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