Causas e soluções para falhas de componentes dúcteis do carretel

Quando um processador químico ou um refinador de petróleo passa pelo longo e árduo processo de especificar e supervisionar a construção de uma planta de processamento ou 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 um trabalho específico a fazer – muitas vezes sob temperaturas e pressões desafiadoras – para que todas as outras partes possam fazer seu trabalho e a planta possa funcionar conforme planejado.

Ocasionalmente, as coisas dão errado. Quer a falha seja pequena, grave ou catastrófica, segue-se uma investigação para determinar a causa. O item correto foi instalado? Foi instalado corretamente? Nesse caso, a próxima ordem do dia é avaliar o item. Por que falhou?

Não é apenas uma questão de substituir uma peça. Uma falha catastrófica pode resultar em ferimentos ou até mesmo na morte. Mesmo em um caso em que não ocorreu nenhuma lesão, 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 funcionando 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 ocorriam 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 de ductilidade versus fragilidade. Localizada ao longo de um único continuum, a ductilidade refere-se à capacidade de um material se deformar sob tensão de tração (sua capacidade de esticar sem quebrar), enquanto a fragilidade é 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. Códigos I e ASME B31.3 como inerentemente dúctil e, portanto, resistente à fratura frágil. Estes incluem flanges A105N; Graus A234 WPA, WPB e WPC sem costura; Tubo A106N (todos os graus); e tubo sem costura A53. No entanto, alguns componentes classificados para serviço abaixo de -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 do metal de projeto inferior a 68 graus F.

Investigações de falhas conduzidas pelo Instituto Belga de Soldagem indicaram que alguns flanges exibiam granulometria grande. Uma investigação mais aprofundada encontrou uma variação microestrutural significativa 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 de solda 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 esses componentes estivessem dentro da faixa especificada para composição química e propriedades mecânicas e, portanto, considerados dúcteis, eles eram suscetíveis à fratura frágil. Conhecido por resultar em falha repentina e catastrófica, a fratura frágil em componentes de carretel de tubo recém-adquiridos é um risco potencial para a integridade, confiabilidade e segurança do processo do equipamento.

A Autoridade de Segurança de Alberta, a agência que supervisiona a segurança de equipamentos de pressão em Alberta, Canadá, emitiu um aviso em seu boletim informativo IB16-018: "Isso pode ser uma preocupação, pois 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."