INSPEÇÃO EM TUBULAÇÃO

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INSPEÇÃO EM TUBULAÇÃO - UMA ABORDAGEM PRÁTICA
Por: Engº. Mauro Duque de Araújo E Engº. Mário José Teixeira Soares 
Sinopse 
Introdução 
Fases de Implementação 
Caso Prático
Vantagens Observadas 
Conclusão 
Referências Bibliográficas
	1. SINOPSE
As tubulações representam a maior quantidade de equipamentos estáticos nas unidades industriais, sendo responsáveis por grande parte dos prejuízos relativos às paradas operacionais, problemas ambientais e de segurança industrial os quais têm apresentado cada vez mais relevância na competitividade das empresas.
 
A inspeção destes equipamentos têm sido colocada em segundo plano pela maioria das empresas em comparação a outros equipamentos estáticos como caldeiras e vasos de pressão, por serem tratados por normas regulamentadoras ou pelas próprias características construtivas das tubulações que dificultam o planejamento de inspeções (grandes extensões, dificuldade de acesso, etc.).
 
Apresentamos a metodologia utilizada no planejamento de inspeções em sistemas de tubulações de uma unidade industrial, visando disponibilidade e confiabilidade destes equipamentos e redução de custos de manutenção, otimizando estas atividades com foco em análise de riscos: condições de operação e mecanismos de deterioração das mesmas.Nas atuais condições da economia globalizada, liderança de custo e qualidade de produto são aspectos fundamentais para o sucesso das empresas diante da concorrência, principalmente no mercado de "commodities petroquímicas". Neste cenário, o papel da manutenção deixa de ser o de "consertar equipamentos ao menor custo possível" para agregar valor, não só em redução de seus próprios custos fixos, mas também reduzir custos de produção através do aumento da disponibilidade e confiabilidade das instalações e diminuição de produtos não-conformes, além da prevenção de acidentes e conservação do meio-ambiente.
 
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	2 - INTRODUÇÃO
A função manutenção deve assumir uma posição de pró-atividade, buscando eliminar falhas ou se antecipar à ocorrência das mesmas, utilizando-se de ferramentas preditivas e de análise das causas raízes destas falhas. É neste contexto que a inspeção de equipamentos deve atuar, com a utilização de modernas técnicas de análise e métodos de gerenciamento de informações que permitam rapidez na tomada de decisões com o melhor embasamento técnico possível.
 
Infelizmente, muitas empresas têm direcionado seus esforços apenas em "atender" à legislação concernente à inspeção de equipamentos estáticos, perdendo a oportunidade de melhorar a confiabilidade e segurança destes equipamentos. Isto ainda é mais preocupante no caso de tubulações, que ainda não possuem normas que regulamentem a inspeção das mesmas e que, muitas vezes, em função de grandes extensões de linhas, grande número de acessórios e dificuldades de acesso não estão incluídas no plano de inspeção da planta ou, em muitos casos, só estão neste plano linhas e pontos críticos em função de alguns históricos, o que muitas vezes demandam em análises redundantes e não abrangentes.
 
Porém, as tubulações também estão submetidas às mesmas condições operacionais dos demais equipamentos estáticos - pressão, temperatura, fluidos corrosivos ou inflamáveis – e, portanto, sujeitos aos mesmos mecanismos de deterioração de modo que apresentam a mesma criticidade ou até superior aos demais equipamentos estáticos em relação a perdas operacionais e problemas em relação à segurança industrial e ao meio ambiente (grande parte dos acidentes e perdas operacionais estão associados à falhas em tubulações).
 
Preocupada com este cenário, a UNIPAR Div. Química, demandou à sua parceira de manutenção, a GERMAN Eng. de Manutenção, a necessidade de se estabelecer um novo plano de inspeção das linhas de tubulações, de modo que se pudesse ter o conhecimento da criticidade e mecanismos de deterioração em todas as linhas de sua unidade industrial, bem como estabelecer prioridades de manutenção e do plano de pintura das mesmas.
 
Este trabalho apresenta a metodologia utilizada para a execução de inspeções em sistemas de tubulações em uma unidade industrial visando disponibilidade e confiabilidade destes equipamentos e redução de custos de manutenção, otimizando estas atividades com foco em adequação ao uso e análise de riscos das mesmas.
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	3 - FASES DE IMPLEMENTAÇÃO
3.1. Determinação inicial de todos os sistemas existentes na fábrica
Devem ser verificadas, pela documentação do arquivo técnico da empresa (fluxogramas, P&I´s, isométricos, etc.) e em campo, os diversos sistemas de tubulações de equipamentos utilizando como critérios iniciais: fluidos de processo, condições operacionais, limites físicos, etc.
3.2. Determinação dos modos e conseqüências de falhas
Uma vez identificados os sistemas de tubulações, em função de suas condições operacionais, identificar os principais mecanismos de deterioração inerentes à cada sistema, os DDAs associados e os modos de falha correspondentes, bem como também analisar as conseqüências de eventuais falhas em relação à perdas operacionais, segurança e meio ambiente e custos de reparos.
3.3. Definição de criticidade e priorização do detalhamento de cada sistema
           Em função da análise de riscos, com os dados levantados no item anterior, priorizar os sistemas e as ações, dentro de cada sistema a ser inspecionados.
3.4. Detalhamento dos sistemas
dentificação do sistema: determinação dos limites do sistema e seus equipamentos e tubulação componentes bem como os detalhes relevantes para inspeção e elaboração dos croquis isométricos e levantamento dos dados operacionais reais relevantes e históricos de variação dos mesmos
3.5. Análise de histórico
Pesquisa dos exames e testes executados, manutenções e substituições realizadas, DDAs e falhas registradas, para que seja considerado no planejamento das inspeções do sistema.
3.6. Elaboração do plano de inspeção
Definição dos exames e testes, os locais de aplicação , os procedimentos de execução e as necessidades de apoio para sua execução.
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	4 - CASO PRÁTICO
Analisamos o sistema de preparação de carga da área de produção de noneno (fluido de processo: noneno – pressão de projeto : 22,4 kgf/cm2 – Temperatura de projeto: 95 C) detalhando melhor o processo de implementação do plano de inspeção de sistema de tubulações. Foram executadas as seguintes etapas para execução de todo o trabalho:
  Listagem inicial de todos os sistemas existentes na fábrica; 
  Estudo de causas possíveis em função das características de projeto,   operação e histórico de inspeção e manutenção, e DDAs correspondentes 
  Determinação dos modos e conseqüências de falha de cada um dos DDAs possíveis 
  Priorização do detalhamento do sistema em função da conseqüência de falha 
  Detalhamento de cada um dos sistemas: 
  Identificação do sistema: Determinação dos limites do sistema, seus equipamentos e componentes, bem como os detalhes relevantes para inspeção 
  Levantamento de campo de todo o encaminhamento do sistema delimitado, contendo todos os detalhes relevantes para inspeção, inclusive drenos, vent’s, tubulações de pequeno diâmetro, identificação de soldas, etc.. 
  Elaboração do "croqui isométrico", conforme figura 1. 
  Levantamento dos dados operacionais reais relevantes e seu histórico de variação (em função da determinação das causas de deterioração possíveis, foram isoladas as variáveis de processo relevantes para ocorrência e evolução dos DDAs correspondentes, e analisada sua evolução ao longo do tempo) 
  Levantamento do histórico existente 
  Elaboração de plano de inspeção, conforme tabela 1 
  
Tabela 1 - Pré-Planejamento de Inspeção 
  
CAUSA / TIPO DE DETERIORAÇÃO
TÉCNICA DE INSPEÇÃO / PROCEDIMENTO
LOCAIS
OBS
PROJETO / CÁLCULO ESTRUTURAL
PROJETO / MATERIAL INADEQUADO
 
Verificação
 
Geral
Verificação da especificação de tubulação em relação ao exigido pelo código de projeto
MONTAGEM / SOLDAGEMFABRICAÇÃO / FORJAMENTO
FABRICAÇÃO/
LAMINAÇÃO
 
Exame visual
Em todos os tubos e soldas visíveis e algumas expostas quando da remoção do isolamento
Em todos os acessórios forjados (identificar marcação do fabricante)
 
 
Exame por ultra-som
 
Em algumas soldas conforme indicado no croqui
Verificar detalhe do chanfro e defeitos aceitáveis em relação ao exigido pelo código de projeto / especificação de tubulação
  
 
 
MONTAGEM / AVARIAS DE EXECUÇÃO
MONTAGEM / FORA DE ESPECIFICAÇÃO
MANUTENÇÃO / SOLDAGEM
MANUTENÇÃO / AVARIAS DE EXECUÇÃO
 
 
 
  
 
 
 
Exame visual
Em todo o encaminhamento da tubulação
 
Nas regiões que sofreram manutenção
Exame visual para identificação de regiões que sofreram manutenção
Verificação visual geral, medição de espessuras de tubos e curvas, e exame por ultra-som de regiões que sofreram manutenção para verificação do atendimento aos requisitos mínimos da especificação de tubulações
Verificação dos "projetos de alteração e reparos" e materiais utilizados, em relação à "especificações de tubulação"
Medição de espessuras
Uma medida em cada trecho de tubulação e curva
Verificar detalhe do chanfro e defeitos aceitáveis em relação ao exigido pelo código de projeto
Verificar em relação às espessuras especificadas no projeto
Exame por ultra-som
Nas juntas soldadas que sofreram manutenção e naquelas marcadas no croqui
-ANOMALIA OPERACIONAL / SOBREPRESSÃO
-ANOMALIA OPERACIONAL / INCÊNDIO
  
Verificação
  
Geral
Caso seja identificada alguma ocorrência relevante, deverão ser previstos exames e testes adequados para avaliação de eventuais danos no planejamento da próxima inspeção
  
 
CORROSÃO ATMOSFÉRICA
Exame visual externo
Tubos, curvas e acessórios
Atentando para regiões de suportes, regiões com pintura danificada
Medição de espessuras, profundidades e profundidade de alvéolos
Nas regiões onde forem identificados danos
Deve-se prever cabeçote miniatura para medição em tubulação de pequeno diâmetro
 
CORROSÃO SOB REVESTIMENTO / EXTERNO
Exame visual
Ao longo de todo o encaminhamento
Identificar as regiões que apresentam danos no isolamento e que permitam a infiltração de água
Medição de espessuras, profundidades de alvéolos
Nas regiões onde forem identificados danos
O isolamento deverá ser removido nas regiões indicadas na inspeção visual preliminar Deve-se prever cabeçote miniatura para medição em tubulação de pequeno diâmetro
CORROSÃO
INTERNA
Medição de espessuras A-SCAN e B-SCAN
Conforme croqui
Mapeamento de áreas com danos
Gamagrafia
Em drenos, vent’s e tubulação de pequeno diâmetro, conforme croqui
 
FADIGA
-Exame por líquido penetrante
-Exame por ultra-som
Em regiões suspeitas após inspeção visual inicial e identificação do modo de trincamento
 
  
  execução da inspeção - Esta fase prevê a execução dos exames e testes planejados no item anterior. O cronograma de execução considera a pesquisa dos DDAs que possam evoluir para falhas ou elevados gastos de manutenção e a facilidade de execução dos exames necessários, prioritariamente. Neste exemplo vai-se discutir somente a pesquisa do DDA "alvéolos agrupados" causado por "corrosão interna", no sistema considerado. Poderemos comparar as diferentes abordagens: a inspeção deste sistema seguindo o método antigo e a mesma através da nova abordagem proposta seguindo as figuras 1 e 2 respectivamente. 
  
O gráfico acima mostra as espessuras representativas das tubulações examinadas, com base no histórico existente.As técnicas aplicadas para detecção e caracterização dos DDAs possíveis não foram as mais adequadas. 
 
As reduções de espessura observadas no gráfico acima foram detectadas através de medidas pontuais realizadas em locais aleatórios, sendo resultado da existência de alvéolos internos (DDA) , os quais não são adequadamente detectados por medições pontuais.
 
A análise do gráfico mostra que existem várias tubulações do sistema com espessuras inferiores às nominais em nível que sugere a existência de processo de desgaste interno ativo, conforme é de se esperar em função da causa "corrosão interna" provocada pela presença de água no propano, a qual não provoca desgaste uniforme ao longo das tubulações do sistema devido a diferenças de condições locais (velocidade de fluxo, temperatura, concentração, etc..)
  
  
Figura 1 
  
  
  
  O planejamento da próxima inspeção leva em consideração todos os resultados dos exames e testes aplicados, a determinação dos limites aceitáveis para cada DDA detectado e sua cinética de evolução. A tabela abaixo mostra, a título de exemplo, o planejamento parcial da próxima inspeção relativo ao trecho do isométrico 6" P20003 e considerando somente o controle de evolução do DDA "alvéolos agrupados", provocado por "corrosão interna". 
O prazo para realização da próxima inspeção, relativamente curto (1 ano), está sendo muito influenciado pela taxa de evolução dos danos estimada em função dos dados existentes , pois só se conhece a data da última substituição desta tubulação e, portanto está se considerando uma taxa de evolução de danos uniforme, o que, por sua vez, não deve ser totalmente verdadeiro, já que há dois anos vem se aplicando a injeção de inibidores de corrosão nesta região. Porém com a aplicação desta metodologia a partir da próxima inspeção já existirão dados adequados para uma previsão mais realista e automática, uma vez que o sistema informatizado que controla os períodos para a próxima inspeção trabalha com uma rotina de cálculo da taxa de corrosão do último período analisado e a média de todos os períodos, considerando a menor entre estas ou aquela escolhida pelo analista. Desta forma, o próximo período de inspeção calculado já será determinado pela pequena variação de espessuras esperada. É obvio, porém conveniente ressaltar, que as medidas deverão ser obtidas através de técnica adequada, ou seja, a varredura de espessuras por B-SCAN.
 
O gráfico 2 abaixo, mostra as taxas e evolução da perda de espessura considerando os valores obtidos no histórico.
 
 
Gráfico 2 – Pode-se observar uma grande variação e valores inclusive positivos os quais indicam um "aumento" da espessura da tubulação. Isto deve ser creditado à pequena representatividade das medidas de espessura executadas anteriormente.
 
PRÉ-PLANEJAMENTO DE INSPEÇÃO
EQUIPTO
PLANTA
INSPETOR
O.S.
DATA
RESPONSÁVEL
SISTEMA DE PREPARAÇÃO DE CARGA A-20 – PROPANO
UNIPAR A-20
Helcio
 
+ 1 ANO
Mauro Duque de Araújo
  
CAUSA / TIPO DE DETERIORAÇÃO
TÉCNICA DE INSPEÇÃO / PROCEDIMENTO
LOCAIS
CORROSÃO INTERNA
MEDIÇÃO DE ESPESSURAS B-SCAN
REGIÕES A,B,C e F
CURVAS: CURVA 10 e CURVA 11
TRECHOS: TR2-03 M, TR2-05 M
 
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	5 - VANTAGENS OBSERVADAS
 
Pontos que se destacaram como resultado direto da metodologia utilizada:
 
  com o sistema identificado e o croqui isométrico elaborado verificou-se uma imediata facilidade no registro de informações referentes ao sistema (informações de inspeção e manutenção). 
  
  a identificação das causas de deterioração possíveis, os DDAs correspondentes e os modos de falhas e a compilação do histórico de inspeção e manutenção permitiu a identificação de falhas de inspeção, conforme mostrado na figura 1, e a elaboração de programa de ação racionalizado para saná-las. 
  
  a primeira inspeção após esta fase inicial mostrou necessidade de execução de uma série de exames adicionais, seja por ausência de inspeção em determinadas tubulações e regiões, seja por deficiência de inspeções anteriores quanto à detecção de determinados tipos de DDAs. Porém, o planejamento da inspeção subseqüente já reflete os resultados da possibilidade de otimização dos exames e testes necessários para controle de sua integridade física, ou seja, como já se tem um "retrato" do estado físico do sistema é possível planejar exames na extensão e localizaçãomais adequadas. 
  
  as inspeções realizadas, basicamente compostas por exame visual e medição de espessuras, não foram adequadas à detecção de todos os DDAs possíveis, tais como defeitos de soldagem oriundos da fabricação e montagem e trincas de fadiga numa determinada região do sistema 
  
  critério de análise da relevância dos danos aplicado no caso exemplificado foi determinante para identificação das regiões realmente críticas e as conseqüentes necessidades de manutenção. 
  
  foi possível planejar a próxima inspeção prevendo os exames adequados nos locais representativos, o que permitirá o acompanhamento seguro da evolução dos danos internos (alvéolos agrupados) ao mínimo custo de inspeção e obtendo-se um "retrato" fiel do estado físico do sistema (parte correspondente à tubulação 6" P 20003). Este raciocínio, abordado para todas as demais partes componentes do sistema, considerando todas as causas de deterioração possíveis e seus DDAs correspondentes, permite que se obtenha um planejamento de inspeção dinâmico (reavaliado a cada inspeção) e mínimo em termos de custo que permite garantir a uma maior confiabilidade de todo o sistema. 
  
  houve ganho significativo no registro das inspeções, o que gerou uma significativa economia de tempo, pois é elaborado apenas um relatório por sistema ao invés de um para cada isométrico. 
 
TABELA 2 – COMPARAÇÃO ENTRE MÉTODOS DE 
PLANEJAMENTO DE INSPEÇÕES  
ABORDAGEM TRADICIONAL X ABORDAGEM POR SISTEMAS
  
FASE
TRAD
SIST
VANTAGEM
DESVANTAGEM
Identificação do sistema
 
X
Permite tratar como um equipamento único incluindo tubulações de pequeno diâmetro, as quais normalmente não possuem identificação e nem isométrico, sendo porém responsáveis por grande parte das falhas
Permite visualizar todas as tubulações e equipamentos contidos no sistema e os detalhes relevantes para inspeção ,identificando regiões com "pouca inspeção"
Permite a extrapolação dos resultados da análise dos DDAs e suas causas para outras regiões e/ou equipamentos
Facilita o registro e rastreamento de manutenções realizadas
É necessário um trabalho inicial de identificação do sistema nos documentos existentes e no campo o que representa um custo inicial adicional.
Determinação de possíveis causas
X
X
A abordagem por sistemas facilita muito esta fase já que permite uma visão global dos equipamentos sujeitos as mesmas causas de deterioração provocadas pelos mesmos agentes
A abordagem tradicional, por isométricos, além de muito trabalhosa devido à quantidade de documentos tende a desconsiderar tubulações de pequeno diâmetro e características importantes para avaliação do equipamento tais como drenos, vent’s, suportes. A ausência de visão do sistema impossibilita análises globais sobre as causas de deterioração com a conseqüente perda de eficiência dos planos de inspeção
Estudo que deve ser realizado com a necessária profundidade, e naturalmente com mão de obra especializada (equipe multidiciplinar). Em alguns casos pode representar custo inicial significativo
DDAs possíveis locais prováveis
X
X
Modos de falha
 
X
Definição das técnicas e procedimentos de inspeção aplicáveis (Plano de inspeção)
X
X
Análise de riscos
 
X
Abordagem fundamental para ponderar as necessidades de inspeção, "projetos de alterações e reparos" e planejamento da próxima inspeção, com conseqüente otimização de custos de inspeção e manutenção ,priorização das ações necessárias para atingimento das metas de risco especificadas
Estudo que deve ser realizado com a necessária profundidade, e naturalmente com mão de obra especializada (equipe multidiciplinar). Em alguns casos pode representar custo inicial significativo
Projeto de reparos e modificações para minimização de riscos
 
X
Só é possível quando se conhece os modos de falha e suas conseqüências. Impossível no método tradicional
 
Planejamento da próxima inspeção
X
X
A abordagem baseada em "sistemas" permite o planejamento otimizado e racional, a abordagem tradicional tende a repetir tarefas pré-estabelecidas e não necessariamente efetivas em períodos regulares
 
Relatório
X
X
A abordagem tradicional gera a necessidade de um grande número de relatórios (um para cada tubulação)
Na abordagem por sistemas será gerado um único relatório para todo o sistema, o que permite visões claras sobre o estado físico dos equipamentos e tubulações componentes do sistema e dos riscos associados a cada um deles
 
 
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6 - CONCLUSÕES
 
A metodologia de tratativa da inspeção de tubulação através de abordagem por sistemas mostrou possibilidade de ganhos significativos (tanto econômicos como em confiabilidade e segurança operacional), permitindo um direcionamento dos exames e análises nos pontos críticos das tubulações do sistema em questão e, ao mesmo tempo, uma avaliação representativa do sistema como um todo.
Obviamente, este tipo de trabalho exige esforços no levantamento do maior número de informações possível e no planejamento das ações inerentes ocorrendo que, muitas vezes, em função de uma documentação técnica pobre existente, haja um certo espaço de tempo entre o início da estruturação do plano de inspeção e as inspeções propriamente ditas.
Entretanto, essa metodologia tem comprovado ser extremamente eficaz quando comparada ao planejamento tradicional de inspeções em tubulações, tanto do ponto de vista de confiabilidade operacional de tubulações como também de produtividade das equipes de inspeção e da otimização de recursos de ensaios e análises.
A tabela 2 , permite, de maneira objetiva, comparar as diferentes abordagens, levando-se em conta cada um dos passos básicos do planejamento de inspeções.
 
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	7 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Norma API 570 – "Piping Inspection Code" - 1998
Procedimento Internos - "Inspeção de Equipamentos" - German /2001 
American Society for Metals Handbook – "Corrosion" - Vol. 13 –– 1987
American Society for Metals Handbook – "Failure Analysis" - Vol. 11 –– 1986
FONTANA, Mars G. - "Corrosion Engineering" – Ed. Mc Graw-Hill – 1986 WOLPY, Donald J. – "How Components Fail" –  American Society for Metals - 1996