Um curso rápido de avaliação da aptidão para serviço (FFS) para condutas corroídas

Fitness for Service (FFS) não é apenas um termo técnico; é uma tábua de salvação para o mundo industrial, particularmente em sectores onde o envelhecimento das infra-estruturas representa riscos significativos. Imagine uma plataforma petrolífera em plena atividade ou um sistema de condutas em expansão, onde cada centímetro de metal e solda é constantemente examinado. Estes activos são as veias da nossa economia, e garantir a sua integridade é crucial para a segurança e eficiência. Nesta publicação do blogue, vamos embarcar numa viagem para compreender a essência das avaliações FFS, concentrando-nos particularmente nas condutas que apresentam defeitos que resultam em perda de material. 

Na sua essência, aAdequação ao Serviçoé um métodode engenharia quantitativo concebido para avaliar o estado dos activos industriais em serviço - pense emcondutas, recipientes sob pressão e tanques de armazenamento. O objetivo? Determinar se estes componentes críticos podem continuar a desempenhar as funções pretendidas de forma segura e eficaz. O processo envolve uma avaliação meticulosa de vários factores: especificações de conceção, propriedades do material, condições de funcionamento e quaisquer falhas ou danos existentes. Esta análise abrangente segue as normas estabelecidas pela indústria, tais como API 579-1/ASME FFS-1, BS 7910, DNV RP-F101 e ASME B31G, que definem metodologias para avaliar a adequação dos componentes ao longo do seu ciclo de vida. 

As vantagens da realização de avaliações FFS são múltiplas: 

Tomada de decisões informada: Um quadro estruturado para avaliar as condições dos activos permite tomar melhores decisões relativamente a reparações ou à continuação do funcionamento.  

A norma API 579-1/ASME FFS-1 define três níveis de avaliação: 

O principal objetivo das avaliações de aptidão para serviço é simples, mas vital: avaliar se um componente com defeitos existentes ainda está apto para continuar em serviço. No caso das condutas, isto significa garantir que a pressão de trabalho segura (_PSW) excede a pressão máxima de funcionamento permitida (MAOP). Também responde à questão de quanto tempo permanecerá apto para o serviço. A avaliação também inclui o cálculo da tolerância à corrosão e a determinação da quantidade de corrosão que pode ocorrer sem comprometer a integridade estrutural. Essa avaliação não apenas protege as operações, mas também ajuda a prever a vida útil restante de uma tubulação. Com essa informação e a ajuda da Avaliação Baseada no Risco, podemos calcular a data da próxima inspeção. 

A pressão de trabalho segura (_PSW)é uma métrica que define a pressão máxima que uma conduta pode suportar em segurança durante as operações normais._{A PSW} deve sempre exceder a Pressão Operacional Máxima Permitida (MAOP), que representa a pressão mais elevada a que uma conduta pode funcionar sem risco de falha ou danos.   

Agora, vamos mergulhar mais fundo na mecânica. Imagine as forças internas em jogo quando os fluidos passam pela tubagem. É aqui quea tensão do aroentra em ação - um guardião silencioso, que envolve o tubo e contraria a sua tendência natural para rebentar sob pressão. 

Os engenheiros estudam a tensão do aro para avaliar a pressão interna que um tubo pode suportar. É como avaliar a resistência de uma ponte antes de permitir a passagem de tráfego pesado. A fórmula por detrás desta avaliação é a Equação de Barlow, que ajuda os engenheiros a calcular a tensão do anel com base na pressão interna, no diâmetro do tubo e na espessura da parede. 

σh=P(D-t)/2t

Onde: 

Da tensão do anel decorre outro conceito crítico:a pressão de projeto. Este parâmetro representa a pressão máxima que uma tubagem pode suportar em segurança, incorporando as margens de segurança necessárias. Os engenheiros consideram factores como a espessura da parede e a resistência do material para garantir que as condutas são concebidas para suportar pressões muito superiores às que enfrentarão em condições reais. É a engenharia proactiva no seu melhor - prevenindo potenciais falhas antes que elas ocorram. 

Para compreender verdadeiramente como as condutas se comportam sob tensão, temos de explorar as suas propriedades materiais e potenciais mecanismos de falha. Aqui, a curva tensão-deformação ilustra a forma como os materiais respondem às forças aplicadas. 

A falha ocorre tipicamente entre estes limiares, marcando uma transição do comportamento elástico - onde os materiais podem voltar a saltar - para a deformação plástica, onde ocorrem alterações permanentes. 

Em termos práticos, a falha da tubagem ocorre quando a tensão do anel atinge um limiar crítico denominadotensão de fluxo(σflow). Este ponto significa que a tubagem já não consegue manter a sua integridade estrutural sob pressão. Os engenheiros analisam estas condições para estabelecer expectativas de base para o desempenho do material em circunstâncias ideais. 

Quando a corrosão entra em cena, as coisas tornam-se mais complicadas. Os engenheiros têm de avaliar quaisquer defeitos que possam comprometer a integridade estrutural. 

Por exemplo, se a nossa conduta tiver um defeito caracterizado por um determinado comprimento (L) e profundidade (d), podemos calcular a área do defeito como: 

A0₌ L x t 

Onde: 

Para determinar a pressão de rutura do tubo corroído, começamos com a pressão de rutura de um tubo não danificado e aplicamos um fator conhecido comoFator de Resistência Remanescente (RSF), que tem em conta o impacto da corrosão: 

RSF = (1 - A / _A0) / 1 - (A / _A0 x 1 / M) 

Onde: 

A pressão de rutura (_Pfailure) de uma tubagem corroída pode então ser expressa como a pressão de rutura da tubagem não danificada vezes o Fator de Resistência Remanescente (RSF) devido à corrosão: 

_Pfailure = _2tσflow / (D - t) x RSF 

Ou 

_Pfailure = _2tσflow / (D - t) x ((1 - A / _A0) / 1 - (A / _A0 x 1 / M)) 

Esta equação serve como um método universal para calcular as pressões de trabalho seguras em vários códigos de avaliação de condutas e FFS.  

Onde: 

Ao avaliar a extensão da corrosão e o seu impacto na tolerância à pressão, determinam a pressão que um tubo corroído pode suportar em segurança - assegurando avaliações exactas mesmo em condições menos que ideais. 

Apressão de trabalho segura (P_SW)emerge destas avaliações como uma diretriz essencial para os limites operacionais. Pode ser calculada utilizando a seguinte fórmula:  

_PSW = f x _2tσfluxo / (D - t) x RSF 

ou 

_PSW = f x _2tσflow / (D - t) x ((1 - A / _A0) / 1 - (A / _A0 x 1 / M)) 

Onde: 

f = Fator de projeto ou fator de segurança, que tem em conta as incertezas das propriedades dos materiais e das condições de funcionamento. 

Depois de estabelecermos a pressão de trabalho segura, calculamos umFator de Reparação Estimado (ERF)com base nos resultados da inspeção. O FRE é definido como: 

FER = MAOP x_PSW 

Este fator ajuda a determinar se são necessárias medidas corretivas: 

Por exemplo, se uma inspeção revelar um FER de 0,8 num determinado momento, mas as avaliações posteriores revelarem um aumento para além de 1, isso evidencia a necessidade de uma intervenção imediata para garantir a segurança.  

Para avaliar a aptidão da tubagem para o serviço, temos de avaliar os defeitos para determinar a tolerância à corrosão. Com isto, podemos então calcular a vida útil restante da tubagem e a data da próxima inspeção. Dois métodos principais dominam este campo:ASME B31GeDNV RP-F101. 

A ASME B31Gfoi a primeira a enfrentar o desafio de calcular a pressão de trabalho segura na presença de defeitos. Inclui a norma original, que define a tensão de escoamento como 1,1 vezes a tensão de cedência mínima especificada (SMYS), e uma versão modificada que a refina para SMYS mais 69 MPa adicionais (cerca de 10 KSI) para maior precisão. 

Por outro lado, aDNV RP-F101, introduzida em 2010, centra-se na resistência à tração final (UTS), prevendo a falha a 0,9 vezes a UTS. Esta norma simplifica as formas dos defeitos, tratando-os como rectangulares, enquanto a ASME B31G originalmente aproximava os defeitos como parabólicos, mas mais tarde permitiu formas arbitrárias. 

Outro aspeto crítico é ofator de abaulamento, que mede a forma como os defeitos se deformam sob pressão. Os defeitos mais pequenos diminuem a sua importância, enquanto os maiores a amplificam.  

Para visualizar as pressões de trabalho seguras, ambas as normas utilizam oDiagrama de Avaliação de Falhas (FAD), que traduz a equação da Pressão de Trabalho Segura (_PSW = f x _2tσflow / (D - t) x ((1 - A / _A0) / 1 - (A / _A0 x 1 / M)) num formato gráfico que representa o comprimento do defeito em função da profundidade. Os pontos abaixo da curva indicam condições seguras, enquanto os pontos acima indicam potenciais riscos de falha.

Ao avaliar os defeitos dos relatórios de Inspeção em Linha (ILI), é essencial considerar as profundidades máximas permitidas - 80% da Espessura da Parede (WT) para ASME e 85% para DNV. Exceder estes limites torna os defeitos inseguros. 

No mundo dos pipelines, os defeitos raramente estão isolados. Muitas vezes, eles se agrupam, criando uma rede complexa de potenciais pontos fracos. A norma ASME B31G avalia os defeitos individualmente, mas reconhece que os defeitos espaçados podem interagir como um único defeito maior se estiverem dentro de um intervalo de três vezes a espessura nominal da parede (3t). Esta interação pode comprometer significativamente a integridade estrutural. 

Em contraste, a DNV RP-F101 avalia cada defeito individualmente e considera combinações de defeitos adjacentes que interagem. Considera-se que os defeitos interagem se a sua distância axial for inferior a um limiar específico baseado no diâmetro do tubo e na espessura da parede. Este critério ajuda a identificar quais defeitos podem influenciar uns aos outros. 

O método DNV RP-F101 envolve um processo estruturado em três etapas: 

Na versão de 2010 da DNV RP-F101, os defeitos sobrepostos eram tratados como um único defeito com um comprimento combinado desde o início do primeiro defeito até ao fim do último defeito no grupo, utilizando a profundidade do defeito mais profundo dentro desse grupo. No entanto, na atualização de 2015, os defeitos sobrepostos não são encaixotados num único defeito; em vez disso, as suas contribuições individuais são consideradas separadamente no cálculo da pressão de trabalho segura. 

À medida que nos aprofundamos nas avaliações de integridade das condutas, deparamo-nos com o conceito detolerância à corrosão - acorrosão máxima permitida que uma conduta pode suportar enquanto continua a ser considerada apta para o serviço. Este conceito está interligado com oestado limite, definindo quando uma tubagem se torna insegura para operar. 

Quando uma tubagem não tem defeitos, os operadores devem antecipar os potenciais tipos de corrosão - seja corrosão geral, ranhuras ou corrosão por picadas. Por exemplo, se for esperadacorrosão por pite, os engenheiros podem estimar o comprimento dos defeitos potenciais como 20 vezes a profundidade da corrosão. Esta relação permite-lhes traçar uma linha no diagrama de Avaliação de Falhas a partir da origem (0,0) com base neste rácio comprimento/profundidade. A intersecção desta linha com a curva de segurança revela a Tolerância de Corrosão (CT) e a Espessura Mínima Admissível (MAT) - na imagem seguinte, a CT e a MAT são indicadas para a corrosão em sulcos. 

Em contraste, se for assumida a corrosão geral, o seu comprimento pode ser representado como 1.000 vezes a espessura da parede (WT). Este método produz normalmente uma tolerância de corrosão mais baixa, uma vez que a corrosão por picadas pode levar a uma perda de material mais profunda do que a corrosão geral. Por conseguinte, a identificação exacta do tipo de corrosão esperado é crucial para determinar as tolerâncias adequadas.  

Quando os defeitos estão presentes, a avaliação torna-se mais matizada. Os operadores podem desenhar linhas no Diagrama de Avaliação de Falhas a partir de (0,0) através de cada defeito para determinar as respectivas tolerâncias. A distância entre a intersecção destas linhas com a curva de segurança e a intersecção do defeito com o eixo x indica as Tolerâncias de Corrosão (CT) no momento da execução da Inspeção em Linha (ILI).  

A Tolerância à Corrosão (CT) é calculada para cada defeito. Com aASME B31G, esta avaliação é simples; cada defeito é submetido a um único cálculo. No entanto,a norma DNV RP-F101complica as coisas com o seu processo iterativo - os defeitos podem ser avaliados várias vezes se interagirem. Esta complexidade torna-se particularmente evidente quando se lida com grandes conjuntos de dados. 

Quando dois defeitos estão suficientemente próximos para interagir, partilham uma Tolerância à Corrosão (CT) comum devido aos seus efeitos combinados na integridade da tubagem. Esta interação deve ser cuidadosamente avaliada para garantir que os cálculos da Pressão de Trabalho Segura (_Psw) permanecem válidos e que a conduta continua a funcionar em segurança. 

Tal como mencionado no início deste artigo, uma avaliação da aptidão para o serviço não só determina se uma conduta é adequada para o funcionamento, mas também estima durante quanto tempo pode continuar a funcionar em segurança. Depois de calcularmos a nossa Tolerância à Corrosão (CT) com a ajuda da Curva de Avaliação de Falhas, podemos então estimar a vida útil restante da conduta e calcular quando inspecionar novamente a conduta. 

Vida útil restante = CT / CR = 2 mm / 0,1 mm ano = 20 anos 

Isto significa que, nas condições actuais, a conduta pode funcionar em segurança durante mais 20 anos antes de atingir o seu limite de corrosão. 

Intervalo da próxima inspeção = Vida restante × IF 

Utilizando o nosso exemplo anterior, se assumirmos um fator interno de 0,3, o cálculo seria o seguinte: 

Próximo intervalo de inspeção = 20 anos × 0,3 = 6 anos 

Isto indica que a conduta deve ser inspeccionada novamente dentro de 6 anos para garantir que continua a estar apta para o serviço. 

Na gestão de condutas, as avaliações de aptidão para serviço (FFS) são essenciais para garantir a segurança e o funcionamento contínuo de infra-estruturas envelhecidas. Estas avaliações não só determinam se uma conduta pode permanecer em serviço, como também fornecem informações sobre o seu tempo de vida útil restante. 

A análise de dados surge como o coração deste processo, ajudando os operadores a prever o desempenho e a programar as inspecções com base no cálculo da vida útil restante. O IMS - Pipeline and Subsea Systems (PLSS) da Cenoco permite que os operadores avaliem a adequação da tubulação, oferecendo informações sobre a vida útil restante. Usando metodologias como ASME B31G e DNV RP-F101, os operadores podem avaliar com precisão os defeitos e calcular as tolerâncias de corrosão. A análise da relação entre defeitos, tensão de aro e pressões de trabalho seguras suporta uma gestão proactiva das condutas. 

O PLSS permite aos utilizadores avaliar os dados ILI através do módulo Fitness for Service, mostrando a pressão de trabalho segura e o fator de reparação estimado para cada defeito. A sua força reside no cálculo da Tolerância de Corrosão para defeitos individuais ou agrupados, tendo em conta o grau do material, o tamanho do defeito e a profundidade. O módulo de Avaliação Baseada no Risco calcula a Vida Restante da tubagem e a data da próxima inspeção, com a opção de agendar e registar os resultados da inspeção no Histórico de Condição. Este sistema suporta avaliações de Adequação ao Serviço para tubagens, linhas de fluxo e jumpers feitos de aço carbono e ligas resistentes à corrosão. 

O PLSS aborda os defeitos mais comuns das condutas em serviço, especificamente a corrosão volumétrica que pode levar ao colapso plástico. Concentra-se em avaliações de Nível 1 essenciais, mas simples, como a ASME B31G e a DNV RP-F101 Parte B. Esta abordagem simplificada permite que os operadores dêem prioridade a considerações económicas. Uma avaliação mais pormenorizada fora do PLSS é recomendada para condutas altamente críticas ou condutas sujeitas a regulamentos rigorosos. 

Em conclusão, o PLSS é altamente eficaz para gerir condições conhecidas e controladas que envolvem defeitos de corrosão volumétrica sob carga de pressão circular.