Detecção de trincas de fadiga por Emissão Acústica

• Mauro Duque de Araújo• Arilson Rodrigues da Silva• Cláudio Allevato

GRINSP

Emissão Acústica

Objetivo: “Ouvir sons produzidos pela propagação de trincas por fadiga”

Pré-AmplificadorAmplificador

Filtros

“Assinatura” típica de EA de descontinuidades ou ruídos

Trinca confirmada

Vazamento / fluxo

Contato mecânico / Abrasão

Propagação de trincas

Empolamento por hidrogênio

EMI / RFI

“Estratégias” para detecção de trincas

1. SOBRETENSÃO• EM SERVIÇO

• EM TESTE DE PRESSÃO

• Dunegan Corollary – Testes hidrostáticos periódicos detectam descontinuidades em propagação.

• Efeito KaiserAusência de EA atéque a máxima carga anterior seja excedida.

“Estratégias” para detecção de trincas2. Monitoramento Contínuo

“Campos de Tensões constantes” Em operação normal

“Campos de Tensões Variáveis” Em fases especificas- Resfriamento- Aquecimento - Em variações especificas

Seleção da “Estratégia”FATORES:

- Objetivo do exame

- Mecanismos de deterioração, DDAs associados, locais de ocorrência

- Nível de tensões

- Variação do Campo de Tensões associado x tempo

- Cinética de nucleação e propagação das trincas

- Analise de riscos

Próximo

Seleção da “Estratégia”FATORES: Nível de Tensões

A tensão efetiva máxima é de 80 MPa A tensão efetiva é de 1123 MPa, 14 vezes maior que a máxima durante teste

Carregamento de pressão durante TH Carregamento de tensão térmica durante operação

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Seleção da “Estratégia”FATORES: Campo de Tensões associado X Tempo

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CASO 1 - CST

1- REATOR

• Material: AISI 304 (Encruado e Martensítico)

• Pressão de operação: 5Kgf/cm2

• Temperatura: 100º C

• Regime operacional: Contínuo

• Fluido : Hidrocarbonetos + Soda caustica

• Mecanismo de deterioração: CST• Danos: Trincas• Local: Tampo inferior

• Tensões associadas: Tensões de pressão + Tensões residuais

• Cinética de nucleação/propagação: Desconhecida e possivelmente “rápida”

• Conseqüência da falha: Grave Risco Alto

Estratégia escolhida Monitoramento contínuo

• Corrosão sob Tensão - CST

Voltar

0

50

100

150

200

250

300

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55

DIA DE MONITORAÇÃO

AE

Cal

ls

ch 1 ch 2 ch 3 ch 4 ch 5 ch 6 ch 7 ch 8 I II III IV V

V

IV

III

II

I

Monitoramento continuo – Gráfico de acompanhamento de atividades de EA

CASO 2 – FADIGA MECÂNICA

2.1 - VASO DE PRESSÃO

• Objetivo: Detecção de trincas de fadiga

• Material: Aço Carbono

• Pressão de operação: 8Kgf/cm2

• Temperatura: 40º C

• Regime operacional: Cíclico

• Fluido : N2 + carvão

• Mecanismo de deterioração: Fadiga Mecânica• Danos: Trincas• Local: Casco

• Tensões associadas: Tensões de pressão

• Cinética de nucleação/propagação: Não determinada, provavelmente “baixa”

• Conseqüência da falha: Grave Risco Alto

Estratégia escolhida Monitoramento contínuo por 5 horas

Ou

Sobrepressão

• Fadiga Mecânica

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2.2 - CILINDROS DE GAS SEM COSTURA

• Objetivo: Detecção de trincas

• Material: A-372-58-GR70

• Pressão de operação: 2100 PSI

• Temperatura: 25º C

• Regime operacional: Cíclico

• Fluido : Hidrogênio

• Mecanismo de deterioração: Fadiga Mecânica• Danos: Trincas• Local: Casco e Tampos

• Tensões associadas: Tensões de pressão

• Cinética de nucleação/propagação: Determinada

• Conseqüência da falha: Grave Risco Alto

Sobrepressão

Equipamento inspecionado

TRAÇO PARA REGIÃO DA RÉPLICA 1 SOBRE SOLDA DE SELAGEM INDICANDO PRESENÇA DE DESCONTINUIDADES (TRINCAS ).

TRINCA DETECTADA.

CASO 3 – FADIGA TÉRMICA

3.1 - REATOR

• Objetivo: Monitorar evolução de trincas existentes

• Material: A-516-70 + SAF 2205

• Pressão de operação: 19 Kgf/cm2

• Temperatura: 200º C

• Regime operacional: Cíclico

• Fluido : Soda Caustica

• Mecanismo de deterioração: Corrosão-Fadiga / Fadiga Térmica• Danos: Trincas• Local: Boca de visita

• Tensões associadas: Tensões térmicas

• Cinética de nucleação/propagação: Desconhecida Alta (calculada)

• Conseqüência da falha: Grave Risco Alto

Estratégia escolhida

Monitoramento contínuo durante Aquecimento

+ Teste hidrostático

• Fadiga Térmica

Voltar

Monitoramento durante aquecimento Monitoramento durante TH

3.2 - CALDEIRA

• Objetivo: Identificar a presença de trincas

• Material: A-516-70

• Pressão de operação: 32 Kgf/cm2

• Temperatura: 290º C

• Regime operacional: Cíclico

• Fluido: Vapor

• Mecanismo de deterioração: Fadiga Térmica• Danos: Trincas• Local: Casco e tampos

• Tensões associadas: Tensões térmicas

• Cinética de nucleação/propagação: Baixa

• Conseqüência da falha: Grave Risco Alto

Estratégia escolhida

Monitoramento contínuo durante Resfriamento

CASO 4 – CORROSÃO-FADIGA

1- REATOR

• Objetivo: Detecção de trincas

• Material: AISI 304

• Pressão de operação: 1,37 Kgf/cm2

• Temperatura: 130º C

• Regime operacional: Cíclico

• Fluido : Poliol

• Mecanismo de deterioração: Corrosão-Fadiga• Danos: Trincas• Local: Casco e Tampos

• Tensões associadas: Tensões Térmicas

• Cinética de nucleação/propagação: Desconhecida, provavelmente baixa

• Conseqüência da falha: Grave Risco Alto

Estratégia escolhida Monitoramento contínuo em operação por 30 horas

• Corrosão-Fadiga

Voltar

Região localizada pelo exame de EA - Confirmada a existência de trincas sob o anel de vácuo

Trincas encontradas sob o anel de vácuo

O monitoramento em operação constatou que as atividades de EA ocorrem quando há variações na temperatura

pres

são

tem

pera

tura

CONCLUSÃO

O Sucesso do exame por Emissão Acústica depende da seleção correta da “estratégia” de monitoramento.