COTEQ2015 057

“EXAME NÃO DESTRUTIVO DE TUBOS DE CONDENSADORES DE TURBINAS”

Mauro Duque de Araujo1 , Arilson Rodrigues da Silva

2

13ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos

Copyright 2015, ABENDI, ABRACO, ABCM e IBP.

Trabalho apresentado durante a 13ª Conferência sobre Tecnologia de Equipamentos.

As informações e opiniões contidas neste trabalho são de exclusiva responsabilidade do(s)

autor(es).

SINOPSE

Os condensadores de turbinas são trocadores de calor que tem por função a condensação do

vapor na saída de turbinas, são equipamentos de grande importância operacional, cuja falha de

tubos leva a contaminação do condensado, o que pode causar problemas sérios de corrosão

nos equipamentos de geração de vapor e mesmo nas turbinas.

Neste trabalho são discutidos os mecanismos que causam deterioração nos tubos de

condensadores, as características dos danos associados e as técnicas de ensaios não

destrutivos aplicáveis para a detecção e dimensionamento destes danos. O trabalho aborda

casos reais vividos nos últimos 15 anos, de inspeção, ensaios não destrutivos e análise de

falhas em tubos de condensadores fabricados em diversos materiais, desde aços carbono, ligas

de cobre, aços inoxidáveis da série 300 e ligas de titânio.

São abordadas diretrizes para elaboração dos procedimentos de ensaios não destrutivos

aplicados na inspeção destes tubos, considerando as propriedades do material de construção

dos tubos, características físicas dos danos (tipo, dimensões, localização, superfície de

incidência), características dos depósitos e incrustações normalmente encontrados,

sua influência na execução dos ensaios não destrutivos, e impacto nos resultados dos exames.

__________________________

1 MSc, Engenheiro Metalúrgico e de Materiais, ASNT NDT Level III AE/ ET/ UT, ASNT

ACCP Level III UT Nº 156877, SNQC Nível 3 EA, CP Nº 12497 – ARAUJO

ENGENHARIA.

2 Técnico Mecânico, Inspetor de Equipamentos, ASNT ACCP UT Level II 176695 / PCN

PAUT Level II 322606 / US-N2-IR SEQUI 11763 / CP-N2-TI SNQC 9270 - ARAUJO

ENGENHARIA.

INTRODUÇÃO

Os condensadores de turbinas tratados neste trabalho, conhecidos também como

condensadores de superfície, são trocadores de calor casco x tubo, cuja função é condensar o

vapor na saída de turbinas a vapor. Suas condições operacionais são similares, tipicamente a

superfície externa dos tubos está em contato com o condensado gerado e a superfície interna

com a água utilizada para refrigeração, a qual pode variar significativamente em função de

sua origem em lagos, rios, poços, oceanos. A literatura técnica cita que o vapor e o

condensado são similares, enquanto que a água utilizada na refrigeração varia muito, cita-se

que "em 100 diferentes plantas industriais, pode-se esperar 100 diferentes águas de

refrigeração".

Os tubos utilizados nestes condensadores devem resistir à corrosão e também não devem ser

propensos ao "fouling" (acumulo de material indesejado), para que os condensadores operem

com confiabilidade e eficiência. Atualmente, reconhece-se que os materiais comumente

utilizados não são completamente imunes à corrosão e "fouling". Alguns materiais são menos

susceptíveis, mas não completamente imunes.

Estes equipamento são projetados e fabricados por códigos de vasos de pressão tais como o

ASME, British Standard, etc. Os tubos, além das propriedades mecânicas exigidas para

suportar as pressões e temperaturas inerentes de sua operação, e as cargas impostas na sua

fixação no equipamento; tem que possuir resistência à corrosão tanto pelo condensado como

pela água utilizada para refrigeração.

Os principais materiais de utilizados na fabricação dos tubos são aços carbono, ligas de cobre,

aços inoxidáveis da série 300, aços duplex, superduplex e ligas de titânio.

Cada um destes materiais sofre diferentes tipos de deterioração, que basicamente causam pites

(PIT) isolados ou agrupados, perdas de espessura localizadas (PEL) e generalizadas (PEG) e

também trincas, que podem ser circunferenciais (TC), longitudinais (TL) e/ou ramificadas

(TR). Um ou mais danos são frequentemente observados em um mesmo equipamento. Estes

danos podem ocorrer ao longo da superfície livre dos tubos, sob chicanas e também sob

espelhos e afetam as superfícies internas e/ou externas dos tubos.

Estes danos precisam ser detectados prematuramente, pois a sua evolução e consequente falha

dos tubos geram problemas operacionais e elevados custos associados aos reparos necessários

e lucros cessantes. Uma vez instalado o mecanismo de deterioração, a falha é relativamente

rápida, principalmente porque estes tubos possuem "paredes" pouco espessas, entre 0,7 e 2,8

mm.

A detecção e dimensionamento destes danos é feita por ensaios não destrutivos (END´s)

aplicados com o equipamento fora de operação, através do exame tubo a tubo mediante a

introdução de "sondas" que coletam "sinais" produzidos por eventuais danos presentes.

As técnicas consagradas pelo uso, tipicamente aplicadas para detecção dos danos citados

(pites - PIT, perda de espessura localizada - PEL, perda de espessura generalizada - PEG e

trincas - TC,TL,TR), são conhecidas como "correntes parasitas (Eddy current - ECT)",

"Campo Remoto - Remote Field Testing (RFT)", "MFL - Magnetic Flux Leakage" e "IRIS",

as primeiras três do método eletromagnético e a segunda do método ultrassônico. Existem

outras técnicas em desenvolvimento ou com aplicações limitadas.

Existe muita desconfiança sobre a eficácia destas técnicas associadas a "resultados ruins" que

infelizmente ainda ocorrem. É comum ouvir o raciocínio, "o tubo foi inspecionado e falhou,

então a técnica não é eficaz".

Neste trabalho vamos discutir alguns casos ilustrativos das razões por traz destes "resultados

ruins". Nossa experiência mostra que a probabilidade de erro é minimizada quando se tem

claro o objetivo da inspeção, o conhecimento do que se procura: as características físicas

(tipo, dimensões), localização (ao longo dos tubos, sob chicanas, etc, e regiões preferenciais

no feixe), e incidência (superfície interna ou externa dos tubos); a seleção adequada das

técnicas de inspeção (ECT, RFT, MFL e IRIS), sondas, padrões e corpos de prova; as

necessidades de apoio e preparação dos tubos para inspeção; e a organização de equipes de

inspeção e análise dos resultados suficientemente treinadas e qualificadas tanto para a

execução da inspeção de campo e para a supervisão e análise dos sinais gerados nos ensaios

não destrutivos.

Há que se entender e aceitar que todas as técnicas têm limitações de detecção e

dimensionamento de danos, as quais devem ser "quantificadas" e traduzidas em

procedimentos de inspeção suficientemente capazes de detectar os danos que estão sendo

procurados.

A era digital aumentou muito a capacidade das técnicas, principalmente pela possibilidade de

digitalização dos sinais e análise através de softwares e computadores, se observa também um

desenvolvimento contínuos da aparelhagem, inclusive de "sondas", e também de softwares e

recursos de comunicação, que permitem o suporte remoto para as equipes de campo e também

a discussão de resultados pela equipe de análise mesmo não estando fisicamente juntos.

1 - Materiais

A figura 1 abaixo ilustra uma "classificação" de algumas ligas em relação ao nível de cloretos

admissível em águas de refrigeração. As ligas classificadas como " baixa resistência", incluem

os aços inoxidáveis austeníticos S30403 e S31603, os ferríticos S43005 e a família dos aços

duplex inclusive as ligas S32101, S32304 e S32003; suportam apenas águas com níveis muito

baixos de cloretos. Aços duplex S31803 ou austeníticos N08904, S31703 e S31726, possuem

resistência " Intermediária". Os aços superausteníticos de alta resistência à corrosão, incluindo

as ligas superferríticas S44735 e S446600, os superausteníticos N8367, S31254 e S34565 e

os superduplex S32750, são os mais resistentes e podem ser utilizados com águas "salobra" e

do mar.

Nos anos 70 foram introduzidas as ligas de titânio na Europa e Japão, as quais demonstraram

resistência ao ataque corrosivo generalizado e localizado por pites e em frestas em meios

aquosos com elevada concentração de cloretos. Existem trocadores de calor que operaram por

mais de 40 anos com água do mar sem apresentar falhas; mas devido a crise no mercado do

titânio, foram desenvolvidas "mais econômicas", aços inoxidáveis com elevados teores de

elementos de liga, chamados de superinoxidaveis, tais como os superausteníticos UNS

S31254 e UNS N08367.

Desde o ano 2000, os preços do níquel e Molibdênio tornaram-se instáveis. Como resultado,

foram desenvolvidos aços inoxidáveis austeno-ferríticos tais como UNS S31803, UNS

S32003 e UNS S32101, mais baratos e utilizados como alternativa em contato com águas de

baixa concentração de cloretos; e recentemente, aços superduplex, foram desenvolvidos para

aplicações com água salobra e do mar.

Atualmente a maior parte do mercado de tubos para condensadores de superfície, é ocupada

por tubos de titânio e aços superduplex. Entretanto existem condensadores que possuem tubos

desde aços carbono até titânio, a chave para seleção do material adequado é a qualidade da

água de refrigeração que terá contato com o tubo. O melhor material para uma dada aplicação

é aquele que possui resistência à corrosão adequada à qualidade da água de refrigeração.

Os principais agentes agressivos presentes na água de refrigeração a serem considerados são

os cloretos dissolvidos, que tem origem na cloração da água de refrigeração para controle do

"bio-fouling" (material acumulado consiste de organismos vivos) . Entretanto esta adição deve

ser controlada e o material dos tubos do condensador escolhidos de acordo.

O "PREN - Pitting Resistance Equivalent Number" é o mais fácil e comumente utilizado

critério para classificação dos materiais para utilização em água de refrigeração de

condensadores, ele compara a resistência à corrosão por pites por cloretos de diferentes ligas.

É empírico e calculado utilizando a seguinte fórmula:

PREN = %Cr + 3,3(%Mo) + 16 (%N)

A tabela abaixo contém alguns dos materiais utilizados classificados por sua resistência à

corrosão por pites (PREN).

Ordinária - Aços inoxidáveis com PREN entre 18 e 30

Elevada resistência - Ligas com PREN entre 30 e 40

Aços superinoxidáveis - acima de 40

O teor de cloretos deve ser medido na entrada do condensador e não na entrada da água,

porque as torres contribuem para o acúmulo de cloretos.

2 - Mecanismos de deterioração

Os tubos dos condensadores não deterioram apenas por corrosão por pites causados por

cloretos, existem vários mecanismos de deterioração que causam danos tais como pites (PIT),

perda de espessura localizada (PEL), perda de espessura generalizada em grandes áreas

(PEG), além de trincas circunferenciais (TC), transversais (TT) e ramificadas (TR), os quais

podem afetar os tubos à partir da sua superfície interna ou externa. Estes danos também

podem estar localizados ao longo dos tubos ou em regiões particulares tais como sob espelhos

e chicanas. Sua localização no feixe tubular também influi na deterioração.

2.1 - Corrosão-erosão

A corrosão-erosão pela água de refrigeração pode ocorrer em regiões de fluxo turbulento,

normalmente na extremidade dos tubos na entrada de água, ou em regiões onde existam

"corpos estranhos" que fazem a água fluir ao seu redor; quando a água arrasta material

abrasivo tais como areia.

As ligas de cobre-níquel tem a metade da resistência à erosão do que os latões almirantados, e

são uma ordem de magnitude menos resistente que os aços inoxidáveis e ligas de titânio. A

corrosão erosão também pode afetar os espelhos e as extremidades dos tubos, causando

vazamentos na fresta entre eles.

Figura 2 – Perda de espessura causada por corrosão-erosão por água de refrigeração. (3)

A erosão também pode ocorrer no lado do vapor. A existência de água ou vapor condensado

no fluxo de vapor que sai da turbina, incidindo diretamente sobre a superfície dos tubos é a

responsável pelos danos.

Figura 3 – Perda de espessura por erosão, devido a incidência direta de vapor sobre os tubos.

(3)

2.2 - Abrasão

A vibração dos tubos e o projeto inadequado da furação das chicanas pode causar a perda de

espessura localizada dos tubos (PEL) por abrasão entre os tubos e as chicanas.

Figura 4 – Perda de espessura causada por abrasão entre os tubos e as chicanas. (3)

2.3 - Corrosão por Pites e Frestas

A corrosão por pites está diretamente relacionada ao nível de cloretos presentes na água de

refrigeração, conforme discutido acima. Estes cloretos se concentram em frestas e também

sob depósitos, causando danos por pites que ocorre em temperaturas de 30 a 50ºC abaixo da

PREN no mesmo ambiente. A resistência à corrosão por frestas é medida comumente pela

ASTM G48, existem curvas correlacionando a ASTMG48 com o PREN. (4)

Figura 5 – Perda de espessura devido a corrosão por pites. (3)

2.4 - Corrosão Microbiológica (MIC)

A corrosão microbiológica é confundida com a corrosão por pites, ela geralmente ocorre em

águas consideradas ”benignas". O termo "influenciada” é frequentemente utilizado porque as

bactérias por si só não causam a corrosão. Comumente as bactérias formam "filmes" que

favorecem a formação de uma água com composição química muito diferente da água que

circula pelos tubos, a qual contém compostos químicos produzidos pelo metabolismo das

bactérias, que podem ser muito agressivos. A tabela abaixo lista algumas bactérias comuns e

os compostos químicos produzidos por elas.

Organismo Ação Problema

Thiobacilus Redução de sulfatos Produz H2SO4

Desulfovibrio Redução de sulfatos Produz H2S

Gallionella Fixa Mn/Fe Precipita MnO2, Fe2O3

Crenotrix Fixa Mn/Fe Precipita MnO2, Fe2O3

Spaerotilus Fixa Mn/Fe Precipita MnO2, Fe2O3

Nitrobacter Redução de nitratos Produz HNO3

Figura 6 – Perda de espessura interna causada por corrosão microbiológica. (3)

Figura 7 – Outros casos de perda de espessura causada por corrosão microbiológica. (3)

2.5 - Corrosão Sob Tensão (CST)

Alguns materiais sofrem danos (trincas)

causados por corrosão sob tensão quando são

tensionados em meios específicos. No caso

dos trocadores de calor estas condições

ocorrem frequentemente em frestas tais como

entre os tubos e os espelhos.

Figura 8 – Trincas causadas por Corrosão Sob Tensão (CST). (3)

2.6 - Fadiga e Corrosão-fadiga

A vibração dos tubos produzida pelo fluxo pode causar trincas devido à esforços de flexão nos

tubos, que causam trincas circunferenciais. Se os tubos estiverem sob ação de um meio

corrosivo, podem ocorrer trincas sob tensões ainda mais baixas, neste caso as trincas também

podem ser longitudinais e/ou ramificadas.

tensões

temperatura

meio

Figura 9 – Trincas causadas por Corrosão Fadiga. (3)

2.7 - Defeitos de fabricação

Além de danos causados pelo uso, podem existir também defeitos de fabricação nos tubos.

São defeitos de soldagem tipo falta de fusão e poros nas soldas de "costura", defeitos de

conformação que causam trincas e até mesmo defeitos induzidos por operações de polimento

eletrolítico.

Perfuração causada durante o

processo de eletropolimento

Dobra de extrusão Trincas longitudinais de

conformação em aço carbono e

aço inoxidável série 300

Falta de fusão na costura

Figura 10 – Alguns tipos de defeitos de fabricação. (3)

3.0 - Ensaios Não destrutivos (6)

3.1 - IRIS (Internal Rotary Inspection System)

É uma técnica do método ultrassônico, que consiste basicamente na “varredura” de todo o

comprimento do tubo por um feixe normal de ultrassom. Isto se dá pela rotação de um

pequeno espelho acoplada a uma turbina movida a água que recebe o feixe e o direciona

perpendicularmente a superfície do tubo, conforme ilustra a figura abaixo, a água serve

também para acoplamento.

Fig. 11 – Técnica de ensaio de IRIS. (2) Fig. 12 – Apresentação dos resultados em vistas

B/C/D-Scan.(3)

As principais vantagens são:

- Pode ser aplicado a todo tipo de material

- Possui precisão no dimensionamento de perdas de espessura localizada (ø > 3 mm) e

generalizadas.

- Pode ser utilizado em um range amplo de diâmetros de tubos (entre 10 a 60 mm). Podem ser

desenvolvidos dispositivos especiais tanto para inspeção de diâmetros menores como para

diâmetros maiores.

As principais desvantagens são:

- Exigência de limpeza rigorosa

- Baixa velocidade de ensaio

- Detecta apenas danos do tipo perda de espessura

3.2 – ECT - Eddy Current Testing (Correntes Parasitas)

É uma técnica do método eletromagnético, que consiste na “varredura” de todo o

comprimento do tubo utilizando-se uma ou mais sondas que geram campos magnéticos que

induzem correntes parasitas nos tubos examinados.

A presença de descontinuidades causa uma perturbação na impedância do sistema de ensaio

que é correlacionada a defeitos artificiais com dimensões conhecidas induzidos e tubos

semelhantes aos ensaiados (tubos padrão). Esta correlação é representada pelo “plano de

impedância”.

Entre todas as técnicas é a que apresenta a maior sensibilidade e versatilidade, já que é capaz

de detectar e dimensionar (com algumas limitações), todos os tipos de danos normalmente

encontrados em tubos, desde perdas de espessura localizadas e extensas, até trincas

circunferenciais, longitudinais e ramificadas, através da utilização equipamentos e softwares

atualizados que permitam a operação com múltiplas freqüências, múltiplos canais e sondas

apropriadas.

O principal problema observado na inspeção por eddy-current , surge quando os espelhos ou

chicanas são fabricados com materiais semelhantes aos tubos; esta situação pode causar

“distorções” nos sinais que limitam a detecção e o dimensionamento de danos.

Fig. 13 – Técnica de ensaio de Eddy

Current. (2)

Figura 14 – Plano de voltagem de um ensaio de

Eddy Current. (3)

As principais vantagens são:

- É aplicável a uma ampla gama de materiais não ferromagnéticos ou levemente magnéticos,

tais como aços inoxidáveis austeníticos, cobre e suas ligas, titânio e suas ligas, inconel, etc...

- Pode detectar pites, perda de espessura, e trincas longitudinais, ramificadas e

circunferenciais (com sondas especiais)

- A utilização de múltiplas frequências possui mais recursos de analise e melhora o

dimensionamento;

- As sondas exigem bom fator de enchimento principalmente para danos internos, de 85 a

90%

- A centralização da sonda é importante para uniformizar a sensibilidade e redução de ruídos

- Aquisição de dados é muito rápida podendo chegar a 2 m/s.

As principais desvantagens são:

- Possui limitações para inspeção de materiais ferromagnéticos

- Exige a fabricação de padrões para cada tipo de tubo examinado

- A execução do exame e a interpretação dos resultados exigem experiência e habilidade

3.3 - RFT (Remote Field Testing) – Campo Remoto

É uma técnica do método eletromagnético, que consiste na “varredura” de todo o

comprimento do tubo utilizando-se sondas que emitem um campo magnético que é atenuado

pelo “volume de material” existente entre o emissor e o receptor. Uma correlação entre a

intensidade do campo magnético “sentido” e a espessura dos tubos, “plano de voltagem”é a

base para a detecção e dimensionamento da espessura real dos tubos.

A utilização de duas frequências para eliminar sinais indesejáveis, o recurso de “compensação

de frequências”, a utilização de equipamentos e softwares atualizados que permitem a

apresentação dos dados em tempo real e a gravação simultânea para analise posterior, são

fatores decisivos na precisão dos resultados, assim como na maximização da velocidade de

inspeção.

Fig. 15 – Técnica do ensaio RFT. (2)

Fig. 16 – Plano de voltagem de um ensaio

por campo remoto (RFT). (3)

As principais vantagens são:

- Permite a inspeção de tubos parcialmente incrustados

- Baixo fator de enchimento (menor que o eddy current)

- Sondas flexíveis para inspeção de partes curvas dos tubos, tipicamente utilizadas em

caldeiras

- Velocidade de ensaio superior ao IRIS.

As principais desvantagens são:

- Aplicável somente na inspeção de materiais magnéticos

- Não detecta danos sob chicanas e espelhos

- Possui limitações para detecção de pequenos danos

- A execução do exame e a interpretação dos resultados exigem experiência e habilidade

- Exige a fabricação de padrões para cada tipo de tubo examinado

3.4 - NFT (Near Field Testing) – Campo Próximo

É uma técnica do método eletromagnético, que consiste na “varredura” de todo o

comprimento do tubo utilizando-se sondas que emitem um campo magnético que medem o

“lift-off” ou o fator de enchimento e o converte em sinais baseados em amplitude (sem analise

de fase). É aplicado somente a materiais ferromagnéticos, incluindo tubos com aletas externas

e pode detectar e dimensionar pites, perda de espessura isolada ou gradual.

Devido a penetração das correntes parasitas ser limitada a superfície interna dos tubos, o

ensaio por NFT não é afetado por aletas no lado externo dos tubos.

Figura 17 – Técnica de Campo Próximo –

NFT. (2)

Figura 18 – Plano de voltagem de um

ensaio de NFT. Descontinuidade no tubo

detectada e com boa reprodutibilidade. (3)

As principais vantagens são:

- Permite a inspeção de tubos parcialmente incrustados

- Pouco sensível a chicanas e espelhos

- Velocidade de ensaio é superior a do Iris

- Aletas externas dos tubos não interferem nos resultados

- Pode inspecionar tubos sobre camadas não condutoras

As principais desvantagens são:

- Dimensionamento não é preciso, muitas vezes variáveis interferem

- Requer alto fator de enchimento

- Execução do exame e analise exige experiência e habilidade

- Exige fabricação de padrão para cada tipo de tubo

- Não diferencia descontinuidades internas e externas

3.5 - MFL (Magnetic Field Leakage)

É uma técnica do método eletromagnético, que consiste na “varredura” de todo o

comprimento do tubo utilizando-se uma sonda construída com dois fortes imãs permanentes.

Estes imãs geram um campo magnético que satura a parede do tubo.

Uma sonda absoluta mede a variação do campo magnético causada por perdas de espessura.

Quando uma falha é localizada entre os dois imãs, ocorre uma “perturbação” no campo

magnético resultando no “vazamento” de uma pequena quantidade de fluxo magnético para o

diâmetro interno do tubo. Este fluxo é detectado por uma bobina diferencial, localizada entre

os magnéticos. Um enrolamento colocado no final da sonda detecta o magnetismo residual e

permite a discriminação entre danos internos e externos.

Fig. 19 – Técnica de ensaio por MFL. (2)

Fig. 20 – Plano de voltagem de um ensaio

por MFL. (3)

As principais vantagens são:

- Inspeção de tubos aletados

- Permite a inspeção de tubos parcialmente incrustados

- Detecta pites, trincas circunferenciais e perdas de espessura

- É pouco sensível a presença de chicanas e espelhos

- Permite elevadas velocidades de aquisição de dados

- A interpretação dos resultados é relativamente simples

As principais desvantagens são:

- O dimensionamento é precário, é recomendada principalmente para detecção de danos

- O fator de enchimento requerido é semelhante ao eddy-current.

- Exige a fabricação de padrões para cada tipo de tubo examinados

4.0 - DISCUSSÃO

Nossa experiência na inspeção de tubos de condensadores tem demonstrado que os danos

tipicamente encontrados podem ser detectados e dimensionados adequadamente por ENDs.

Mas, é necessário desenvolver e qualificar procedimentos e planos de inspeção adequados.

4.1 - Materiais não ferromagnéticos

Os pites internos causados por corrosão pela água de refrigeração, normalmente possuem

diâmetros inferiores a 2 mm. Nos materiais não ferromagnéticos, tais como os ligas de

cobre, os aços inoxidáveis austeníticos e ligas de titânio, eles são detectáveis e dimensionáveis

através da técnica de correntes parasitas (ECT). Porém devem ser consideradas as seguintes

particularidades:

1- Os padrões sugeridos pelo código ASME V artigo 8, que são os mais utilizados para

inspeções de campo, possuem descontinuidades artificiais cujos diâmetros são

significativamente maiores que 2 mm, conforme ilustrado no croqui abaixo

Figura 21 – Croqui de um tubo padrão ASME para ensaio ECT. (3)(5)

2- No ensaio por correntes parasitas (ECT), os danos mais superficiais são separados do furo

passante pela variação do ângulo de fase de 40º.

Figura 22 – Separação do ângulo de fase em função da profundidade dos defeitos (3)

Estes aspectos são ilustrados por uma inspeção pela técnica de correntes parasitas (ECT) dos

tubos (SA-B111_C67800, diâmetro de 19,05 mm e espessura de 1,65 mm) instalados em um

trocador de calor, deteriorados por pites internos causada por corrosão sob depósitos,.

Para a calibração do sistema de correntes parasitas, e execução da inspeção de campo foi

utilizado um padrão ASME.

Foram indicados pites com profundidade de até 50% da espessura da parede do tubo. Um tubo

que continha um indicação de 50% foi removido e levado ao laboratório para novas inspeções

por correntes parasitas e exames metalográficos destrutivos.

No laboratório foram feitas duas calibrações do sistema de correntes parasitas, em um foi

utilizado o padrão ASME (mesma calibração utilizada na inspeção de campo), e na outra foi

utilizado um padrão com "pites internos".

internos externos

Nestes testes no laboratório, com a calibração ASME, se confirmaram os sinais de 50%

analogamente ao que havia acontecido no campo. No teste com a calibração do "padrão de

pites internos", os mesmos danos produziram sinais correspondentes a profundidade de

aproximadamente 30% da espessura da parede do tubo.

O corte da amostras da região que continha estas indicações mostrou a presença de pites com

diâmetros entre 1 e 2 mm e profundidade entre 20 e 30%.

A primeira razão a ser considerada para explicar a diferença entre as profundidades, é a menor

precisão característica da técnica de correntes parasitas (ECT) para dimensionar pites

internos, a outra foi a utilização de uma curva de calibração obtida com um padrão

representativo dos tipos de danos existentes, pites internos.

Figura 23 - Pite de ~ 1mm de diâmetro entre 20 e 30% de profundidade da parede,

indicado com 50% no teste com calibração utilizando padrão ASME e 30% com

calibração utilizando o padrão de "pites internos". (3)

Nestes materiais não ferromagnéticos, há duas técnicas aplicáveis para detectar e

dimensionar perda de espessura externa dos tubos (PEL ou PEG), a técnica eletromagnética

de correntes parasitas (ECT) e a técnica ultrassônica IRIS.

A técnica eletromagnética de correntes parasitas (ECT) é capaz de detectar e dimensionar

PEL e PEG nos canais absolutos do sistema de correntes parasitas (ECT), e o

dimensionamento é feito através da comparação dos sinais com de curvas de calibração

obtidas com padrões de espessuras escalonadas. As trincas longitudinais e ramificadas podem

ser detectadas por ECT com a utilização de sonda tipo bobina convencionais. Para detecção e

dimensionamento de trincas circunferenciais são necessárias sondas especiais do tipo

"pankake" e "array".

A técnica ultrassônica IRIS, é efetiva para detecção e dimensionamento. Na elaboração dos

procedimentos, devem ser considerados os seguintes aspectos:

1- O IRIS exige um elevado grau de limpeza para que haja acoplamento, já o ECT não exige

uma limpeza tão boa, embora a presença de incrustações internas e externas, principalmente

se possuirem propriedades eletromagnéticas, nos tubos possam gerar ruídos que afetam o

nível de detecção e a precisão no dimensionamento;

2- A velocidade de inspeção do ECT é pelo menos o dobro do IRIS;

3- Se a inspeção tem por objetivo detectar outros tipos de danos além da perda de espessura

externa, como por exemplo pites internos, pode haver dificuldades para calibrar o sistema de

correntes parasitas adequadamente de forma a obter curvas de calibrações com padrões de

pites internos ou ASME e o padrão escalonado simultaneamente;

4- A menor espessura que a técnica IRIS pode medir é de aproximadamente 0,5 mm, sendo

que em inspeções de campo dificilmente são obtidas calibrações capazes de medir espessura

deste nível. A técnica ECT não possui esta limitação;

Se a perda de espessura (PEG ou PEL) ou os pites (PIT) são internos, deve-se considerar

ainda a dispersão do feixe e a consequente imprecisão característica do IRIS para detecção e

dimensionamento de perda de espessura interna, o que causa também dificuldades para

detectar danos externos se eventualmente existirem, devido a perda do "eco de fundo"; (1)

Estes aspectos são ilustrados pelos resultados obtidos na inspeção de tubos (SA-249-304,

diâmetro de 3/4" e espessura de 1,65 mm). A figura 24 ilustra os diversos tipos de danos que

são esperados e os sinais produzidos pelas técnicas de ECT e IRIS. Neste caso o

procedimento adotado previu a utilização das técnicas ECT+IRIS, porque:

1- O aço inoxidável da série 300 é relativamente fácil de limpar por hidrojateamento, o que

seria executado por razões operacionais;

2- A varredura por ECT é capaz de detectar todos os tipos de danos procurados, pites internos

(PIT), trincas ramificadas internas (TR), defeitos de fabricação do tipo falta de fusão (TL),

perda de espessura localizada sob chicanas (PEG) e perda de espessura externa ao longo dos

tubos (PEG);

3- A varredura complementar por IRIS nas regiões onde foi indicada PEL ou PEG, permite

determinar a espessura residual com maior precisão e dá informações complementares sobre a

extensão e morfologia dos danos, o que por sua vez ajuda no diagnóstico dos mecanismos e

suas causas.

Figura 24 - Diversos tipos de danos que são esperados e os sinais produzidos pelas técnicas de

ECT e IRIS. (3)

A inspeção dos tubos de titânio (diâmetro 3/4" e espessura de 0,7 mm) de um condensador

que utiliza água do mar para refrigeração, onde são procurados pequenos pites internos e

perda de espessura externa, foi utilizada a técnica ECT com padrões de calibração e sondas

"especiais" para detecção de pites de pequenos diâmetros. Neste caso, a espessura é muito

pequena para aplicação da técnica IRIS.

4.2 - Materiais ferromagnéticos

Os condensadores fabricados com materiais ferromagnéticos, basicamente aços carbono,

podem ser inspecionados por técnicas eletromagnéticas (RFT, NFT e MFL) e ultrassônicas

IRIS. Neste caso os fatores a serem considerados na definição dos procedimentos de inspeção

são:

1- Os aços carbono são normalmente mais susceptíveis ao "fouling" e possuem menor

resistência a corrosão pela água de refrigeração. Sendo assim a limpeza interna dos tubos é

normalmente mais difícil;

2- Os tubos tendem a corroer externamente na parte superior do feixe e internamente em todo

o feixe ou parte dele, dependendo do mecanismo de deterioração atuante. A corrosão interna,

que tipicamente afeta uma parte extensa da superfície, irá dificultar o exame por IRIS devido

à dispersão do feixe sônico. Poderá haver dificuldades de dimensionamento correto da

profundidade de pites que não estejam totalmente limpos e também a detecção e

dimensionamento de danos externos localizados nestas áreas corroídas internamente.

3- A técnica de campo remoto (RFT) é capaz de detectar e dimensionar as regiões danificadas

interna e externamente dos tubos. Porém é "pouco sensível" a pites isolados internos, o que

felizmente é pouco comum neste tipo de equipamento, e não é capaz de detectar danos sob

espelhos e chicanas. A execução e interpretação dos resultados podem ser difíceis;

4- A técnica de MFL é rápida, de fácil interpretação, porém não tem capacidade de

dimensionamento. É capaz de detectar danos sob chicanas e sob espelhos;

5- Apesar de trincas circunferenciais serem raras neste tipo de equipamento, são detectáveis

por MFL;

6- A técnica de campo próximo (NFT), somente detecta e "dimensiona" pites internos.

No caso 1, os tubos estavam "sujos" e danificados por corrosão externa adjacente a uma

chicana. Neste caso foi possível aplicar tanto o MFL como o RFT para detecção e o IRIS

somente onde foi detectado o dano para precisão no dimensionamento e caracterização de sua

morfologia.

Figura 25 – Características do trocador ilustrado no Caso 1.

Figura 26 – Caso 1 - Inspeção de tubos com ensaios de IRIS + RFT + MFL quanto a perda de

espessura externa nas vizinhanças das chicanas. (3)

A inspeção destes tubos de aço carbono do outro resfriador, caso 2, não poderia ser executada

por IRIS sem que houvesse uma limpeza muito rigorosa. A inspeção por RFT foi capaz de

detectar o pite isolado mais profundo já que seu diâmetro era relativamente "grande".

A inspeção complementar por IRIS após o tubo ser limpo detecta e dimensiona. Os valores

convergentes indicados pelas duas técnicas aumentam a "efetividade" da inspeção, já que o

RFT é menos sensível a incrustações e corrosão interna, e o IRIS é mais preciso porém muito

sensível a limpeza inadequada.

A utilização de RFT como primeira técnica neste caso é "perigosa" pois os pites internos estão

localizados em toda a superfície interna, inclusive sob chicanas onde o RFT não detecta. Por

este motivo, neste caso seria melhor utilizar o MFL que não é afetado pelas chicanas e detecta

tanto danos internos quanto externos.

Figura 27 - Caso 2 - Inspeção de tubos com ensaios de RFT + IRIS quanto a perda de

espessura interna. (3)

Um ponto importante a ser ressaltado é que a inspeção de tubos instalados em condensadores

possui características peculiares ligadas a:

1- Grande quantidade de tubos, que frequentemente possuem comprimentos também

elevados;

2- A variedade de danos possíveis que afetam tanto a superfície interna quanto a superfície

externa dos tubos;

3- A variedade de materiais que são utilizados, desde aços carbono, ligas de cobre, aços

inoxidáveis austeníticos, duplex, superduplex até ligas de titânio;

Como a responsabilidade operacional destes equipamentos é normalmente grande e os tempos

para inspeção e manutenção relativamente pequenos, é necessário utilizar procedimentos de

inspeção definidos caso a caso após uma análise aprofundada das características de projeto e

históricos de operação, inspeção e manutenção. Estes procedimentos devem ser qualificados

para que a inspeção seja efetiva, todos os danos possíveis nos tubos devem ser detectados e

dimensionados. Os procedimentos devem prever a(s) técnica(s) de inspeção que será(ão)

aplicada(s), tais como IRIS, ECT, MFL e RFT; os padrões que serão necessários para

calibração do sistema de inspeção, as necessidades de apoio e preparação dos tubos para

inspeção, e também a equipe de inspetores e analistas. Como são muitos tubos e a

interpretação de alguns resultados pode ser "difícil", é necessário utilizar várias equipes de

campo que ficam responsáveis pela coleta dos dados e "classificação" rápida dos resultados,

os tubos que apresentem sinais são analisados em paralelo por equipe de "análise" composta

por profissionais níveis 2 e 3 nas técnicas e métodos utilizados.

CONCLUSÃO

Os condensadores de turbinas, apesar de serem trocadores de calor como tantos outros,

possuem características peculiares que os colocam em uma classe diferenciada.

Eles normalmente são importantes no processo, a falha dos tubos pode levar a perda de

produção das plantas onde estão instalados, e sua manutenção pode ser demorada e

dispendiosa. Eles podem ter grandes dimensões e elevada quantidade de tubos, existem

condensadores com até 50000 tubos. Os tubos são fabricados de variados materiais, desde

aços carbono, ligas de cobre, aços inoxidáveis austeníticos, duplex, superduplex até ligas de

titânio; que deterioram por uma ampla gama de mecanismos, os quais produzem danos com

características físicas também distintas, são pites, perda de espessura, trincas e também

defeitos de fabricação, que ocorrem em ambas as superfícies dos tubos, e também sob

espelhos e chicanas.

Todos estes aspectos somados geram necessidades específicas para a inspeção dos tubos.

São necessários procedimentos específicos para cada equipamento particular, que muitas

vezes demandarão mais de uma técnica de inspeção, padrões e sondas especiais, além de

equipes relativamente grandes de inspetores e analistas, que por sua vez devem estar treinados

nos procedimentos e trabalharem coordenadamente e sob supervisão e apoio técnico

contínuos.

Bibliografia

(1) Silva, A.R, Araujo M. D., " Efeito de Incrustação e Corrosão Interna no Ensaio de

IRIS - Problema e Soluções", COTEQ2015 052

(2) Olympus NDT

(3) Arquivo de inspeção, casos e experiências práticas da Araujo Engenharia.

(4) ASTM G48 - Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of

Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution

(5) ASME V ARTICLE 8 APPENDIX II - Eddy Current Examination of

Nonferromagnetic Heat Exanger Tubing.

(6) Silva, A.R, Araujo M. D., "Aplicação Conjugada das Técnicas de IRIS, CORRENTES

PARASITAS, CAMPO REMOTO e MFL na inspeção de Tubos de Troca Térmica",

7º encontro regional de end e inspeção, agosto 2009