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Aluno
da graduação de Engenharia Mecânica: Carlos Augusto M. da Luz
Professor: José Martins
Salvador,
Junho de 2008.
SUMÁRIO
1
- Resumo
2
- Introdução
3
- Fases de implementação
4
- Caso prático
5
- Vantagens Observadas
6
- Conclusão
7
- Referencias Bibliográficas
1 - Resumo
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.
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.
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
Identificação 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.
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: 95º 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 /
SOLDAGEM FABRICAÇÃO / 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 |
|
|
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..)
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-
|
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 localização
mais 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
|
|
6 – Conclusão
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.
10
- Referencias Bibliográficas
Tubulações
Industriais – Pedro
da Silva Teles- Ed. Livros Técnicos e Científicos Editora S/A.
Pesquisa web.
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