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Inspeções em trocadores de calor

Comentários (0) Aplicações, Inspeções

A inspeção dos tubos de um trocador de calor geralmente envolve um tempo longo da parada programada, que representa elevados custos. Porém, uma parada não programada devido a colapso do trocador de calor, representa custos muito mais elevados.

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Os trocadores de calor podem possuir poucos ou vários tubos (até 50.000, por exemplo), podendo estes serem de materiais ferromagnéticos ou não-ferromagnéticos. Estes tubos podem ser retos, curvos ou trançados, desta forma, exigindo uma boa quantidade de tipos de sondas para inspeção a ser realizada pelo interior de cada tubo.

Os defeitos mais preocupantes são cavidades (pitting) nas paredes internas e externas do tubo, corrosão, trincas axiais, trincas circunferenciais, principalmente junto as placas finais (espelhos), erosão e perdas de material.

É importante a detecção destes defeitos antes que os tubos apresentem vazamentos que poderão provocar perda de pressão interna comprometendo a eficiência de funcionamento ou até colapso total do trocador. No caso de industrias químicas e farmacêuticas, estes defeitos poderiam contaminar os produtos.

Definindo a Melhor Técnica de Inspeção

Na tabela seguinte apresentamos as diversas técnicas de Ensaios Não Destrutivos (END) aplicadas as tubulações de trocadores de calor (fonte  eddyfi ):

Inspeções em trocadores de calor

Todavia, uma única técnica de inspeção não é adequada para todas as configurações dos tubos, tipos de materiais e tipos de defeitos. A técnica das correntes parasitas (ECT) normalmente são empregadas para inspeções em tubos de material não ferromagnético, enquanto que para tubos de material ferromagnético são empregadas as técnicas do Campo Remoto (RFT) e Fuga do Campo Magnético (MFL).

Na próxima tabela apresentamos as diversas técnicas de Ensaios Não Destrutivos (END) aplicadas aos defeitos mais comuns encontrados nos tubos não ferromagnéticos de trocadores de calor (fonte eddyfi ):

Inspeções em trocadores de calor

Na próxima tabela apresentamos as diversas técnicas de Ensaios Não Destrutivos (END) aplicadas aos defeitos mais comuns encontrados nos tubos ferromagnéticos de trocadores de calor (fonte eddyfi ):

Inspeções em trocadores de calor

Grau de Limpeza

A limpeza dos tubos para inspeções com as técnicas de Correntes Parasitas (ECT), Campo Remoto (RFT), Fuga de Campo (MFL), Campo Próximo (NFT), Correntes Parasitas com Saturação Parcial (PSEC) e Eddy Current Array (ECA) deve ser suficiente para que as sondas possam deslizar livremente, enquanto que para inspeção com ultrassom IRIS a limpeza deve ser muito bem feita, eliminando deposições e crostas no interior do tubo, que, eventualmente, poderão interferir na inspeção.

Tecnologias de inspeção

Inspeções em trocadores de calor

Sondas Bobbin para a Técnica de Correntes Parasitas (ECT):

Ensaios com Correntes Parasitas é a melhor técnica para inspeção de tubos não ferromagnéticos como por exemplo dos seguintes materiais: aço inoxidável austenítico, latão, cobre, Inconel ou titânio. Estas sondas permitem detecção e avaliação da gravidade dos seguintes defeitos: corrosão, cavidades e trincas. Esta técnica também detecta defeitos nas chicanas e espelhos. Nestas sondas trincas circunferenciais não são detectadas devido a direção das correntes parasitas serem no mesmo sentido, direção circunferencial conforme podemos visualizar na figura a seguir:

Inspeções em trocadores de calor

Nesta imagem, a trinca circunferencial está em preto enquanto as correntes parasitas circunferenciais estão em vermelho, apresentando-se em paralelo com o defeito.

Com o emprego da característica única do instrumento Ectane, este problema é resolvido com o emprego de sonda DefiHi possuindo as técnicas ECT + EC Array. Desta forma a trinca circunferencial será visualizada no display array colorido C-Scan 2D + C-Scan 3D (imagem em alto relevo). Com esta sonda, também é possível detectar trincas circunferenciais nas chicanas (placas suportes) e espelhos (placas finais). As bobinas das sondas Bobbin podem ser absolutas ou diferenciais enquanto as bobinas pata ECA (eddy current array) são sempre absolutas. A velocidade de deslocamento da sonda (velocidade de puxamento) pode ser até 2 metros/segundo quando a sonda é Bobbin, porém esta velocidade de deslocamento (velocidade de puxamento da sonda) deve ser 200 mm/segundo quando a sonda é Bobbin + EC Array. Esta velocidade permite formar uma boa imagem colorida do display C-scan 2D e C-scan 3D (em alto-relevo colorido). A Eddyfi disponibiliza as sondas Twistec que são sondas tipo bobbin próprias para inspeção em tubos trançados.

Assista ao vídeo:

Sondas PSEC (Sondas Bobbin com Magnetização Parcial):

Estas sondas são também conhecidas como Bobbin Probes with Magnetic Bias sendo indicadas para inspeção em trocadores de calor com tubos de aço inoxidável ferrítico, aço inoxidável duplex e aço ligado a base de níquel. Sua construção é idêntica as sondas bobbin, porém junto ao(s) enrolamento(s) existe(m) imã(s) permanente(s). Na figura a seguir observa-se uma destas sondas com bobina diferencial:

 

Inspeções em trocadores de calor

A presença do campo magnético continuo dos imãs permanentes, reduzem para próximo a 1 a permeabilidade magnética da área sob influência do(s) enrolamento(s) da bobina. Com isto variações de permeabilidade magnética na parede do tubo, deixam de interferir com os resultados da inspeção. As características operacionais destas sondas são idênticas as sondas tipo Bobbin e sondas Bobbin + EC Array.

Sondas ECA-Eddy Current Array

Estas sondas são constituídas por carreiras circunferenciais de bobinas transmissoras e receptoras lado a lado, sendo excitadas (chaveadas) em forma multiplex, onde cada par (transmissora/receptora) ensaia separadamente a superfície do tubo junto a elas. Na figura abaixo visualizamos uma destas sondas:

Inspeções em trocadores de calor

As bobinas excitadoras (transmissoras) estão em azul e as bobinas absolutas receptoras estão em vermelho. Bobinas diferenciais não se aplicam a esta técnica. Estas sondas apresentam alta sensibilidade de detecção de descontinuidades em qualquer direção, definindo as profundidades e comprimentos dos defeitos, sendo ideais para inspeção em tubos de materiais não ferromagnéticos, detectando trincas axiais e circunferenciais, cavidades nas paredes interna e externa, corrosão também em ambas as paredes dos tubos. Estas sondas também detectam trincas circunferenciais nas chicanas e espelhos. Esta técnica não se aplica a inspeções de tubos de material ferromagnéticos. A fim de termos uma boa imagem colorida em C-Scan 2D e C-Scan 3D (imagem em alto-relevo colorido), a velocidade de inspeção (velocidade de puxamento da sonda) deve ser 200 mm/s.

Assista ao vídeo:

Sondas RFT (Técnica do Campo Remoto)

A técnica do campo remoto é o melhor método para inspeção de tubulações de material ferromagnético. Esta técnica apresenta sensibilidade igual para ensaios das paredes internas e externas, indicando a profundidade e comprimento das descontinuidades, como também corrosão em ambas as paredes e perda de espessura da parede do tubo. Esta técnica também detecta cavidades e falhas na parede externa na parte oculta pelas chicanas. Esta técnica e adequada para tubos de aço carbono de baixo e alto teor de carbono, aços ligados, aços inoxidáveis ferríticos, níquel e outros materiais ferromagnéticos.

Na figura abaixo visualizamos a construção básica destas sondas:

Inspeções em trocadores de calor

A distância entra a bobinas excitadora e receptoras é de 2 a 3 vezes o diâmetro externo do tubo. O campo magnético alternado gerado pela bobina excitadora, atravessa a parede do tubo no local onde estão localizadas as bobinas receptoras (zona do acoplamento indireto), induzindo neste ponto as correntes parasitas no tubo. Com esta técnica são reduzidos os efeitos de variações de permeabilidade magnética ao longo do tubo. As bobinas receptoras são diferenciais, porem o software do instrumento EddyFi proporciona imageamento na tela dos traços absolutos e diferenciais no plano de impedância e strip-chart. Varias configurações são disponíveis para estas sondas:

  • Bobina excitadora a frente das bobinas receptoras.
  • Bobina excitadora atrás das bobinas receptoras
  • Duas bobinas excitadoras a cada lado das bobinas receptoras.
  • Duas bobinas receptoras a cada lado da bobina excitadora.

Cada uma destas configurações se adapta a aplicações especificas.

As velocidades de inspeção (velocidade de puxamento da sonda) é entre 80 e 120mm/s.

Assista ao vídeo:

Sondas para ensaio com a Tecnica do Campo Próximo – NFT.

Estas sondas foram desenvolvidas para atender tubos de material ferromagnético aletados com resfriamento através de ar forçado ou as vezes por convecção natural. As aletas podem ser integradas ao tubo sendo do mesmo material ou então sobrepostas em alumínio ou outro material não ferromagnético.

Abaixo visualizamos uma destas sondas no ensaio de tubo aletado:

Inspeções em trocadores de calor

A sua configuração pode ser absoluta ou diferencial permitindo detecção de defeitos internos nos tubos, como corrosão, erosão, cavidades e trincas axiais. Campo próximo é a zona entre o acoplamento direto das correntes parasitas a parede do tubo e zona do campo remoto (zona do acoplamento indireto), desta forma apresentando boas condições de inspeção sem interferência das aletas. Velocidade de inspeção (puxamento da sonda) 200 a 300mm/seg.

Assista ao vídeo:

Sondas para ensaios pela Fuga do Campo Magnético – MFL.

Na figura a seguir podemos visualizar a configuração típica destas sondas:

Inspeções em trocadores de calor

Estas sondas são constituídas pelos seguintes elementos:

  • Dois anéis de imã permanentes (dois anéis verdes grossos) sendo um polo norte e o outro pólo sul, induzindo entre eles linhas de campo magnético continuo na parede do tubo.
  • Uma bobina diferencial (anéis estreitos vermelho e verde) localizados entre os dois anéis magnetizadores. Vamos denominar esta bobina diferencial como “Bobina A”.
  • Uma bobina diferencial (anéis estreitos vermelho e verde) localizados na parte frontal da sonda (na imagem, localizados a esquerda dos anéis magnetizadores). Vamos denominar esta bobina diferencia de “Bobina B”.

Na parede do tubo, entre os dois anéis magnetizadores, existindo uma descontinuidade no material, ocorre um campo de dispersão aos dois lados da parede do tubo. Ao passar a “Bobina A” neste ponto, será induzido um sinal elétrico cuja amplitude é proporcional a profundidade do defeito. Como a sonda é puxada, a “Bobina B” ira passar na área do defeito depois da “Bobina A “ e dos anéis magnetizadores. Nesta área temos presença de um campo magnético continuo residual cuja intensidade é bem menor. Desta forma somente um defeito na parede interna do tubo conseguira induzir na “Bobina B” um sinal elétrico. Desta forma o instrumento Ectane consegue identificar se o defeito é somente na parede interna do tubo, ou o defeito é na parede externa do tubo. Estas sondas somente são usadas em tubos de material ferromagnético, onde cavidades e corrosão nas duas paredes do tubo são detectadas, como também trincas circunferenciais na parede interna. Esta técnica é muito sensível a variações da velocidade de inspeção (velocidade de puxamento da sonda) sendo necessário durante a inspeção manter esta velocidade constante. A amplitude do sinal dos defeitos é diretamente proporcional a velocidade de puxamento da sonda.

Assista ao vídeo:

Sondas IRIS por Ultrassom

As sondas rotativas internas para inspeção IRIS operam pelo modo pulso-eco sendo aplicáveis a inspeções em tubos ferromagnéticos e não ferromagnéticos. Esta técnica é ideal para detecção de cavidades e corrosão nas paredes internas e externas dos tubos. Consequentemente esta técnica executa medição da espessura da parede nos tubos, como também indicando as perdas do material em toda a circunferência dos tubos. Porem esta técnica não é aplicável para detecção de trincas axiais e circunferenciais nas paredes internas e externas dos tubos.

Na imagem a seguir observamos a configuração básica da sonda IRIS Ultrassom:

Inspeções em trocadores de calor

No corpo da sonda temos um transdutor com feixe sônico a 0°, direcionando o feixe sônico na direção longitudinal do tubo. Um espelho (refletor) com ângulo de 45º reflete o feixe sônico em direção perpendicular a parede interna do tubo (em um ângulo de 90º). A água que atua como acoplamento, através de uma mini turbina (no interior da sonda) faz este espelho girar, resultando em uma varredura do feixe sônico em toda a superfície circunferencial interna do tubo. Com o puxamento da sonda, o feixe sônico produz uma varredura helicoidal em toda a superfície interna do tubo. Devido a esta ação, para que toda a superfície do tubo seja escaneada, a velocidade de deslocamento da sonda (velocidade de puxamento) deve ser entre 20 e 50 mm/s. Na figura abaixo visualizamos a tela do display do ensaio IRIS:

Inspeções em trocadores de calor

Pode-se observar em diversas vistas a posição exata dos defeitos ao longo do tubo.

São disponíveis sondas para tubos retos como também sondas para tubos curvos, conforme imagem abaixo:

Inspeções em trocadores de calor

Na seleção destas sondas, deve-se considerar se elas são compatíveis com o raio da curvatura do tubo.

Assista ao vídeo:

Conclusão:

Na inspeção dos tubos de um trocador de calor, para ter-se garantia de detecção de todos os tipos de defeitos, o emprego de uma técnica geralmente é suficiente porem em alguns casos são necessários o emprego de duas técnicas ou mais.

Em tubos de material não ferromagnético a técnica ECArray atende plenamente detecção de todos os tipos de defeitos. Já usando-se as técnicas ECT e IRIS cavidades e corrosão em ambas as paredes serão bem detectados, porém as trincas axiais serão mais ou menos detectáveis, e as trincas circunferenciais dificilmente serão detectadas.

No caso de tubos de material ferromagnético a combinação das técnicas RFT (Campo remoto) e IRIS é a melhor solução, porem trincas circunferenciais dificilmente serão detectadas. Para detecção das trincas circunferenciais, seria necessária uma terceira inspeção com a técnica MFL – Técnica de Fuga do Campo Magnético.

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