Análise de integridade aplicável a equipamentos estáticos e tubulações industriais

Abstract

Equipamentos e tubulações industriais em aço são amplamente empregados em diversos setores, como o petroquímico, o de mineração e o de geração de energia. De modo geral, devido à sua alta resistência mecânica, soldabilidade, conformabilidade e comportamento sob pressão interna e variações térmicas, o aço é um material de aplicação indispensável em ambientes industriais complexos e de elevada exigência técnica. Neste contexto, o presente trabalho analisa três metodologias para avaliação da integridade estrutural de equipamentos e tubulações fabricados em aço, considerando soldas e processos siderúrgicos: (i) o método tradicional da norma American Petroleum Institute (API 579), que estabelece diretrizes para avaliar a integridade e segurança de equipamentos em operação, é subdividido, para fins de comparação, em dois casos neste trabalho: um considerando apenas as tensões primárias, e outro considerando as tensões primárias e residuais. (ii) a metodologia R6, originalmente desenvolvida pelo Central Electricity Generating Board (CEGB); e (iii) o método proposto por Feddersen (1971), publicado pela American Society for Testing and Materials (ASTM), que apresenta uma abordagem simplificada para a obtenção do fator de intensidade de tensão e reúne estudos relacionados à tolerância ao dano em estruturas aeronáuticas. Neste trabalho, também são aplicados os conceitos de confiabilidade no contexto da norma API 579. A abordagem adotada neste estudo inclui simplificações e adequações geométricas que permitem aplicar os métodos a um mesmo cenário de tubulações industriais. A comparação entre as metodologias possibilitou avaliar o desempenho da proposta alternativa de Feddersen; evidenciou a importância de considerar os efeitos das tensões residuais e descontinuidades na avaliação da criticidade de problemas físicos, e aprofundar a compreensão da abordagem API 579 na identificação de soluções mais eficientes para otimização da manutenção e aumento da confiabilidade operacional.

Steel industrial equipment and piping are widely employed across various sectors, such as petrochemical, mining, and power generation. In general, due to its high mechanical strength, weldability, formability, and performance under internal pressure and thermal variations, steel is an indispensable material for use in complex industrial environments with high technical demands. In this context, the present study analyzes three methodologies for assessing the structural integrity of steel equipment and piping manufactured through welding and metallurgical processes: (i) the traditional method from the American Petroleum Institute standard (API 579), which provides guidelines for assessing the integrity and safety of equipment in service, is subdivided for comparison purposes in this study into two cases: one considering only primary stresses, and the other considering both primary and residual stresses. (ii) the R6 methodology, originally developed by the Central Electricity Generating Board (CEGB); and (iii) the method proposed by Feddersen (1971), published by the American Society for Testing and Materials (ASTM), which offers a simplified approach to determining the stress intensity factor and compiles studies on damage tolerance in aerospace structures. This study also incorporates reliability concepts in the framework of the API 579 standard. The approach adopted in this work includes geometric simplifications and adjustments to enable the application of all three methods to the same scenario involving industrial piping. The comparison between the methodologies made it possible to assess the performance of Feddersen’s alternative approach; highlighted the importance of considering the effects of residual stresses and discontinuities in the evaluation of the criticality of physical flaws; and deepened the understanding of the API 579 approach in identifying more efficient solutions for maintenance optimization and increased operational reliability