rodrigo faraon soares

8/15/2019 Rodrigo Faraon Soares

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MEC ÂNICA

METODOLOGIA PARA CONSTRUÇÃO DE DERIVAÇÕES TUBULARES EM

SERVIÇO

por

Rodrigo Faraon Soares

Monografia apresentada ao Departamentode Engenharia Mecânica da Escola deEngenharia da Universidade Federal do RioGrande do Sul, como parte dos requisitospara obtenção do diploma de EngenheiroMecânico.

Porto Alegre, julho de 2007


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METODOLOGIA PARA CONSTRUÇÃO DE DERIVAÇÕES TUBULARES EM

SERVIÇO

por

Rodrigo Faraon Soares

ESTA MONOGRAFIA FOI JULGADA ADEQUADA COMO PARTE DOS REQUISITOS PARA A

OBTENÇÃO DO TÍTULO DEENGENHEIRO MECÂNICO

APROVADA EM SUA FORMA FINAL PELA BANCA EXAMINADORA DO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

Prof. Dr. Gilberto Dias da CunhaCoordenador do Curso de Engenharia Mecânica

Área de Concentração: Projeto e Fabricação

Orientador: Prof. Joyson Luiz Pacheco

Comissão de Avaliação:

Prof. Gilberto Dias da Cunha

Prof. Sandro Griza

Porto Alegre, 4 de julho de 2007.

Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Escola de Engenharia

Departamento de Engenharia Mecânica


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AGRADECIMENTOS

Agradeço, primeiramente, à minha família, meu pai Luis Carlos, minha mãe Clarinda e minha

irmã Karine, pela realização de meu sonho profissional e pelo apoio que me deram ao longo docurso.

Agradeço a todos meus amigos que me apoiaram e me agüentaram nesse período final da

faculdade.

Agradeço a todos os professores do Departamento de Engenharia Mecânica da UFRGS pelos

conhecimentos adquiridos.

Agradeço ao meu professor orientador, Dr. Joyson Pacheco, pelo suporte dado na realização

desse trabalho.

Agradeço à empresa que faço estágio, Estrutural Serviços Industriais Ltda., na qual me

forneceu materiais para desenvolvimento desse trabalho.


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SOARES, R. F. Metodologia para Construção de Derivações Tubulares em Serviço.2007. 27p. Monografia (Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Mecânica) – Departamento de Engenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, PortoAlegre, 2007.

RESUMO

Este trabalho tem como objetivo a formulação de uma metodologia que descreva aconstrução de derivações para tubulações em serviço dentro de refinarias de petróleo com autilização do processo de trepanação. Esta metodologia foi baseada na obtenção prática dasinformações de campo pelo aluno, comparando o serviço executado com as normasinternacionais vigentes, obtendo como resultado uma série de práticas recomendadas. Esseprocesso consiste em furar a tubulação, com uma ferramenta rotativa engachetada, semocorrer a parada de fluxo no seu interior. A montagem é considerada como de alto risco tantopara os profissionais envolvidos quanto para a planta industrial. Dessa forma, todo o conjuntoda derivação necessita ser inspecionado através de ensaios não-destrutivos com a finalidade

de garantir a ausência de falhas. A derivação só poderá ser liberada para serviço se estiver emconformidade com todas as normas que regem a sua produção.

PALAVRAS-CHAVE: metodologia, derivação, tubulações em serviço, trepanação,

ensaios não-destrutivos, soldagem.


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SOARES, R. F. Methodology for Construction of Tubular Derivations in Service. 2007, 27p.Monografia (Trabalho de Conclusão do Curso de Engenharia Mecânica) – Departamento deEngenharia Mecânica, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2007.

ABSTRACT

This work has as objective the formularization of a methodology that inside

describes the construction of derivations for tubings in service of refineries of oil with the use ofthe hot tapping process. This methodology was based on the practical attainment of theinformation of field for the pupil, having compared the service executed with theeffective international norms, getting as resulted a series of practical recommended .This processes consist of to bore the tubing with a rotating tool with gasket without stoppingflow at its interior. The assemble is considerate as high risk as much as to professionalsinvolved as to the industrial plant. So, all derivation complex needs to be inspected throughnondestructive tests to guarantee the absence of construction fails. The derivation only will befree to service if it would be in conformity with all rules which squares its production.

KEYWORDS: methodology, derivation, tubing’s in service, hot tapping, nondestructive

tests, welding.


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1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................................1 2. REVIS ÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................................................... 3

2.1 ENSAIOS N ÃO-DESTRUTIVOS...................................................................................... 3 2.1.1 ENSAIO VISUAL.......................................................................................................3 2.1.2 ENSAIO DE ESTANQUEIDADE ............................................................................... 3

2.1.3 ENSAIO COM LÍQUIDO PENETRANTE................................................................... 3

2.1.4 GAMAGRAFIA ..........................................................................................................4 2.1.5 ENSAIO POR ULTRA-SOM...................................................................................... 4

2.2 PROCESSOS DE SOLDAGEM A ARCO......................................................................... 5

2.2.1 SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS......................................................5 2.2.2 SOLDAGEM TIG....................................................................................................... 5

2.3 TUBULAÇÕES INDUSTRIAIS .........................................................................................6 2.3.1 CONEXÕES.............................................................................................................. 6 2.3.2 V ÁLVULAS................................................................................................................ 7

3. PRÉ-FABRICAÇÃO DA DERIVAÇÃO.................................................................................... 7 3.1 ESPECIFICAÇÃO DE MATERIAL ................................................................................... 7 3.2 CONDIÇÕES DO PROCESSO........................................................................................8 3.3 TUBOS............................................................................................................................ 8

3.4 ANEL DE REFORÇO.......................................................................................................9

3.5 V ÁLVULA ........................................................................................................................9 3.6 FLANGE .......................................................................................................................... 9

4. PRODUÇÃO DA DERIVAÇÃO.............................................................................................10 4.1 CONDIÇÕES PARA SOLDAGEM ................................................................................. 11 4.2 PROBLEMAS NA SOLDAGEM DE DUTOS EM OPERAÇÃO ....................................... 11 4.3 VERIFICAÇÃO DE ESPESSURA .................................................................................. 13 4.4 SOLDAGEM DAS CONEXÕES .....................................................................................13

5. TREPANAÇÃO..................................................................................................................... 14 5.1 M ÁQUINAS UTILIZADAS .............................................................................................. 14 5.2 INSTALAÇÃO DA M ÁQUINA.........................................................................................15 5.3 REMOÇÃO DA MÁQUINA.............................................................................................16

6. RESULTADOS E DISCUSS ÃO............................................................................................16 7. CONCLUSÕES .................................................................................................................... 16 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .........................................................................................18

APÊNDICE A – ISOMÉTRICO DO PROJETO .........................................................................19 APÊNDICE B – EQUAÇÕES PARA CÁLCULO DA PRESS ÃO DE TESTE HIDROST ÁTICO . 20 APÊNDICE C – RELATÓRIO DE INSPEÇÃO POR ULTRA-SOM ...........................................21 APÊNDICE D – IEIS.................................................................................................................22 APÊNDICE E – TERMINOLOGIA DE SOLDAGEM.................................................................. 24 APÊNDICE F - CLASSES DE PRESS ÃO VERSUS TEMPERATURA E PRESS ÃO ................ 25 APÊNDICE G – NOMOGRAMA PARA DETERMINAÇÃO DO USO DE COLAR ..................... 26

1. INTRODUÇÃO A grande necessidade econômica mundial está diretamente relacionada ao consumo de

petróleo e seus derivados. As empresas do setor petrolífero estão investindo em tecnologiasde refino com o objetivo de melhorar seus produtos derivados. Isso se deve às exigências enormas que estão sendo criadas visando a diminuição dos impactos ambientais. Outro foco deinvestimento encontra-se na pesquisa sobre a extração de petróleo em locais de difícil acesso,pois as reservas atualmente conhecidas estão em processo de extinção mineral. No entanto,também há uma necessidade de se investir em manutenção nas plantas industriais antigaspara atender as novas normas e conseguir melhores resultados finais para seus produtos. Nasrefinarias de petróleo os investimentos são realizados para otimizar algum processo durante orefino, sendo que sempre isso envolve a construção e manutenção de suas unidades deprocessamento.

Com base nessa premissa, esse trabalho tem como objetivo principal a obtenção de umametodologia para construção de derivações em linhas de processo que, por motivos


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econômicos ou de processo, não podem ser paralisadas. Os métodos de construção aquimensionados não estão presentes nas normas internacionais que regem os trabalhos decampo, cabendo ao aluno estudar tais normas para a determinação de condições que seassemelham ao material que se encontra em tais normas. As principais normas que foramtrabalhadas foram: o código ASME seccion V, norma API RP 2201 e normas Petrobras. Toda anormatização encontrada nesse trabalho serve de justificativa para a segurança e a plenaexecução dos serviços sem a parada de parte ou de toda a planta industrial, sendo válidotambém para qualquer tubulação que esteja em operação contínua dentro de indústrias dosmais variados ramos.

Essa metodologia pode ser utilizada para a montagem de procedimentos ligados à uniãode novas tubulações a dutos existentes, mas também pode servir de material técnico consultável que facilita a criação de documentos de manutenção em alguns casos que não sepode haver parada de fluxo. Por exemplo, se há vazamento em algum ponto do gasoduto entreo Brasil e a Bolívia, pode-se criar com esse método um estudo de condições para a execuçãode um procedimento de rota alternativa que ligue momentaneamente a linha antes do ponto devazamento a algum ponto após, deixando livre para manutenção o trecho problemático.

A derivação é uma forma de dividir o fluxo em um duto, fazendo com que o fluidoobtenha um novo destino através de outra tubulação. Dessa forma, qualquer tubulação estásujeita a ter uma ou várias derivações ao longo do seu percurso entre dois pontos definidos. Aprodução da derivação sempre ocorre em linhas que já estão em atividade na planta industrial,ou seja, sempre é necessário realizar o processo através da parada do fluxo ou utilizando oprocesso de trepanação. Durante a instalação de tubulações novas, sempre haverá derivaçãonos pontos de ligação destas com as tubulações existentes. Não é considerado derivação asconexões instaladas ao longo da linha nova como tez, tez redutores, respiros, saídas paraalívio, etc.

A fabricação da tubulação que compõe a derivação é realizada no local de instalação,através da união de componentes formando um conjunto, conforme descrição do projeto. Esseconjunto é composto de um tubo com uma das extremidades em forma de boca-de-lobo e aoutra extremidade soldada em um flange, um colar para reforço da boca-de-lobo, e umaválvula flangeada fixada na flange do tubo. Nessa válvula flangeada é fixada a máquina defuração com a broca engachetada para furar o duto principal. Para diâmetros maiores queduas polegadas, é utilizada uma broca que serve de guia juntamente com uma serra-copo.Nesse caso a broca possui um dispositivo que prende o pedaço que é cortado com a serra-

copo. Após a furação, fecha-se a válvula gaveta e abre-se o respiro da máquina de furaçãocom o objetivo de retirar o fluido que encontra-se ali dentro. Efetua-se a retirada da máquina ecolocação de um flange cego no flange da válvula fechada.

Por motivos de segurança e qualidade no serviço a ser executado, emprega-se o uso deensaios não-destrutivos nos componentes da derivação. Sendo assim, deve ser realizado oteste de ultra-som para obter a espessura do duto que está em operação, pois deve-se evitar afuração em locais de reduzida espessura pois a solda dos componentes poderá perfurar essetubo. Após a soldagem da boca-de-lobo e do colar, deve ser realizado o teste visual e delíquido penetrante nas soldas com a finalidade de detectar eventuais trincas oudescontinuidades superficiais em todas as soldas. Efetua-se o ensaio de estanqueidade nocolar para certificar se não há algum vazamento no espaço que fica entre a solda da boca-de-lobo e a solda externa do colar. Todas as soldas desse procedimento são checadas comensaio por gamagrafia com o objetivo de evitar descontinuidades no interior dos materiais.

Esse procedimento é considerado de nível crítico na construção, pois só pode serexecutado seguindo fielmente as instruções contidas nas normas. Ao longo do texto serámostrado alguns empecilhos e problemas que podem ocorrer se não fores seguidas asdevidas instruções. Alguns desses problemas remontam às condições de soldagem, ascondições de alinhamento do dispositivo de furação, as condições da linha de operação e ntreoutros.

O que motivou a realização desse trabalho foi a atividade de estágio na empresaEstrutural Serviços Industriais Ltda., que atua em montagem e construção industrial dentro dasrefinarias da Petrobras. A empresa está há alguns anos trabalhando em paradas demanutenção de equipamentos mecânicos, vasos de pressão, caldeiras e conversores, eultimamente começou a realizar construções mecânicas. Na obra atual da REFAP, a empresa


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está realizando montagem de tubulações que ligam um tanque novo a uma unidade de refino.Dessa forma, está sendo realizado quatro serviços de trepanação e encontra-se em realizaçãoquatorze serviços de derivação com parada de f luxo.

2. REVIS ÃO BIBLIOGRÁFICAEssa revisão aborda o item relacionado à tarefas mais crítica que é o processo de

soldagem, assim como apresenta os métodos de ensaio utilizados para a detecção deproblemas e certificação de qualidade na produção da derivação. Outro item importante é adescrição geral das tubulações industriais, tendo algumas informações básicas quanto a suautilização e suas características.

2.1 ENSAIOS N ÃO-DESTRUTIVOSSegundo ABM, 1988, os ensaios não-destrutivos (END) envolvem métodos para a

medição, detecção de propriedades, capacidades de desempenho de materiais metálicos,partes e peças de equipamentos ou estruturas, por meio de energias físicas que não lesam oscomponentes. No meio industrial esses ensaios têm como objetivos principais a imposição deconfiança no produto aliado a garantia de reputação do fabricante, a segurança contraacidentes ou incidentes que possam ocorrer com pessoas ou com a planta industrial, e oaumento dos lucros aliados à diminuição de riscos na fase de projeto e desenvolvimento denovos produtos.

Na condição mecânica e metalúrgica, esses ensaios são realizados com o objetivo deevitar falhas de componente durante a sua vida útil. Com base nisso, os ensaios mostradosnesse trabalho estão ligados às liberações de serviços ao longo das fases de execução,visando a continuidade do processo com a qualidade exigida nas normas. Essas normasestabelecem as condições de aptidão ou reprovação dos componentes, o que proporciona aexecução da próxima fase ou o retrabalho, com a finalidade de se chegar ao produto final. Aseguir encontram-se os ensaios que foram utilizados nesse trabalho.

2.1.1 ENSAIO VISUALO ensaio visual é executado por uma série de inspeções visuais sobre as superfícies das

peças. A partir disso, pode-se obter informações sobre a aparência, os formatos e asdimensões de possíveis descontinuidades grosseiras da superfície. Com essas informações épossível dar prosseguimento a outros testes ou rejeitar a peça. Esse ensaio é fundamental

para qualquer peça, mas deve seguir os preceitos da norma N1597 –

Ensaios não-destrutíveis – Visual, que exige um relatório para o procedimento contendo: método de ensaio, estadodisponível de superfície, método de preparação de superfície, condição superficial requeridapara o ensaio, iluminamento requerido e seqüência de ensaio. O ensaio pode ser realizado aolho nu ou com o uso de aparelhos como microscópios, lupas, espelhos, entre outros aparatoseletrônicos, e também com a utilização de réguas e gabaritos.

2.1.2 ENSAIO DE ESTANQUEIDADEÉ utilizado para verificar o isolamento entre volumes através da injeção de ar comprimido

a uma pressão negativa ou positiva. Como a tubulação contem fluidos sob pressão, esseensaio verifica eventuais falhas que podem existir nas descontinuidades das peças ou nassoldas realizadas. O resultado é obtido com a aplicação de um líquido que borbulha nasdescontinuidades a serem testadas. Conforme a norma N1593 – Ensaios não-destrutivos –

Estanqueidade, a pressão manométrica de teste não deve exceder 100kPa em chapas dereforço ou selas, e em outros componentes deve-se respeitar os valores que constam noprojeto.

2.1.3 ENSAIO COM LÍQUIDO PENETRANTE O ensaio de líquido penetrante é utilizado em qualquer metal onde se queira detectar a

presença de fissuras em suas superfícies. Consiste em aplicar na superfície da peça umlíquido que durante um tempo pré-estabelecido consiga se alojar em prováveis fissuras oudescontinuidades não detectados pelo ensaio visual. Efetua-se a remoção do fluido emexcesso da superfície do componente. Aplica-se um talco ou revelador que seja absorvívelpelo fluido que estiver nas descontinuidades, fazendo com que elas fiquem vis íveis a olho nu.


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Para a melhor eficiência do teste, a superfície deverá ser limpa com produtos que não agridama superfície e/ou ferramentas que não alterem o acabamento superficial da peça, poispoderiam modificar as propriedades dessa peça, ocasionando problemas na execução doteste. Um bom líquido penetrante possui as seguintes características: facilidade em entrar emaberturas finas, não evaporar -se rapidamente, ter remoção fácil da superfície, ter a capacidadede manter-se em camadas finas, ser inerte e conseguir facilmente reagir com o revelador. Afigura 2.2 mostra todos os passos do teste.

Figura 2.2 – Ensaio com líquido penetrante

2.1.4 GAMAGRAFIAEste END é baseado em variações da absorção de radiação eletromagnética penetrante

devidas a alterações de densidade, composição e espessura da peça sob inspeção. A

gamagrafia utiliza radiação gama resultante da reação nuclear em uma fonte de materialradioativo. Como esta última não necessita de energia elétrica para a sua operação, ela éparticularmente usada em inspeções no campo. Em qualquer caso, devido aos efeitosextremamente perigosos da radiação penetrante para os seres vivos, são necessárioscuidados especiais de segurança para a realização deste ensaio. Este ensaio é usado paradetectar a presença de descontinuidades internas e externas em metais, e permite a obtençãode um registro permanente do resultado do ensaio. Ele tem um importante uso na inspe ção depeças soldadas com espessuras de até 100mm (cem milímetros) e particularmente quandodestinadas a aplicações críticas. Como o método é baseado em diferenças de exposição,defeitos planares como trinca, cuja orientação não seja paralela à direção de propagação daradiação, são dificilmente detectados por este ensaio. O r esultado do ensaio é registrado emfilme ou em telas fluorescentes. Este resultado é interpretado em termos das diferenças deexposição do filme devido às diferenças de espessura, densidade ou composição da peça

associadas com as suas descontinuidades e variações dimensionais.

2.1.5 ENSAIO POR ULTRA-SOMNeste END um feixe de ultra-som é introduzido no material, sendo as informações

obtidas com base na transmissão deste feixe através do material e na sua reflexão porinterfaces e/ou descontinuidades. Os ultrasons são ondas mecânicas de frequência elevada,acima da capacidade da audição humana, usualmente na faixa de 25kHz a 40MHz. Esteensaio é usado para a inspeção do interior de peças metálicas e para a medição de espessura.Para a inspeção de peças metálicas, este ensaio apresenta um grande poder de penetração,uma elevada sensibilidade e a capacidade de localizar descontinuidades com precisão. Devidoàs suas características, é um método de ensaio muito adequado para a detecção dedescontinuidades planares ou trincas. A interpretação dos resultados deste ensaio érelativamente dificil e a detecção de descontinuidades localizadas próximas da superficie podeser problemática.

O ultra-som é gerado em um cabeçote direcionado para a peça. Para garantir umatransmissão eficaz até a peça, um acoplante é colocado entre o cabeçote e a peça. O métodomais indicado para a inspeção em tubulações é o do pulso-eco. Esse método funciona igual aum radar, ou seja, um pacote de ondas é emitido periodicamente pelo cabeçote, o qual atuatambém como receptor das ondas refletidas por diferentes interfaces e descontinuidades napeça. A intensidade dos ecos e o tempo entre a emissão das ondas e o retorno dos ecos sãomedidos. Com base nestas informações e conhecendo-se a velocidade de propagação dasondas no material, pode-se estimar a posição e o tamanho das descontinuidades.


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Figura 2.3 –

Método pulso-eco.

2.2 PROCESSOS DE SOLDAGEM A ARCOCom base nas anotações de aula da disciplina de Soldagem do curso de Engenharia

Mecânica da UFRGS, a soldagem a arco engloba um grande número de processos queincluem os de maior utilização industrial. Todos estes processos utilizam, como fonte de calorpara a fusão localizada, o arco que é uma descarga elétrica em um meio gasoso parcialmenteionizado. Na maioria dos casos, o arco elétrico é mantido entre um eletrodo cilíndrico e o metalbase, existindo, contudo, processos em que o metal base não faz parte do circuito elétrico ouque utilizam eletrodos de diferentes formas. Em geral, o eletrodo é fundido pelo arco e fornecemetal de adição para a solda, existindo, porém, processos em que o eletrodo não se funde deforma apreciável.

Nos processos de soldagem a arco, a quantidade de calor fornecida à junta, as

dimensões e o formato do cordão de solda dependem da corrente e tensão elétricas fornecidasao arco e, na grande maioria dos processos da velocidade de soldagem. A corrente desoldagem afeta a penetração do cordão, a velocidade de fusão do eletrodo e a taxa dedeposição. A tensão de soldagem controla o comprimento do arco e a largura do cordão desolda. Por fim, quando a fonte de calor se desloca ao longo da junta, a velocidade desoldagem controla a quantidade de calor que é fornecida ao longo da junta. Quanto maior for avelocidade de soldagem, menor será a quantidade de energia recebida por unidade decomprimento da junta e menores serão as dimensões do cordão.

A terminologia de soldagem foi suprimida da revisão bibliográfica, mas foi colocado noApêndice A visando um complemento didático desse item do trabalho. Dessa forma, serádescrito somente os dois processos que realmente foram utilizados ao longo do procedimento.

2.2.1 SOLDAGEM COM ELETRODOS REVESTIDOS

A soldagem a arco com eletrodos revestidos é um processo no qual a união dos metais éobtida pelo aquecimento destes com um arco estabelecido entre um eletrodo especialmenterevestido e a peça. A alma do eletrodo conduz a corrente elétrica e serve como metal deadição. O revestimento gera escória e gases que protegem da atmosfera a região que estásendo soldada e estabilizam o arco. O seu equipamento usual consiste de fonte de energia oumáquina de soldagem e um porta eletrodos, além de equipamentos de segurança individuaisespecíficos para o soldador. A limpeza do cordão e remoção de escória é feita com picadeira eescova de aço. A soldagem é realizada manualmente, com o soldador controlando ocomprimento do arco e a poça de fusão, e deslocando o eletrodo ao longo da junta. Quando oeletrodo é quase todo consumido, o processo é interrompido para troca do eletrodo e remoçãode escória da região onde a soldagem será continuada. As normas da AWS (AmericanWelding Society) são utilizadas para a especificação dos consumíveis.

2.2.2 SOLDAGEM TIGA Soldagem a Arco TIG (Tungsten Inert Gas) é um processo no qual a união é obtida

pelo aquecimento dos materiais por um arco estabelecido entre um eletrodo não consumívelde tungstênio e a peça. A proteção do eletrodo e da zona da solda é feita por um gás inerte,normalmente o argônio, ou mistura de gases inertes. O metal de adição pode ser utilizado ounão. Pode ser usada na forma manual ou mecanizada e é considerada como um dosprocessos de soldagem a arco que permite um melhor controle das condições operacionais.Permite a execução de soldas de alta qualidade e excelente acabamento, particularmente em juntas de pequena espessura. Um uso comum é a execução de passes de raiz na soldagemde tubulações, com os outros passes sendo realizados com outro processo. O seu


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equipamento básico consiste de uma fonte de energia, tocha com eletrodo de tungstênio, fontede gás de proteção e um sistema para a abertura do arco.

2.3 TUBULAÇÕES INDUSTRIAISConforme Telles, 1999, os tubos são condutos fechados destinados ao transporte de

fluidos que, geralmente, circulam no interior ocupando toda a área transversal. Dessa forma,os tubos tem seção circular tipo cilindro oco. São utilizados com todos os materiais que temcapacidade de escoar, dentro de faixas de temperatura e pressão conforme o materialconstituinte.

A seleção e especificação do material depende da pressão de trabalho, da temperaturade operação, das características do fluido conduzido, do custo, do grau de segurança, entreoutros fatores específicos para cada modo de utilização. Todos os materiais empregados emtubulações industriais devem ter suas propriedades conhecidas e garantidas por um certificadodo fabricante, que contenha: a descrição e finalidade do material, composição química,propriedades mecânicas, condições de aceitação e rejeição do material, marcação e dadosdimensionais.

A maioria das tubulações em refinarias são de aço-carbono, pois apresentam o baixocusto aliado a boas propriedades mecânicas e facilidades em processos de soldagem econformação. As propriedades do aço-carbono variam conforme os seus constituintes e a suatemperatura. Dessa forma, normalmente se utiliza esse material acima de -45 ºC (quarenta ecinco graus centígrados negativos) e abaixo de 530ºC (quinhentos e trinta graus centígrados),pois abaixo do primeiro ocorre falha por fratura frágil e no segundo ocorre intensa oxidaçãosuperficial. Os tubos devem conter formas de inibir a corrosão externa, tais como tintas oumantas, e apresentarem espessura extra no interior para evitar a corrosão.

O material utilizado segue a normatização da ASTM (American Society for Testing andMaterials) A-53. Ela especifica tubulações com qualidade média, com ou sem costura, de 1 / 8” (um oitavo de polegada) a 26” (vinte e seis polegadas) de diâmetro nominal, com ou semacabamento superficial, com dois graus distintos de material. O grau A apresenta até 0,25% decarbono, limite de resistência entre 310MPa e 370MPa, e limite de escoamento entre 150MPae 220MPa. O grau B apresenta até 0,35% de carbono, limite de resistência entre 370MPa e540MPa, e limite de escoamento entre 220MPa e 280MPa. A espessura desses tubos énormatizada pela norma ANSI B.36.10 (American National Standard Institute) através deséries.

O diâmetro nominal da tubulação é calculado com base na perda de carga e navelocidade do fluido. Aprecia-se ter baixas velocidades por razões de vibração na tubulação. Aperda de carga dependerá da vazão, da pressão entre as extremidades, das propriedades dofluido e do comprimento equivalente. Quanto maior a perda de carga, maior deverá ser odiâmetro do tubo.

2.3.1 CONEXÕES A ligação que existe entre cada barra de tubo ou com acessórios diversos é muito

importante do ponto de vista que o produto final em tubulações é o resultado da união de todosesses componentes. Existem diversas formas de conectar esses componentes, mas aqui sóserá mostrado as duas mais importantes e mais utilizadas em refinarias. As ligações soldadase as ligações flangeadas são as mais importantes porque permitem ligações extensas tanto detubulações quanto de acessórios tais como válvulas, respiros, bombas, etc.

As ligações soldadas são caracterizadas pela forma de união de componentes atravésdos processos de soldagem. São muito utilizadas pois garantem estanqueidade completa epermanente, possuem boa resistência mecânica e não necessitam manutenção. Adesvantagem é a dificuldade em desmontagem das uniões. Na maioria das uniões de tubos opasse de raiz é realizado através do processo TIG, sendo que os passes de preenchimentopodem ser realizados com qualquer processo de soldagem a arco. A derivação objeto dessetrabalho também pode ser considerada uma conexão, pois é baseada em uma união entretubos de forma perpendicular (boca-de-lobo) e um anel de reforço.

As ligações flangeadas são importantes pela necessidade de união de acessórios,máquinas e reservatórios com a tubulação, desde que essa seja maior que 2” (duaspolegadas), nos casos onde pode ser necessário o desmonte. Apresentam como vantagem a


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fácil montagem, mas possuem algumas desvantagens tais como: possibilidade de vazamentos,são volumosas, pesadas e caras. Existem diversos tipos de flanges, dos quais se destacam osflanges de pescoço e os flanges cegos, por serem os mais utilizados. O flange de pescoçopode ser soldado facilmente em qualquer tubulação e o flange cego pode ser fixado emqualquer flange de espera para futuras instalações. São fixados por meio de parafusos e a suavedação é dada por uma junta prensada.

2.3.2 V ÁLVULAS Com base em Telles, 1999, as válvulas são dispositivos responsáveis por estabelecer,

controlar e interromper o fluxo em uma tubulação. Dessa forma, são consideradasindispensáveis em qualquer tubulação. Podem ser classificadas em cinco tipos: válvulas debloqueio, válvulas de regulagem, válvulas que permitem fluxo em um só sentido, válvulas quecontrolam a pressão de montante e válvulas que controlam a pressão de jusante.

Como as válvulas de bloqueio são as mais utilizadas, esse texto tratará apenas daválvula do tipo gaveta como a da figura 2.4. Essa válvula é empr egada para qualquer fluidodesde que não seja corrosivo, para qualquer diâmetro e sob qualquer condição de temperaturae pressão. O fechamento é feito pelo movimento de uma peça chamada gaveta ou cunha, queé posicionada perpendicular ao escoamento e assentada por dois anéis de sede. São válvulasque devem operar somente nas posições aberta e fechada, sendo que estando na posiçãofechada não garantem extrema estanqueidade.

Figura 2.4 – Válvula gaveta e seus componentes principais

3. PRÉ-FABRICAÇÃO DA DERIVAÇÃO Antes de qualquer serviço, deve ser realizado o estudo do projeto que irá guiar o

procedimento. Esse projeto deverá reunir todas as informações necessárias para a operação aser desenvolvida, sendo que essas informações terão que estar coerentes e livre de bloqueiosinesperados. Normalmente, esses documentos são emitidos pelo setor de controle dequalidade da empresa, pois vai depender deles a autorização para execução dos serviços nocampo.

No caso da trepanação dentro das refinarias da Petrobr as, existe uma norma que defineo que se deve fazer para o começo dos trabalhos. A norma “N2163D – Soldagem outrepanação em equipamentos ou dutos em operação” exige que seja realizada uma reuniãocom alguns setores, tanto da Petrobras quanto da empresa contratada, que estejam ligados a

operação, e que seja criada uma ata de aprovação. Com o projeto e a autorização deexecução aprovados, pode-se obter do projeto as informações necessárias para definir osmateriais que serão utilizados para a derivação.

3.1 ESPECIFICAÇÃO DE MATERIALA especificação de material de tubulações é uma tarefa difícil, pois esbarra em fatores

que nem sempre são proporcionais entre si. Alguns fatores importantes são: características dofluido conduzido, condições de serviço, esforços mecânicos sofridos, disponibilidade dosmateriais, custo dom materiais, facilidades de produção, perdas de carga e tempo de vidaprevisto. Como essa derivação será realizada com a linha em operação, o dimensionamento


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obedece as propriedades do fluido conduzido, características do fluxo, temperatura e pressãoda linha.3.2 CONDIÇÕES DO PROCESSO

A norma N-2163D define que o procedimento de derivação deve ser executado somenteem alguns casos característicos, de forma a evitar danos a saúde e ao meio-ambiente. Dessaforma, a norma estabelece que não se deve realizar a operação caso haja qualquer dos fluidosabaixo nas linhas operantes:a) oxigênio e misturas de vapores de hidrocarboneto/oxigênio e hidrocarboneto/ar; b) ar comprimido;c) peróxidos, cloro ou outras substâncias químicas que possam se decompor violentamente ouse tornar perigosas em contato com o calor da soldagem;d) substâncias cáusticas, aminas, nitratos e ácidos, se as concentrações e temperaturasprevistas pelo projeto forem tais que as especificações de fabricação exijam tratamentotérmico pós-soldagem, ou pela elevação da corrosividade (risco de corrosão) sob tensão dofluido em função da temperatura alcançada internamente devido à soldagem; e) acetileno, etileno, benzeno e outros hidrocarbonetos insaturados ou mesmo polímeros quepossam sofrer decomposição exotérmica e espontânea sob certas combinações de pressão etemperatura;f) hidrogênio, a menos que se proceda a uma verificação das condições de projeto e domaterial;g) linhas sob vácuo ou pressão menor que a atmosférica, a menos que uma avaliação sejaconduzida de modo que se determine procedimento operacional seguro;h) linhas com vapor d’água: acima de 300°C ou com pressão acima de 20kgf/cm2, salvo casosem que haja análise específ ica.

Segundo as informações obtidas do setor operacional da refinaria, o fluido que circula natubulação que dá origem à derivação é resultado das operações de refino, tal como a gasolina,o diesel, a nafta e a nafta petroquímica. Esses fluidos podem ser considerados, para efeito dedimensionamento, semelhantes nas condições de fluxo, de temperatura e de pressão noprocesso. A tabela abaixo mostra as informações mais importantes dos fluidos.

Tabela 3.1 – Características dos fluidos da linha operanteFluido Nafta, nafta petroquímica, gasolina e diesel Pressão máxima 350kPaTemperatura média 30°C

Estado físico Líquido Velocidade do fluido 0,513m/s

Vazão 58m³/h Esses produtos apresentam baixos teores de enxofre e cloro, representando baixa

corrosão, o que torna mais viável o uso de tubos de aço-carbono. Não se pode utilizarmateriais de baixo ponto de fusão, pois são conduzidos fluidos inflamáveis ou combustíveis que geram risco de incêndio. Em todas as uniões soldadas os componentes devem ser domesmo material, de modo a ter as mesmas propriedades.

3.3 TUBOSConforme as condições de processo, define-se para o projeto a utilização de tubos de

aço-carbono, garantindo economia e boa soldabilidade. É utilizado o aço-carbono ASTM A-53

grau B. A espessura de três oitavos de polegada é definida pela

série

, queé 40.

Esse tuboé

adquirido em barras de seis metros, sendo somente aceito se tiver um certificado técnico daempresa que o fabricou, garantindo suas propriedades.

A preparação desse tubo consiste em cortá-lo nas dimensões exigidas no desenhoisométrico, sendo que um dos lados é biselado conforme a figura 3.1a e no outro lado é f eitouma boca-de-lobo (figura 3.1b) para encaixe na parede externa do duto principal de dezpolegadas. Todos os tubos e acessórios devem ser submetidos a jato de granalha e a umapintura de base contra corrosão, isolando as extremidades sujeitas a solda. A pintura dassoldas e a pintura final somente é executada após a montagem completa da derivação.


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Figura 3.1 – (a) biselamento conforme ASME B31.3; (b) exemplo de boca-de-lobo.

3.4 ANEL DE REFORÇO O colar ou anel de reforço é um componente que agrega maior resistência mecânica à

derivação. Sua utilização é definida através de um nomograma, onde é colocado algunsvalores de referência, tendo por resultado a utilização ou não desse reforço. O nomogramaestá no apêndice C do trabalho. Apresenta como principais desvantagens a perda de carga e adificuldade na realização da gamagrafia. É fabricado a partir da conformação de chapa de aço

do mesmo material e espessura da tubulação, sendo realizada em peça única. Deve conter umfuro com rosca ¼” (um quarto de polegada) padrão NPT para teste de estanqueidade (figura3.2). Para a retirada de oxidação da superfície superior e inferior, efetua-se jateamento epintura de base.

Figura 3.2 – Exemplo de anel de reforço.

3.5 V ÁLVULA A válvula utilizada deverá ter a bitola da tubulação nova, ou seja, oito polegadas. Essa

válvula necessita de uma inspeção após o recebimento com o objetivo de identificar osmateriais de fabricação do corpo externo e dos componentes internos. Para isso utiliza-se oteste por pontos, que é um ensaio não-destrutivo onde efetua-se o ataque à superfície comreagentes químicos, sendo que o resultado da reação define as características do metal. Logoapós, a válvula é encaminhada para a verificação contra danos internos, onde ela édesmontada.

Resolvendo eventuais danos do material, efetua-se a retirada das saliências internas dosanéis da sede da válvula com o objet ivo de evitar uma interferência indesejada da serra-copoou da broca durante a execução da trepanação. Durante a remontagem deve-se executar ostestes de estanqueidade incluindo a vedação, o corpo e a contra-vedação. Verificada aestanqueidade, deve-se montar a gaxeta definitiva, efetuar a lubrificação do mecanismo deacionamento e identificar a válvula como liberada através de uma etiqueta metálica. Com aválvula pronta, restaura-se o aspecto externo com jateamento de granalha e pintura.

3.6 FLANGEO flange utilizado deve ser de aço-carbono com a mesma especificação de material dos

tubos. O que se altera é que a espessura passa a ser definida em função da temperatura detrabalho e a pressão suportada. Para isso existem gráficos, como o do apêndice B, que mostraclasses de pressão em função da temperatura e pressão dos fluidos. Para as condições acimaespecificadas, utiliza-se a classe 300#. As dimensões do flange para especificação encontram-se na figura abaixo:


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Figura 3.3 – Dimensões do flange em milímetrosA união entre o flange e a tubulação é feita através de solda de topo, enquanto a união

dos acessórios é realizado com parafusos e porcas. Essa união entre flanges necessita de umanel de vedação para evitar o contato dos metais dos flanges, evitando sem garantias que hajavazamentos.

4. PRODUÇÃO DA DERIVAÇÃO Sabendo os materiais necessários para preparar a derivação, o próximo passo é a

montagem de cada componente, obedecendo ao isométrico de montagem. Dessa forma, faz-se necessário conhecer o pr ocesso de união dos componentes e a verificação de possíveisproblemas se não adotado as práticas recomendadas das normas.

Conforme a norma ASME B31.3, existem distâncias mínimas para a montagem dasderivações do tipo boca-de-lobo com colar com relação aos cordões de solda. Essas distânciastem como finalidade proporcionar maior resistência mecânica à conexão. A figura 3.4 juntamente com a tabela 3.2 mostram essas medidas para alguns diâmetros de tubos.

Figura 3.4 – Distâncias mínimas para soldagem

Distâncias mínimasrecomendadas (mm)

Diâmetronominal daderivação

(pol.) D E F

Diâmetro doanel de

reforço G(mm)

até 4 203 140 203 2256 279 165 279 330

8 356 203 356 43510 432 241 432 54012 508 279 508 64014 559 305 559 70016 635 330 635 80018 711 356 711 90020 787 381 787 105024 914 406 914 1205

Tabela 3.2 – Valores das distâncias mínimas.


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4.1 CONDIÇÕES PARA SOLDAGEMA soldagem dos componentes é um item crítico na produção da derivação. Não pode

haver nenhum tipo de falha no processo de soldagem, sendo esse realizado somente compessoas qualificadas. Por isso, os ensaios não-destrutivos certificam as juntas de modo averificarem possíveis descontinuidades. As máquinas para solda devem ser aferidas pelodepartamento de controle de qualidade com a finalidade de manter condições elétricas deoperação. Os equipamentos devem estar em boas condições de operação, evitando riscos asaúde do operador e ao meio-ambiente.

O local da junta soldada sempre deverá ser escovado para retirar resquícios de pinturaou graxas que prejudicariam o cordão. O soldador somente poderá iniciar a soldagem seestiver portando a EPS – Especificação de Processo de Soldagem e a IEIS – Instrução deExecução e Inspeção de Soldagem. Além disso, todo os trabalhos de soldagem dentro darefinaria necessitam uma permissão de trabalho a quente que é válida somente durante o diada execução.

Os consumíveis a serem utilizados devem estar de acordo com a norma N-133 – Soldagem, que determina que seja usado especificações de conformidade com cada processode soldagem. No processo TIG deve ser utilizado varetas conforme a norma AWS A 5.18, sobproteção de gás argônio, e no processo com eletrodo revestido deve ser utilizado a normaAWS A 5.1. A norma ainda recomenda a utilização de consumíveis com baixo teor dehidrogênio. No caso da trepanação, o TIG é usado na raiz e os eletrodos revestidos sãoutilizados para preenchimento da junta. Deve ser realizado um exame visual afim de removerpossíveis descontinuidades antes da soldagem do próximo passe. Abaixo encontra-se umatabela com a classificação e o diâmetro dos consumíveis:

DI ÂMETRO ESPECIFICAÇÃOAWS CLASSIFICAÇÃOAWS

3,18mm A5.18 ER70S3

2,5mm A5.1 E 7018

Tabela 4.1 – Consumíveis de solda

4.2 PROBLEMAS NA SOLDAGEM DE DUTOS EM OPERAÇÃO Como visto anteriormente, o processo de soldagem é o item crítico do procedimento,

fazendo com que seja importante analisar alguns problemas que podem ocorrer e modos deevitá-los. Os principais problemas que podem ocorrer são: perfuração da parede do tubo,fragilização do material devido ao resfriamento rápido e presença de trincas a frio.

A perfuração pode ocorrer pela redução de espessura resistente do tubo na zona afetadapelo calor quando há presença de pressão positiva. Dessa forma, deve-se realizar o teste deultra-som para determinar a espessura do tubo. Essa medição deve ser feita em no mínimooito pontos, nos locais que ocorrerão solda. A principal causa desse problema está no controlede calor transferido pela vareta ao metal base. Quanto maior for o calor transferido, maior ser áa poça de fusão e maior será a penetração. Dessa forma, necessita-se diminuir o calor com ouso de corrente elétrica mais baixa, usar varetas com diâmetro fino e fazer cordões curtos. Afigura 4.1 mostra um exemplo de duto sob pressão sendo perfurado.


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Figura 4.1 – Perfuração A fragilização do material base ocorre quando há refrigeração excessiva da zona afetada

pelo calor pelo fluido em fluxo. Isso pode ocasionar mudanças na microestrutura do material

base por alta taxa de resfriamento, não sendo possível o alívio de tensões através de outrotratamento térmico. Dessa forma, cria uma região propícia a aparecimento de trincas edescontinuidades. Segundo a norma N-2163D a velocidade do fluido deve ser de no máximo2m/s e a execução de soldagem deve garantir que a temperatura no interior da tubulação nãoexceda 980ºC.

As trincas a frio, ou trincas induzidas por hidrogênio, são descontinuidades que ocorremalgum tempo após a soldagem. Normalmente aparecem na ZAC, podendo também ocorrer naZF de aços de maior resistência mecânica, sendo que a figura 4.2 exibe exemplos de locaisonde há a ocorrência. É conseqüência da ação simultânea de quatro fatores: presença dehidrogênio dissolvido no metal fundido; tensões residuais associadas a soldagem; micro-estrutura frágil (normalmente a martensita) e temperatura abaixo de 150°C. Nenhum dessesfatores, isoladamente, provoca a trinca a frio. As trincas na raiz e na margem resultam deentalhes como: mordedura, falta de penetração e inclusões. O mecanismo de difusão faz comque a maior parte do hidrogênio em super saturação se difunda e abandone a solda após umdeterminado tempo. Portanto, o risco de trincas é temporário, existindo enquanto o hidrogênioestiver se desprendendo da solda. Portanto, é sempre recomendável o tratamento de pós-aquecimento de soldas sensíveis à trincas a frio, para acelerar o processo de eliminação dohidrogênio da solda, sendo que sua detecção sempre deve ser feita através de ensaios não-destrutivos. Outro fator importante é a utilização de consumímeis com baixo teor de hidrogênio.

Figura 4.2 – Regiões típicas de aparecimento de trincas a frio


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4.3 VERIFICAÇÃO DE ESPESSURAPara poder fazer a solda no duto principal, é necessário saber sua espessur a por ensaio

de ultra-som. A norma N-2163D define faixas de espessuras para a soldagem, assim comodefine os riscos para cada faixa de espessura. Essa informação comparada com a tabela 4.2define as características que devem ser colocadas no IEIS para execução da soldagem. OEPS pode ser incluído no IEIS com a finalidade de minimizar documentos.

Tabela 4.2 – Espessuras mínimas para soldagem

Pelo relatório do apêndice C pode-se ver que a espessura mínima no teste foi de 6,3mm,ou seja, encontra-se na faixa onde é necessário definir as condições operacionais para nãohaver perfuração. As EIES encontram-se no apêndice D, sendo a W01 para soldagem de topoconvencional, W10 para a soldagem da boca-de-lobo, a W11 para a soldagem da parteexterna do colar e a W12 para a parte interna do colar.

4.4 SOLDAGEM DAS CONEXÕES Com a EIES pode-se começar a soldar os componentes em seus lugares. Primeiramente

monta-se o tubo que tem a boca-de-lobo a cinco milímetros acima do tubo principal nacoordenada indicada no isométrico (apêndice A). Isso se deve ao fato de a solda terpenetração total na boca de lobo, cuidando para que não haja desalinhamento da conexão emrelação ao duto principal. Com a solda pronta, faz-se um ensaio visual e um ensaio por liquidopenetrante na junta com a finalidade de detectar eventuais trincas ou descontinuidades

superficiais. Efetua-se também a gamagrafia com o intuito de ver se não há descontinuidadesno interior da junta.Com o tubo unido, é montado o colar de reforço soldando tanto no tubo de conexão

quanto no tubo de processo. Com o colar já pronto, executa-se o teste visual e de líquidopenetrante nas soldas para verificar a presença de imperfeições. Para atestar a estanqueidadedo colar, instala-se um niple na rosca NPT, cobrindo com solda esse furo após a aprovação noensaio. Alinha-se o flange na outra extremidade do tubo, cuidando para que sua face fiqueperpendicular a linha central do tubo. Efetua-se a soldagem do flange na conexão, fazendo osensaios visual, por líquido penetrante e gamagrafia.

Com o flange no lugar, instala-se a válvula no flange, parafusando-a. Dessa forma, restafazer o teste hidrostático de toda a derivação para liberar a trepanação. Os passos paracálculo da pressão do teste hidrostático encontram-se no apêndice B. Os dados para cálculoencontram-se na tabela 4.3 e os dados de cálculo passo a passo estão na tabela 4.4.

Tabela 4.3 – Dados para obtenção da pressão de teste hidrostático. Do (mm) L (mm) FT FS Pclasse (MPa) PMOP (MPa) Pop (MPa) Sv (MPa) t (mm) E (GPa)

254 360 6 4 1,96 0,34 0,34 345 6,3 200

Tabela 4.4 – Pressão hidrostática final B.1 B.2.3 B.3 B.4.2 B.5 B.6 B.7.1 B.7.2 Final

Mx Ch Fe Fe /Sv Fa !P PTH PTH PTH PTH

12,7 7,57E-02 601 1,74 75,4 3,74 4,08 2,4 2,04 2,04MPa

Com o valor de teste hidrostático calculado, é realizado o ensaio seguido de limpeza dalinha. Dessa forma, a derivação encontra-se pronta para o processo de trepanação.


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5. TREPANAÇÃO É uma técnica de furação de tubulação, duto ou equipamento em operação, criando uma

abertura por meio de perfuração ou recorte de uma porção da parede metálica, comferramenta apropriada, internamente à conexão acoplada sem parada operacional. Pode serrealizado em qualquer lugar onde se deseja criar uma derivação ou conexão, e quando sedeseja ligar uma linha temporariamente a outras através de tubulações provisórias.

5.1 M ÁQUINAS UTILIZADAS Existem diversos tipos de máquinas para essa operação, mas esse trabalho se restringe

a uma máquina que é utilizada para furos de no máximo quatorze polegadas. A máquinautilizada no processo de derivação deve ser resistente à pressões, temperaturas e esforçosmecânicos que possam ocorrer durante a operação e seu acionamento pode ser manual,elétrico, pneumático ou hidráulico. As características das gaxetas a serem utilizadas no eixoprincipal devem ser concordantes com os fluidos que a máquina entrará em contato. Conformefigura 5.1, ela é composta das seguintes partes:1 - Conjunto acionador da máquina; 2 - Corpo principal da máquina, que possui os dispositivos de torque;3 - Válvula de dreno do corpo da máquina; 4 - Ferramenta para furação ou corte da tubulação; 5 - Acoplamento entre o eixo da máquina e a ferramenta, podendo ser uma flange para aserra-copo ou um mandril para a broca;6 - Válvula gaveta da derivação.

A REFAP possui duas dessas máquinas para trepanação com acionamento pneumático,sendo uma para diâmetros entre duas e quatorze polegadas e outra para diâmetros inferioresa duas polegadas. Para tubulações de diâmetros maiores que quatorze polegadas, énecessário comprar outra máquina ou parar o processo.

5.1.1 TIPOS DE FERRAMENTAPor ser um equipamento rotativo, suas ferramentas são constituídas de brocas e serras-

copo. As brocas são utilizadas até o diâmetro de duas polegadas, sendo utilizado serra-copopara diâmetros maiores, conforme tabela 5.1. As ferramentas utilizadas devem serdimensionadas conforme o material a ser furado ou cortado. No caso da serra-copo, deve seracoplado um dispositivo que retenha a parede do tubo cortado. Para cada diâmetro e conforme

o material a ser furado e cortado, existe uma velocidade de avanço e de corte recomendadapelo fabricante.O isométrico da derivação possui uma especificação para furo de seis polegadas na

trepanação, ou seja, deverá ser utilizado uma serra-copo com cento e trinta e nove mil ímetrosde diâmetro para cortar a parede do tubo. O projeto prevê a perda de carga devido ao anel queresta do corte da parede do tubo.

Tabela 5.1 – Diâmetros das ferramentasDiâmetro nominal / Furos 1 / 2"

3 / 4" 1" 1.

1 / 2" 2" 3" 4" 6" 8" 10" 12" 14"

Diâmetro da broca (mm) 8,5 12 16 21 32 - - - - - - -

Diâmetro da serra-copo (mm) - - - - - 62 86 139 185 241 292 324


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Figura 5.1 – Partes principais da máquina de trepanação.

5.1.2 PROBLEMASPor essa operação ser considerada de alto risco, deve ser tomadas algumas medidas de

prevenção contra danos e acidentes. Havendo qualquer problema com o procedimento, deveser efetuada a paralisação da máquina, ocorrendo o risco dela ficar na conexão até a par adafutura do processo. A primeira medida é inspecionar todo o equipamento e as ferramentasantes de ocorrer o acoplamento na flange da válvula, pois não poderá ser realizado reparosapós o início da operação. Deve ser realizado um teste de operação para verificar se está tudodentro das normas do fabricante do equipamento.

Podem ocorrer falhas de componente durante a operação, tais como: quebra de broca,

quebra de dentes da serra-copo, vazamento de fluido pela junta do flange, vazamento pelaválvula de dr eno. Dessa forma, é necessário que as ferramentas estejam em ótimas condiçõesde uso, a broca deve estar afiada e a serra-copo não pode conter dentes quebrados, osparafusos de fixação da máquina no flange da válvula devem estar bem apertados, a junta deanel deve ser nova e a válvula de respiro deve fornecer estanqueidade à pressão de operação. É necessário também checar o tipo de gaxeta que está instalada na máquina.

Outra questão crítica é o avanço da ferramenta dentro da conexão e dentro do duto emoperação. Deve ser medido com extrema precisão a distância entre o ponto morto superior,que é onde a ferramenta repousa antes ou após a operação, e o ponto morto inferior, que é oponto de corte ou furação total. Na figura 5.1, essas distâncias estão representadas pelasletras M e N, para a máquina de trepanação e para a válvula de bloqueio, respectivamente. Caso não haja perfeição nessa medição, há risco de furação excessiva ou falta de corte natubulação, ocasionando um incidente dentro do processo. Normalmente é recomendado quese marque na máquina o deslocamento máximo da haste visando evitar esse problema.

5.2 INSTALAÇÃO DA MÁQUINAComo o equipamento é bastante robusto, deve-se colocar no lugar de fixação através de

guindaste. Ao encaixá-la no flange, deve se ter o cuidado para alinhar perfeitamente o seu eixocentral com o da tubulação, pois o desalinhamento poderá causar danos durante a operação.Os parafusos devem ser apertados rigorosamente não permitindo folgas. A serra-copo já deveestar em seu ponto mais superior para poder dar início ao processo de corte.


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Toda a instalação deverá ser acompanhada de um supervisor, o qual será o responsáveldireto pelo serviço da máquina. A máquina e suas imediações devem ser sinalizadas com rotasalternativas de fuga em caso de uma emergência.

5.2.1 OPERAÇÃO DE CORTE Com a máquina instalada, pode-se marcar na haste o deslocamento necessário para o

corte da parede do duto principal. Após o início da operação, somente se poderá parar ao finalou a qualquer momento se for um caso emergencial. A partir do momento em que a broca guia

penetra na parede do tubo base, inicia-se o enchimento de fluido dentro da máquina detrepanação. Esse fluido é benéfico para a furação, pois além de lubrificar a serra-copo, servede refrigeração devido ao fluxo. O corte nunca deverá ser realizado próximo de motores ouválvulas motorizadas, pois os cavacos poderão danificar esses equipamentos. Quando aferramenta chega no ponto inferior de corte, deve-se recolhê-la para que se possa fechar aválvula da derivação. Durante esse recolhimento, a parede cortada deverá ficar retida nodispositivo de retenção. A figura 5.2 faz um comparativo do tubo antes de ser cortado e o tuboapós o corte.

Figura 5.2 – Tubo antes do corte e após o corte, com o anel de sobra.

5.3 REMOÇÃO DA MÁQUINAApós o corte, a ferramenta deve retornar ao ponto inicial de operação com o objetivo de

possibilitar o fechamento da válvula. Depois de fechar a válvula, é necessário que se coloque

um recipiente na saída do dreno da máquina de trepanação com o intuito de despressurizar eremover os fluidos de seu interior. A partir disso, pode-se retirar a m áquina de trepanação dolocal, de forma que se instale um flange cego para garantir a estanqueidade da válvula. Com aderivação pronta, lixa-se as soldas para pintá-las com uma tinta a base de epóxi.

6. RESULTADOS E DISCUSS ÃO A derivação aqui estudada foi produzida dentro dos padrões aqui estabelecidos sem

ocorrer nenhum problema durante todas as etapas. Era de se esperar que não houvesseincidentes, pois todo o procedimento é baseado em normas internacionais na sua maioria,como o código ASME e o código API. Os ensaios cumprem a sua missão com o intuito degarantir o serviço para o cliente, de modo que todo o trabalho realizado fica arquivado paraverificações posteriores. Com isso, o processo de trepanação é uma ótima maneira desolucionar alguns problemas de tubulação, diminuindo as perdas por parada de processo.

Dentro da REFAP, as paradas de processo tem um custo aproximado de R$60.000,00 porminuto, sendo que um serviço de interligação a frio sem a utilização da trepanação, poderácustar cerca de R$250milhões.

A soldagem das conexões poderia ser melhor detalhada se considerasse outros fluidosde trabalho e outros materiais para a tubulação. Todos os procedimentos aqui apresentadosforam realizados no campo a céu aberto, podendo os mesmos serem customizados de forma aserem executados em outros meios. São exemplo desses meios a construção de derivaçõessub-aquáticas e em espaço confinado.

7. CONCLUSÕES Com base no que foi exposto e nos resultados de campo, concluiu-se que:


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a) A metodologia proposta se mostra satisfatória na prática industrial, tendo sido adaptadaconvenientemente ao código ASME B31.3 e à norma API RP 2201.

b) Os procedimentos estão de acordo com as normas de segurança para plantasindustriais, seguindo os modelos atuais de qualidade em saúde, meio-ambiente esegurança (QSMS).

c) A metodologia proposta provoca ganhos econômicos por evitar a paradas de processona construção de ramificações nas tubulações da planta industrial.

d) Os riscos envolvidos na seqüência operacional para a construção de derivaçõestubulares permaneceram dos limites das normas, pois foram valorizados por elas e semostraram adequados na prática.

e) Esta metodologia foi testada em uma refinaria de petróleo, mas pode ser adaptada apólos petroquímicos, industrias de papel e celulose, empresas alimentícias, etc.

Baseado nas informações desse trabalho, fica como proposta para futuros trabalhos dediplomação os seguintes temas: simulação por elemento finitos do corte da parede do tubopara determinação de perdas de carga durante a trepanação, simulação das alterações deescoamento enquanto ocorre o corte ou a furação, simulação de gradientes de temperaturadurante o processo de soldagem no interior da tubulação sujeita a fluxo de fluidos, cálculoestrutural das tubulações, estudo de atuação da mecânica da fadiga no anel interior e nassoldas, e possibilidades de fratura no anel interior devido ao fluxo.


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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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edição, Rio de Janeiro, 2001.


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APÊNDICE A – ISOMÉTRICO DO PROJETO


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APÊNDICE B – EQUAÇÕES PARA C ÁLCULO DA PRESSÃO DE TESTE HIDROST ÁTICO A pressão de teste hidrostático, executado antes da furação do duto, utilizado para

verificação das soldas da conexão soldada, deve ser determinada através da metodologia proposta pela norma ASME WRC-406. A seguinte notação é utilizada: Do - diâmetro externo do duto na região de instalação da conexão (mm); L - comprimento total da conexão (mm); FT - fator definido pelo código original de projeto do duto, aplicado para a determinação dapressão de teste hidrostático; FS - fator de segurança para a determinação da pressão = 4,0; PClasse - pressão máxima admitida para a classe de pressão da conexão (MPa); PMOP - pressão máxima de operação do duto na região de instalação da conexão (MPa); PTH - pressão de teste hidrostático da conexão (MPa); Pop - pressão de operação no duto durante a realização do teste hidrostático (MPa); Sy - tensão de escoamento mínima especificada para o material do duto (MPa); t - espessura mínima do duto na região de instalação da conexão (mm); !P - pressão externa máxima diferencial a ser aplicada durante teste hidrostático da conexão(MPa);E - módulo de elasticidade (MPa).

O critério de determinação da pressão de teste hidrostático utiliza as seguintes etapas:

Passo 1: Determinar Mx Mx = L / [0,5.Dot]

1/2 (B.1)

Passo 2: Determinar Ch Ch = 0,55.t / Do para Mx " 2.(Do / t)

0,94(B.2.1)

Ch = 1,12.Mx-1,058

para 13 < Mx < 2.(Do / t)0,94

(B.2.2)Ch = 0,92 / (Mx - 0,579) para 1,5 < Mx < 13 (B.2.3)Ch = 1,0 para Mx # 1,5 (B.2.4)

Passo 3: Determinar Fe Fe = 1,6.Ch.E.t / Do (B.3)

Passo 4: Determinar Fa

Fa = Sy / FS para Fe / Sy "

2,439 (B.4.1)Fa = [0,7.Sy / FS].(Fe / Sy)0,4

para 0,552 < Fe / Sy < 2,439 (B.4.2)Fa = Fe / Sy para Fe / Sy # 0,552 (B.4.3)

Passo 5: Determinar !P!P = 2.Fa.(t / Do) (B.5)

Passo 6: Definir a PTH PTH = Pop + !P (B.6)

A pressão de teste hidrostático definida deve ser limitada, ainda, ao menor dos seguintesvalores:a) 1,5.PClasse (B.7.1)

b) FT.PMOP (B.7.2)


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APÊNDICE C – RELATÓRIO DE INSPEÇÃO POR ULTRA-SOM


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APÊNDICE D – IEIS


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APÊNDICE E – TERMINOLOGIA DE SOLDAGEM


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25

APÊNDICE F - CLASSES DE PRESS ÃO VERSUS TEMPERATURA E PRESS ÃO


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26

APÊNDICE G – NOMOGRAMA PARA DETERMINAÇÃO DO USO DE COLAR


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rodrigo faraon soares

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