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Detecção de trincas de fadiga por Emissão Acústica
• Mauro Duque de Araújo• Arilson Rodrigues da Silva• Cláudio Allevato
GRINSP
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Emissão Acústica
Objetivo: “Ouvir sons produzidos pela propagação de trincas por fadiga”
Pré-AmplificadorAmplificador
Filtros
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“Assinatura” típica de EA de descontinuidades ou ruídos
Trinca confirmada
Vazamento / fluxo
Contato mecânico / Abrasão
Propagação de trincas
Empolamento por hidrogênio
EMI / RFI
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“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.
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“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
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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
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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
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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
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• Corrosão sob Tensão - CST
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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
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CASO 2 – FADIGA MECÂNICA
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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
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• 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
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Equipamento inspecionado
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TRAÇO PARA REGIÃO DA RÉPLICA 1 SOBRE SOLDA DE SELAGEM INDICANDO PRESENÇA DE DESCONTINUIDADES (TRINCAS ).
TRINCA DETECTADA.
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CASO 3 – FADIGA TÉRMICA
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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
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• Fadiga Térmica
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Monitoramento durante aquecimento Monitoramento durante TH
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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
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CASO 4 – CORROSÃO-FADIGA
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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
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• Corrosão-Fadiga
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Região localizada pelo exame de EA - Confirmada a existência de trincas sob o anel de vácuo
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Trincas encontradas sob o anel de vácuo
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O monitoramento em operação constatou que as atividades de EA ocorrem quando há variações na temperatura
pres
são
tem
pera
tura
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CONCLUSÃO
O Sucesso do exame por Emissão Acústica depende da seleção correta da “estratégia” de monitoramento.