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Jul 30, 2023

Causas e curas para falhas de componentes de carretel dúctil

Quando um processador químico ou uma refinaria de petróleo passa pelo longo e árduo processo de especificação e supervisão da construção de uma planta de processamento ou de uma refinaria, o processo é um pouco como colocar

Quando um processador químico ou um refinador de petróleo passa pelo longo e árduo processo de especificação e supervisão da construção de uma planta de processamento ou de uma refinaria, o processo é um pouco como montar um quebra-cabeça de um milhão de peças. Cada comprimento de tubo, cada válvula, cada flange e cada carretel tem uma tarefa específica a realizar – muitas vezes sob temperaturas e pressões desafiadoras – para que todas as outras peças possam realizar seu trabalho e a planta possa funcionar conforme planejado.

Ocasionalmente, as coisas dão errado. Quer a falha seja menor, maior ou catastrófica, uma investigação é iniciada para determinar a causa. O item correto foi instalado? Foi instalado corretamente? Nesse caso, a próxima tarefa é avaliar o item. Por que falhou?

Não se trata apenas de substituir uma peça. Uma falha catastrófica pode resultar em ferimentos ou até mesmo perda de vidas. Mesmo num caso em que não ocorreu nenhum ferimento, a próxima consideração é o tempo de inatividade. Independentemente do tamanho da fábrica ou da capacidade de produção, um sistema que é desligado para lidar com uma falha não produz um centavo até que esteja em funcionamento novamente.

Alguns usuários de aços carbono na indústria norte-americana de petróleo e gás tiveram que lidar com tais falhas. Alguns componentes do carretel aprovados para uso em temperaturas tão baixas quanto -20 graus F (-29 graus C) falharam devido à fratura frágil. Freqüentemente, as falhas ocorreram durante testes hidrostáticos, partidas a frio e, às vezes, durante condições operacionais adversas. Independentemente de quando, a pergunta subsequente é sempre a mesma: Por quê?

A questão é entre ductilidade versus fragilidade. Localizada ao longo de um único contínuo, a ductilidade refere-se à capacidade de um material de se deformar sob tensão de tração (sua capacidade de esticar sem quebrar), enquanto a fragilidade é a sua incapacidade de fazê-lo. À medida que a ductilidade de um material aumenta, sua probabilidade de resistir à fratura frágil diminui.

Componentes feitos de aço carbono – qualquer material ferroso com 0,29 a 0,54 por cento de carbono e 0,60 a 1,65 por cento de manganês – são considerados pela ASME VIII Div. I e ASME B31.3 são codificados como inerentemente dúcteis e, portanto, resistentes à fratura frágil. Estes incluem flanges A105N; A234 classifica acessórios sem costura WPA, WPB e WPC; Tubo A106N (todos os tipos); e tubo sem costura A53. No entanto, alguns componentes classificados para serviço até -20 graus F (-29 graus C) foram considerados inadequados para tais aplicações. Alguns flanges feitos de aço carbono A105, operando a menos de 300 libras por polegada quadrada (PSI), e alguns tubos feitos de A106 grau B, com menos de ½ pol. de espessura, foram avaliados com um teste de resistência ao impacto Charpy V-notch e considerado impróprio para serviço em qualquer temperatura mínima de projeto do metal inferior a 68 graus F.

Investigações de falhas conduzidas pelo Instituto Belga de Soldagem indicaram que alguns flanges apresentavam grãos grandes. Investigações adicionais encontraram variações microestruturais significativas dentro de um flange específico, indicando não apenas uma falta de consistência de fabricação, mas também um tratamento térmico deficiente. Além disso, uma análise de falha realizada em um flange de pescoço soldado A350LF2 revelou que a má prática de normalização foi um dos principais contribuintes para a falha. Pior ainda, os dados do relatório de teste listados no certificado anexo, EN 10204: 3.1.B, não correspondiam às características testadas do flange.

Com efeito, embora estes componentes estivessem dentro da faixa especificada para composição química e propriedades mecânicas e, portanto, considerados dúcteis, eles eram suscetíveis à fratura frágil. Conhecida por resultar em falha repentina e catastrófica, a fratura frágil em componentes de carretel de tubo recém-adquiridos é um risco potencial à integridade, confiabilidade e segurança do processo do equipamento.

A Autoridade de Segurança de Alberta, a agência que supervisiona a segurança dos equipamentos de pressão em Alberta, Canadá, emitiu um comunicado em seu boletim informativo IB16-018: “Isso pode ser uma preocupação, uma vez que os flanges feitos de material SA-105 são comumente isentos de testes de impacto de acordo com a ASME. Seção VIII, Divisão 1 parágrafos UG-20(f), UCS-66 ou ASME B31.3 parágrafo 323 para temperatura de -29°C (-20°F) e superior.”