrio do API 510, dever ter um intervalo mximo de inspeo interna de 10 anos e inspeo
externa de 5 anos.
16. Um vaso categoria I, com intervalo mximo de inspeo interna pela NR-13 de 6 anos e vida
residual de 10 anos, dever ter seu intervalo de inspeo interna estabelecido pelo PH em
__________ anos. (complete o espao em branco)
17. Chama-se de reparo a todo servio realizado no equipamento para que este seja recolocado nas suas
condies de projeto.
18. A NR-13 estabelece que toda reparo deve ser executado conforme os requisitos do cdigo de projeto
do vaso ou com procedimento mais moderno a critrio do PH.
19. Um equipamento deve ser reclassificado quando suas condies de operao forem modificadas
para valores diferentes das condies de projeto do vaso
20. A NR-13 considera risco grave e iminente operar um vaso fora das suas condies de projeto.
21. Um relatrio de inspeo deve conter no mnimo as seguintes informaes: (assinale com um
crculo as alternativas que devem estar num relatrio)
a) resultado de todos os ENDs e testes realizados b) concluso final da inspeo
c) nome e assinatura do PH e inspetores
d) rastreabilidade dos ENDs
realizados
e) resultado da inspeo visual
f) clculo da vida remanescente
g) principal mecanismo de deteriorao atuante
h) identificao e localizao do vaso
no vaso
i) condies de projeto do vaso
j) espessura mnima do vaso
k) PMTA e Temperatura de projeto
l) tipo de fluido
m) condies de operao
n) principais dimenses do vaso
o) reparos realizados e CQ empregado com
p) recomendaes futuras
rastreabilidade
q) datas das prximas inspees e teste
r) taxa de corroso de todas as partes
do vaso
22. Defeitos so descontinuidades no aceitas pelo critrio de aceitao estabelecido para o
equipamento. Caso esteja seja alterado um defeito poder voltar a ser uma descontinuidades ou vice
versa.
23. Entende-se por rastreabilidade em ensaios e testes a comprovao que o ensaio foi feito com:
procedimento qualificado, pessoal certificado, aparelho calibrado e consumveis avaliados no
recebimento.
24. Um relatrio de END e teste no precisa ter todo os itens de rastreabilidade descritos acima se o
mesmo for feito por pessoal certificado pela ABEND.
25. A NR-13 exige que todo vaso tenha no mnimo o seguinte: (assinale com um circulo os itens que
devem ter)
a) fundao estaqueada
c) categoria
e) suportao com fire proof
g) intervalo de inspeo e teste definidos
i) condies de projeto do vaso definidas
k) dispositivo de proteo
m) indicador de temperatura
o) vias de acesso para drenos e vents
q) avaliao de integridade
b) pronturio
d) placa de identificao
f) isolamento ou pintura
h) clculo de vida remanescente
j) espessura mnima calculada
l) indicador de presso
n) operador qualificado
p) duplo bloqueio na entrada
r) PH responsvel pelo vaso
16. Upitis, Elmar - Pressure Vessel Breakdown Prevention, Examination and Restauration
Editor: CBI - LIX Construes Ltda.
17. Donato, Guilherme Vitor & Pereira, Joo B. Santini - Tratamento Trmico de Alvio de Tenses
Localizado em Equipamentos de Caldeiraria
Editora: IV Encontro Tcnico de Caldeiraria e Tubulao - PETROBRS - 1994
18. American Society for Testing and Material - ASTM E-425
19. Ramos, Ernesto A. S. & Paula Sergio R. & Freire Nelson B. J. - A Utilizao Industrial de Tcnicas
de Metalografia No Destrutiva Aplicadas a Avaliao de Integridade
Editora: Simpsio Nacional sobre Integridade em Centrais de Vapor - A.B.C.M - 1991
20. Pedro Nelson & Ferrari Lcio - Anlise da Integridade de um Tubulo de Caldeira pelo Mtodo de
Elementos Finitos.
Editora: Simpsio Nacional sobre Integridade em Centrais de Vapor - A.B.C.M. - 1991
21. The Materials Properties Council - FS-26 - Fitness for Service Evaluation Procedures for Operating
Pressure Vessels, Tanks, and Piping in Refinery and Chemical Service draft # 5
Editora: The Materials Properties Council Inc. - 345 East, 47 Th Street, New York, NY 10017
ANEXO INFORMATIVO
API 510 PRINCIPAIS INFORMAES
1. INTRODUO
Este trabalho uma traduo dos itens contidos no cdigo API 510 (Pressure Vessel
Inspection Code: Maintenance Inspection, Rating, Repais, and Alteration) que, na opinio do
autor, podem auxiliar na deciso de um Profissional de Inspeo no exerccio do seu trabalho
para atendimento aos requisitos da Norma Brasileira NR-13.
Nessa traduo est inclusa a interpretao do autor que tem uma experincia na rea de
inspeo e reparos em vasos de presso superior a 28 anos.
O principal objetivo deste trabalho levar ao Profissional Habilitado informaes sobre as
tcnicas de inspeo e reparos em vasos de presso praticadas no apenas nos Estados
Unidos mas tambm na Europa e Amrica Latina, onde o Cdigo API tem grande influncia e
inmeros seguidores.
Os conceitos descritos a seguir so gerais e podem ser aplicados para todos os tipos de
vasos de presso independente das condies de projeto, produto e dimenses.
Para facilitar consultas futuras diretas ao Cdigo API sempre que possvel foram citados os
itens de onde foram extrados os assuntos aqui descritos.
Esse trabalho foi feito com base no Cdigo API 510 oitava edio de Junho de 1997,
incluindo as modificaes relativas s emendas de dezembro de 1998, dezembro de 2000 e
dezembro de 2001.
2. APLICAES (item 1)
Este cdigo se aplica na inspeo de manuteno, reparos, alteraes, e reclassificaes em
vasos de presso usados em Industrias qumicas e do petrleo e demais industrias
correlatas. Pode ser aplicado para vasos de presso que estejam em servio e tenham sido
construdos de acordo com os requisitos do cdigo ASME seo VIII ou outros cdigos
reconhecidos internacionalmente.
A seo 8 desse cdigo especifica para vasos de presso usados nos servios de
Explorao e Produo (E&P) de petrleo. Com exceo da seo 6 todas as demais so
aplicadas aos vasos de presso pertencentes a servios considerados embarcados (E&P).
Este cdigo tambm no se aplica nos seguintes casos:
a) Vasos de presso sobre estruturas mveis, cobertos por outros cdigos;
b) Vasos com volume e presso inferiores a 0,141 metros cbicos e 250 psig,
respectivamente;
c) Vasos com volume e presso inferiores a 0,042 metros cbicos e 600 psig,
respectivamente.
d) O cdigo API RP 579 fornece detalhes sobre a anlise de descontinuidades e constitui-se
como fonte de referncia nesse cdigo para esse tipo de assunto.
4. REFERNCIAS (seo 1)
Os cdigos citados a seguir so fontes de referncia importantes nesse assunto e so citados
nesse cdigo.
API: RP 572 Inspection of Pressure Vessel
RP 574 Inspection of Piping System Components
RP 576 Inspection of Pressure Relieving Devices
RP 579 Fitness for service
Publ 2201 Procedures for Welding or Hot Tapping on Equipment in Service
ASME seo V, VI, VII, VIII, IX e XI
NACE: RP 0472 Methods and Controls to Prevent in Service Environmental Cracking of
Carbon Steel Weldments in Corrosive Petroleum Refining Environments
MR 0175 Sulfide Stress Cracking Resistant Metallic Materials for Oilfield Equipment
NATION BOARD NB 13 National Board Inspection Code
WRC Bulletin 412 Challenges and Solutions in Repair Welding for Power and Processing
Plants.
4. DEFINIES (seo 3)
4.1. ALTERAO
Modificao fsica em algum componente do vaso ou modificao que altere a capacidade do
vaso em conter presso.
4.2. PRESSO MXIMA DE TRABALHO ADMISSVEL (PMTA)
Mxima presso permitida no vaso, medida no topo do vaso na condio de operao para a
temperatura de projeto. Esta presso calculada usando a espessura mnima para todas
partes do vaso, excluindo-se a sobre espessura para corroso e a tenso provocada por
outros carregamentos que no sejam a presso a que o vaso submetido.
4.3. ESPESSURA MNIMA ADMISSVEL (tmin)
Espessura requerida para cada parte do vaso, calculado considerando a temperatura e
presso de projetos e todos os demais carregamentos que o vaso estiver sujeito.
4.4. INSPEO EM SERVIO
Inspeo para estabelecer a adequabilidade do vaso de presso continuar em operao.
Podem ser usados Exames No destrutivos (END) para auxiliar nessa avaliao. Durante
essa inspeo o vaso pode ou no estar em operao. Portanto essa inspeo pode ou no
ser acompanhada por uma inspeo interna.
4.5. VASO DE PRESSO
Recipiente projetado para ser submetido a presso interna ou externa. Esta presso pode ser
imposta por fonte interna ou externa, pela aplicao de calor por fonte direta ou indireta ou
uma combinao delas. Esta definio inclui geradores de vapor sob fogo e outros vasos
geradores de vapor que operem em unidades de processo.
4.6. REPAROS
Trabalho necessrio para restaurar um vaso a condies seguras de operao na sua
condio de projeto. A substituio ou adies de partes pressurizadas ou no a um vaso
tambm ser considerado reparo se condies de projeto NO forem alteradas.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
4.7. RECLASSIFICAO
Toda modificao na temperatura ou PMTA de um vaso ou de ambas. Quando a PMTA ou
temperatura de projeto do vaso for aumentada ou a temperatura mnima diminuda teste
mecnico adicionais so necessrios e isto deve ser considerado uma alterao.
4.8. DEPSITOS DE SOLDA CONTROLADOS
Quando tcnica de soldagem usada exige controle de refino de gro e revenimento para se
obter uma ZTA de melhor tenacidade. Existem vrias tcnicas de controle de deposio
como: passe de revenimento (temper-bead31), tcnica da meia camada (half-bead32). O
controle da tcnica de deposio inclui: detalhe da junta, pr-aquecimento, ps-aquecimento,
controle dos parmetros de soldagem e tcnica de deposio. Nesses casos deve ser
consultado o boletim 412 do WRC (Welding Research Council).
5. PRTICAS DE INSPEO (seo 5)
5.1. SEGURANA
Na inspeo interna de vasos de presso devem ser tomadas precaues porque trata-se de
servio em especo confinado. O vaso deve estar isolado atravs de raquetes e
completamente livre de lquidos, gases ou vapores. Os vasos devem ser drenados, purgados,
limpos, ventilados e testados quanto a presena de misturas explosivas ou quantidade
adequada de oxignio. A inspeo deve ser executada com o uso dos EPIs indicados pelos
especialistas em segurana.
Os equipamentos e ferramentas usados na inspeo interna devem ser adequados para
trabalho em atmosferas gasosas. A sade dos inspetores tambm deve ser controlada.
5.2. MODOS DE DETERIORAES
O manuseio de fluidos contaminados com: enxofre, cloreto, sulfeto de hidrognio, hidrognio,
carbono, cianetos, cidos, gua ou outro constituinte qumico pode provocar a corroso das
partes de um vaso. Nos locais onde podem haver tenses flutuantes podem ocorres trincas
de fadiga. Falhas de fadiga podem ocorrem tambm quando se tem variao de presso ou
temperatura.. Locais onde existem unio de materiais com coeficientes de dilatao
diferentes pode haver falhas por fadiga trmica.
Outras formas de deteriorao como: corroso sob tenso, ataque pelo hidrognio,
carbonetao, grafitizao e eroso, podem ocorrer em circunstncias especiais.
Deterioraes por fluncia podem ocorrer em equipamentos sujeitos a temperaturas acima
das de projeto, principalmente em pontos com concentrao de tenses. A fluncia depende
do tempo, temperatura, tenso e resistncia do material a fluncia.
Baixas temperaturas tambm podem levar equipamentos em aos ferrticos a falhar por
fratura frgil. Vasos em ao ferrtico tem falhado durante o teste hidrosttico quando este
executado numa temperatura abaixo da temperatura de transio do material. Ateno
especial deve ser dado aos aos baixa liga com 2.1/4 Cr 1Mo, porque estes esto sujeitos a
um fenmeno denominado Fragilizao ao Revenido (perda da ductilidade do material e
reduo da tenacidade devido ao servio prolongado em altas temperaturas acima de
0
370 C).
5.3. DETERMINAO DA TAXA DE CORROSO
31
Temper-bead: controle do revenimento do metal depositado e zta de uma solda atravs do controle de parmetros de
deposio do consumvel.
32
Half-bead: remoo de metade da camada depositada para facilitar o revenimento obtido com o calor da prxima
deposio.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Pgina: 256 de 268
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
Para determinar uma taxa de corroso inicial de um vaso deve ser empregado um dos
seguintes mtodos:
a)
A taxa de corroso pode ser estimada a partir dos resultados medidos em vasos com
servios similares;
b)
A taxa de corroso pode ser adotada de literaturas confiveis para vasos de servios
similares;
c)
A taxa de corroso pode ser estimada a partir de medidas feitas aps no mnimo
1000 horas de exposio ao meio. As medidas devem ser feitas um exame no destrutivo
confivel.
Aps um intervalo de tempo confivel devem ser feitas novas medidas para validar a taxa de
corroso do vaso.
5.4. DETERMINAO DA PRESSO MXIMA DE TRABALHO ADMISSVEL (PMTA)
A PMTA para uso continuado de um vaso de presso deve ser baseada calculada com base
na ltima edio do Cdigo ASME ou do cdigo de construo que o vaso foi construdo. O
resultado desse clculo no pode ser maior do que a PMTA original calculada para o vaso.
Devem ser feitos novos clculos apenas se algum detalhe essencial do vaso for modificado,
como: alterao de material, tenso admissvel, eficincia de junta, modificaes do projeto e
requerimentos de servio cclico. Em servios corrosivos,a espessura usada no clculo deve
ser reduzida da perda de corroso estimada at a prxima inspeo.
5.5. INSPEO
Deve ser dada ateno especial a observao visual quanto a presena de deformaes no
vaso. O exame visual o mtodo mais importante e aceito universalmente. Outros mtodos
de inspeo podem suplementar o exame visual, como: exame de partculas magnticas ou
lquido penetrante para avaliao de descontinuidades superficiais, exame radiogrfico,
medio de espessura com ultra-som, corrente parasita, exame metalogrfico, teste de
emisso acstica, teste de martelo com o equipamento fora de operao e teste de presso.
Os vasos com revestimento interno ou externo (refratrio, pintura, lining metlico, etc.) que
estiverem em boas condies no preciso ter removido para avaliao do metal base.
Entretanto, aps algum tempo de operao pode ser necessria a remoo de pequenas
partes para essa avaliao.
Servios que deixam depsitos aderidos ao metal base precisam ter pequenas regies
removidas para avaliao do metal sob o depsito.
Vasos que possuem internos no precisam ter essas partes totalmente removidas mas
apenas o suficiente para avaliao do vaso.
O exame de ultra-som necessrio quando o vaso tiver descontinuidades do tipo trinca e for
analisado pelo API RP 579.
5.6. PARTES A SEREM INSPECIONADAS
As partes comuns na maioria dos vasos a serem inspecionadas so:
a)
Exame do casco e tampos. Deve ser dada ateno especial as regies de ligao
com os suportes e regies de maior conformao dos tampos. Se forem observadas
deformaes necessria uma avaliao dimensional mais detalhada.
b)
Exame de juntas soldadas e zonas termicamente afetadas pelo calor da solda (ZTA).
c)
Exame de todos as bocas de visita e bocais do vaso, ateno particular deve ser
dada s soldas de atracao com o casco e tampos. Normalmente, os furos de teste de
chapas de reforo devem ser deixados abertos para fornecer evidncias de vazamentos
quando houver. As faces de assentamento dos flanges devem ser avaliadas com cuidado
quanto a empenamentos e condio da superfcie de vedao.
INSPEO E MANUTENO EM VASOS DE PRESSO
Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
A anlise RBI pode ser usada para aumentar ou reduzir a periodicidade de inspeo limitada
em 10 anos no item 6.4.
6.3. INSPEO EXTERNA
Todo vaso no enterrado deve sofrer inspeo visual externa, preferencialmente em
operao, no mnimo a cada 5 anos ou junto com a inspeo interna, o que for menor. Essa
inspeo deve, no mnimo, avaliar as condies de:
a) Isolamento trmico externo. Deve ser dada ateno quanto a presena de inchao no
isolamento que podem ser causados pela corroso sob o isolamento, principalmente em
vasos que operam entre 4oC e 120oC ou com operao intermitente. Pode ser necessria a
remoo do isolamento para uma melhor avaliao. Isto no necessrio para vasos que
o
o
operam em temperaturas inferior a 4 C ou acima de 120 C.. Alternativamente, durante a
inspeo interna pode ser medida a espessura de parede nas regies mais provveis de
deteriorao, como: anis de suportao do isolamento, ao redor de bocais ou locais onde
existe falhas ou frestas no isolamento.
b) Suportao, avaliando a possibilidade de dilatao do vaso e as ligaes do vaso ao
suporte.
c) Sinais de vazamento devem ser investigados para se estabelecer a origem.
O intervalo de inspeo externa deve ser determinado com base na taxa de corroso do
vaso, determinada por um dos seguintes mtodos:
a)
Pela taxa de corroso de tubulaes conectadas ao vaso, com material similar ao
vaso.
b)
Pela taxa de corroso determinada atravs de monitorao da corroso.
c)
Pela determinao da taxa de corroso do vaso em partes representativas do vaso.
d)
Pela taxa de corroso de vasos em situaes similares.
6.4. INSPEO INTERNA OU EM SERVIO
A periodicidade da inspeo interna ou em servio deve ser o menor valor entre metade da
vida remanescente do vaso, calculado pela sua taxa de corroso ou 10 anos. Nos casos
onde a vida remanescente for menor do que 4 anos, o intervalo de inspeo interna pode ser
igual a vida remanescente at um mximo de 2 anos. Exemplo um vaso com vida
remanescente de 3 anos, pode ter um intervalo de inspeo interna igual a 2 anos e outro
vaso com vida remanescente de 1,8 anos, pode ter um intervalo de inspeo interna igual a
1,8 anos.
Para vasos de presso que operam intermitentemente e so mantidos fora de operao com
gs inerte ou outro fluido no corrosivo. O prazo de inspeo ser relativo apenas ao perodo
em que o vaso estiver em operao. Enquanto que os vasos que no forem preservados
quando estiverem fora de operao devem ter seu intervalo de inspeo interna reavaliado
quanto a possibilidade de aumento da corroso no perodo que este for mantido fora de
operao. J o intervalo da inspeo externa no deve ser alterado permanecendo o mesmo
se o vaso opera-se de maneira continua.
Exceto nos casos descritos abaixo, a inspeo interna normalmente o mtodo preferido de
avaliao para os vasos sujeitos a corroso localizada e outros tipos de deterioraes. No
entender de um inspetor ou engenheiro autorizado em vasos de presso a inspeo interna
pode ser substituda por uma inspeo em operao nas seguintes situaes:
a) Quando a dimenso do vaso ou de seu acesso interna fisicamente impossvel da
entrada do inspetor.
b) Quando a taxa de corroso interna do vaso for inferior a 0,125 mm/ano e vida estimada
for maior do que 10 anos e todas as seguintes condies forem verdadeiras:
b.1) Os constituinte que provocam a corroso so conhecidos e controlados pelo menos a
cada 5 anos.
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Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
vida remanescente =
tinicial - tatual
tempo entre as duas medidas
Para a definio da taxa de corroso a ser usada pode ser usada uma anlise estatstica.
Essa anlise pode ser usada para determinar o intervalo de inspeo do vaso. Anlise
estatstica no pode ser usada para vasos que apresentem corroso localizada.
A determinao da taxa de corroso pode ser determinada usando-se duas ou mais
medies realizadas no vaso. O inspetor dever avaliar ambas as taxas de corroso de curto
e longo tempo para determinar a melhor taxa de corroso a ser usada no clculo da vida
remanescente do vaso.
Para vasos grandes com duas ou mais regies de diferentes taxas de corroso essas regies
podem ser tratadas separadamente. Quando o intervalo de inspeo interna do vaso
determinado pela regio mais crtica as regies com baixa deteriorao podem ter a Inspeo
interna substituda por uma Inspeo em operao.
Um mtodo alternativo para determinar o intervalo entre inspees de um vaso grande
determinar a vida remanescente com base na PMTA de cada parte do vaso e usar o menor
intervalo como o intervalo do vaso. Nesse caso tambm limitado a 10 anos.
Quando o vaso estiver sujeito a outros tipos de deterioraes no causadas pelo meio, como:
carregamento externo, uso de material inadequado, etc. o intervalo de inspeo deve ser
adaptado para evitar falhas.
Caso ocorra mudana nas condies de operao ou projeto do vaso, o intervalo entre
inspees deve ser reavaliado considerando as novas condies.
Se o vaso for modificado de local o vaso deve ser submetido a inspeo interna e externa
antes de ser reutilizado e um novo intervalo de inspeo deve ser estabelecido considerando
as novas condies operacionais.
6.5. TESTE DE PRESSO
Quando o inspetor acreditar ser necessrio um teste de presso ou quando o vaso for
submetido a reparos com solda ou alteraes o teste deve ser conduzido numa presso
estabelecida de acordo com o cdigo de construo usado para determinar a PMTA do vaso.
Para reduzir riscos de fratura frgil durante o teste, a temperatura do metal deve ser mantida
17oC acima da Temperatura Mnima de Pressurizao do material das partes do vaso (ver
figura UCS 66 do ASME) para vaso com espessura maior do que 2, ou 6oC para os vaso
com espessura menor ou igual a 2. A temperatura de teste no deve exceder a 50oC a
menos que existam informaes de que o material est sujeito a fratura frgil tambm nessa
temperatura. Nesse caso so aceitas temperaturas de teste mais altas.
O teste pneumtico pode ser usado quando o teste hidrosttico impraticvel por causa da
temperatura, fundao, revestimento refratrio, ou razes de processo; entretanto o risco de
um teste pneumtico deve ser considerado, antes de se decidir pelo seu uso.No mnimo as
exigncias contidas no cdigo ASME devem ser atendidas antes do teste. Antes de se
realizar o teste hidrosttico no equipamento devem ser verificadas os suportes, estruturas e
fundaes do vaso.
Quando a presso de teste ultrapassar o valor de abertura do dispositivo de segurana esse
dever ser removido. Como alternativa a remoo da vlvula de segurana podem ser
usados grampos que evitam a abertura da vlvula durante o teste. No recomendado evitar
a abertura da vlvula de segurana com aplicao de carga sobre a mola da vlvula.
6.6. VLVULAS DE SEGURANA
As vlvulas de segurana devem ser inspecionadas, manutenidas e testadas. A
documentao de acompanhamento de uma vlvula de segurana deve ter no mnimo o
seguinte: identificao, nmero da reviso, responsvel pela manuteno, trabalho realizado,
desenho e especificao, materiais de todas as partes, locais de inspeo, reparos
executados, resultados do teste de ajuste e outras informaes importantes.
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Autor: Nestor Ferreira de Carvalho
diviso 1, partes UG-84 e UCS-66). Se existir necessidade de controle de dureza este deve
ser feito conforme NACE RP 0472 e MR-0175, os valores devem ser includos no
procedimento de soldagem.
f)
Requerimentos adicionais que devem ser includos no procedimento de soldagem:
f.1. devem ser respeitas as variveis essenciais suplementares do cdigo ASME seo IX,
pargrafo QW-250.
f.2. a energia de soldagem (heat imput) de cada camada no deve exceder a usada na
qualificao do procedimento.
f.3. a temperatura mnima de pr-aquecimento de soldagem no deve ser menor do que a
usada na qualificao do procedimento.
f.4. a temperatura mxima interpasses para a soldagem no deve ser maior do que a usada
na qualificao do procedimento.
f.5. a temperatura deve ser verificada a uma distncia de 10 mm da regio a ser soldada ou
quatro vezes a espessura do material, o que for maior, de cada lado do chanfro. Quando a
solda no penetrar toda a espessura do material, a verificao dever ser feita a 10 mm da
regio a ser soldada ou quatro vezes a profundidade da deposio, o que for maior, para
cada lado do chanfro.
f.6. para o processo de eletrodo revestido, devem ser usados apenas consumveis de baixo
hidrognio, com classificao H8 ou menor. Quando for utilizado processo protegido por gs
deve ter ponto de vaporizao maior do que 500C.. a regio a ser soldada deve ser mantida
seca, livre de sujeiras, xidos, leos, graxas ou outro material orgnico.
f.7. deve ser usada a tcnica de deposio com passe de revenimento ou meia camada. A
mesma tcnica deve ser usada na qualificao do procedimento.
f.8. quando for usado o processo de eletrodo revestido, dever feito um ps-aquecimento de
2600C 300C por no mnimo de 2 horas, para possibilitar a difuso do hidrognio retido. Esse
tratamento pode ser omitido quando se usar eletrodo com classificao H4 (assim como E7018-H4).
f.9. aps terminado o reparo, a solda deve ser resfriada at a temperatura ambiente. A
camada do passe de revenimento deve ser removida, e a regio deve ficar com a superfcie
lisa e nivelada com o metal base.
7.2.2. EXAME NO DESTRUTIVO DA SOLDA
Antes da soldagem, a rea preparada para soldagem deve ser examinada usando exame de
partculas magnticas ou liquido penetrante, para confirmar que rea est isenta de
descontinuidades. Depois de completada a soldagem um desses dois exames no
destrutivos acima deve ser repetido para garantir que no existe defeitos superficiais. Em
adio os vasos de presso que originalmente tiveram suas soldas radiografadas, devero
tambm ser radiografadas. Nas regies onde no for possvel executar o exame radiogrfico
dever ser usado outro exame no destrutivo considerado mas apropriado para garantir a
sanidade da solda.
7.2.3. TRATAMENTO TRMICO LOCALIZADO APS A SOLDAGEM
Antes de se decidir pela realizao de Tratamento Trmico aps a soldagem (TTAT), deve
ser feita uma avaliao metalrgica para se avaliar a necessidade da realizao do TTAT
devido as caractersticas do fluido armazenado no vaso.
O TTAT localizado pode se substitudo por um tratamento envolvendo 360 graus ao redor do
reparo para todos os materiais, desde que sejam tomadas as precaues descritas a seguir:
a)
o procedimento deve ser elaborado por um engenheiro com experincia em TTAT
localizado em vasos de presso.
b)
As variveis descritas a seguir devem ser consideradas: espessura do metal base,
gradiente trmico e propriedades do material (dureza, constituintes e resistncia mecnica);
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sobrepostas, sem penetrao, podem ser aplicadas tanto interno com externamente em
cascos e tampos de vaso de presso nas seguintes situaes:
a)
reparos com sodas sobrepostas devem atender os requisitos de projeto para reforo
de uma abertura.
b)
Reparos com sodas sobrepostas devem ser projetados para absorver deformaes
de membranas, respeitando os requisitos a seguir:
b.1. As tenses de membrana no podem exceder os valores permitidos pelo cdigo de
projeto.
b.2. As deformaes no reparo no resultem em tenses acima do limite permitido para
juntas sobrepostas.
Reparos com juntas sobrepostas devem ter seus cantos arredondados. Reparos do tipo
insert (bolachas) devem ter cantos arredondados e serem feitos com junta de topo.
Reparos com o vaso em operao devem respeitar os requisitos do API 2201.
Um reparo envolvendo toda a circunferncia do vaso, pode ser considerado como um reparo
de longa durao se for aprovado por um engenheiro experiente em projetos de vasos de
presso e deve seguir os requisitos descritos a seguir:
a)
O reparo no pode ser feito sobre trincas existentes no casco do vaso.
b)
Deve ser projetado para resistir a presso de projeto.
c)
As juntas longitudinais devem ter penetrao total, com inspeo e eficincia de junta
igual ao do projeto do vaso.
d)
As juntas circunfernciais sobrepostas de unio com o metal base do vaso devem
ser calculadas de maneira a resistirem a tenso longitudinal do vaso, considerando uma
eficincia de junta de 0,45, sem considerar a resistncia do metal que est sendo coberto.
Outros exames no destrutivos alm do exame visual podem ser feitos na prxima parada do
vaso para manuteno se as condies e o acesso no permitir uma completa examinao,
para reparos realizados com o vaso na condio de operao (equipamentos liberados para
reparo, mas sem acesso interno).
e)
Deve ser verificada a possibilidade de trincas por fadiga nas soldas devido a
diferencial de expanso trmica.
f)
O material usado no reparo junto com o metal base deve ter bom comportamento
quanto a resistncia a corroso, (evitar a corroso galvnica). Na espessura do reparo deve
ser adicionado a sobre espessura de corroso adequada para o uso.
g)
O mecanismo de degradao que levou a necessidade do reparo deve ser
considerado na definio da periodicidade de inspeo do reparo.
Bocais sem penetrao podem ser usados como reparos de longo tempo sobre outros bocais
trincados. No clculo do reforo a ser usado no deve considerada a regio do vaso sob o
novo bocal. O material do novo bocal deve considerar a resistncia a corroso devido ao
meio e ser usada uma sobre espessura de corroso apropriada. O mecanismo de
degradao deve ser considerado no estabelecimento da periodicidade de inspeo para o
reparo.
7.2.6. MATERIAL
O material usado para reparos ou alteraes deve ser os reconhecidos pelo cdigo ASME
para vasos de presso. O material escolhido dever ter soldabilidade conhecida e
compatibilidade com o metal base existente. No devem ser soldados aos carbono e ao
liga com teor de carbono acima de 0,35 %.
7.2.7. INSPEO
O critrio de aceitao dos reparos ou alteraes deve incluir exames no destrutivos de
acordo com o cdigo de projeto. Onde no for possvel usar os exames no destrutivos
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Autor: Nestor Ferreira de Carvalho