Ministério do Trabalho Norma NR13 AVALIAÇÃO DE INTEGRIDADE E CÁLCULO DA VIDA REMANESCENTE EM USINAS TÉRMICAS Força de Lei Ministério do Trabalho Norma NR13 Início: Avaliação de Integridade Estrutural CLIENTES: CEMIG, CGTEE, CHESF, FURNAS, ELETRONORTE, ELETROBRÁS, TRACTEBEL Evolução: Cálculo da Vida Remanescente Projetos de Pesquisa Saldo desde 1996: 40 Avaliações de Integridade Estrutural 30 Cálculos de Vida Remanescente 10 Projetos de Pesquisas

Notas do slide 1 A atividade de avaliação de integridade estrutural se iniciou no CEPEL em 1991 com a solicitação das Usinas termelétricas que passavam a ser obrigadas a realizar esta atividade em suas unidades por força da norma NR13 para Caldeiras e Vasos de Pressão elaborada pelo Ministério do Trabalho com força de Lei. A partir do domínio da atividade de avaliação de integridade estrutural, o CEPEL evoluiu para a atividade do cálculo de vida útil destas unidades e extensão de vida de usinas termelétricas, um momento histórico onde: Os recursos para construir novas usinas eram escasso Grande dificuldade para obter licença ambiental para geração térmica Previsão futura de escassez de energia Desejo do governo em diversificar sua matriz energética O CEPEL se torna um grupo de ponta em termos mundiais no domínio da tecnologia de avaliação de integridade estrutural e passa a desenvolver projetos de pesquisas nesta área, sempre focado nas demandas do setor elétrico brasileiro.

PROJETOS EM ANDAMENTO PARA GERAÇÃO TERMELÉTRICA Previsão da Vida Remanescente de Equipamentos de Usinas Termelétricas a partir da Monitoração em Tempo Real de Temperatura e Pressão Diatérmica (2004-2006) Desenvolvimento de padrão para estimativa do fim da vida de aços ferríticos para usinas termelétricas Materiais Térmicas (2000-2004) Estimativa da vida de equip. de usinas térmicas a partir da sequência de precipitação de carbonetos em aços ferríticos Carbovida (2004-2007) Monitermo (2007/2009) Turbodiag (2007/2010) Bainítico (2008/2010) Previsão da Vida Remanescente de Equipamentos de Usinas Termelétricas com Foco na Monitoração em Tempo Real da Taxa de Deformação Equipamento-Alvo: Tubulações Principais Previsão da Vida Remanescente de Componentes de Turbinas a Vapor a partir da Monitoração em Tempo Real de Grandezas Específicas Desenvolvimento de Padrão de Degradação para aços bainíticos

Notas do slide 2 A partir do sucesso do projeto Diatérmica, desenvolvido entre 2004 a 2006, com o objetivo de fazer a monitoração on-line da pressão e temperatura de componentes de usinas termelétricas e calcular a vida remanescente destes componentes em tempo real, surgiram dois novos projetos que conjugam monitoração e cálculo de vida em Usinas termelétricas: O Projeto Monitermo – que cálcula a viad de linhas e tubulações a partir da monitoração da taxa de deformação O Projeto Turbodiag – voltado para monitoração de turbinas Em uma outra linha, o CEPEL desenvolveu com sucesso os projetos Material Térmicas e Carbovida, voltado para o envelhecimento dos aços ferríticos utilizados nos componentes e estruturas das usinas termelétricas. Observou-se ser possível prever o tempo de vida destes materiais a partir da sequência com que os carbonetos que compõem a sua estrutura precipitam. Em evolução a estes projetos surge o projeto de aços bainíticos, que busca uma lógica de degradação para os aços bainíticos, que são os aços utilizados nas novas usinas termelétricas montadas no país.

DIATERMICA - Sistemas de Monitoramento e Diagnóstico em Caldeiras Componente Monitorado: Reaquecedor de Saída

Notas do slide 3 Para o desenvolvimento do projeto Diatérmica foram instalados termopares e sensores de pressão no Reaquecedor de Saída da Caldeira 5 da usina térmica de Jorge Lacerda cedida como laboratório de campo pela Tractebel Energia, nos pontos mais críticos do ponto de vista de temperatura e tensão da unidade. Este projeto tinha como clientes um pool de empresas: CHESF, CGTEE, Furnas, Eletronorte, Eletrobrás e Tractebel Energia.

DIATERMICA - Sistemas de Monitoramento e Diagnóstico em Caldeiras Telas de Saída: Temperatura, Pressão, Potência, Vida Remanescente

Pressão e temperatura naquele instante Notas do slide 4 O programa DIATERM, resultado do projeto, apresenta na tela do computador em tempo real: Pressão e temperatura naquele instante Gráficos de evolução da pressão e temperatura ao longo dos anos de monitoração (3 anos até o presente momento) calcula em tempo real a vida remanescente do reaquecedor e apresenta na tela de saída.

PROJETO MONITERMO Laboratório de Campo: CGTEE Linha de Vapor Principal Monitoração da Taxa de Deformação com Strain Gauges Cálculo da Vida a partir da Taxa de Deformação

Notas do slide 5 O projeto Monitermo é uma evolução do projeto Diatérmica, onde a vida remanescente do componente é calculada a partir da monitoração da taxa de deformação. O cálculo a partir da taxa de deformação é muito mais preciso, porém monitorar a taxa de deformação de componentes que se deformam em altas temperaturas é um desafio. A medição desta taxa é feita através de strain-gauges específicos para temperaturas elevadas. Tais medições estão sendo realizadas pelo CEPEL de forma pioneira, tendo sido utilizada previamente pela NASA e pela Boeing Este projeto tinha como clientes um pool de empresas: CHESF, CGTEE, Furnas, Eletronorte e Eletrobrás.

Modelo Térmico do Rotor de Alta e Média Pressão PROJETO TURBODIAG Objetivo: cálculo da vida remanescente baseada na monitoração da turbina à vapor Monitoramento de : Temperatura, Pressão, Vibração Benefícios dos Projetos: Maior confiabilidade, Maior Disponibilidade , Redução de custos, Agilidade na tomada de decisão Modelo Térmico do Rotor de Alta e Média Pressão

Notas do slide 6 O projeto Monitermo é uma evolução do projeto Diatérmica, onde a vida remanescente do componente é calculada em turbinas. As turbinas, por serem componentes dinâmicos, são extremamente complexas e se degradam através de dois mecanismos simultaneamente: fadiga e fluência, ao contrário das caldeiras e demais componentes estáticos que se degradam só por fluência . Desta forma, o algorítmo de cálculo será muito mais complexos, bem como o sistema de monitoração, que deverá envolver temperatura, pressão e vibração. Este projeto tinha como clientes um pool de empresas: CHESF, CGTEE, Furnas, Eletronorte e Eletrobrás, Tractebel Energia. Benefícios dos projetos em Usinas termelétricas (todos os projetos): Maior confiabilidade e Disponibilidade da unidade geradora monitorada Redução de custos, em função da menor freqüência de paradas desnecessárias da unidade Agilidade na tomada de decisão, em razão do acompanhamento mais preciso da condição operacional do equipamento-alvo e, por conseqüência, de sua vida remanescente Alimentar o Profissional Habilitado (PH) com dados para tomadas de decisão que viabilizam alterações nas exigências da norma NR 13 para as empresas que possuem SPI próprio

AÇOS BAINÍTICOS UTE´S BRASILEIRAS AÇOS BAINÍTICOS UTE – Santa Cruz, RJ - BR AÇOS BAINÍTICOS OPERAM NA GERAÇÃO COMPLEMENTAR OU DE SEGURANÇA DO SISTEMA (CONDIÇÕES + CRÍTICAS) IDADE AVANÇADA LESTE EUROPEU / BRASIL (+) BARATOS (-) ESTUDADOS NOVAS FAMÍLIAS DE AÇOS (JAPÃO/EUA/EUROPA) FLUÊNCIA PERDAS (HUMANAS / MATERIAIS) INTERRUPÇÃO DA OPERAÇÃO COMPROMETE A SEGURANÇA DO SISTEMA UTE - Wyodak, WY - EUA METODOLOGIA DE INSPEÇÃO DETERMINAÇÃO DA VIDA REMANESCENTE AÇOS PERLÍTICOS EUA + CAROS + ESTUDADOS MET – MICROSCÓPIO ELETRÔNICO DE TRANSMISSÃO

Notas do slide 7 As UTE´s nacionais, na sua maioria fabricadas no leste europeu (utilizam aços bainíticos), operam em condições mais críticas que as americanas e européias (utilizam aços perlíticos), em função de atuarem na geração complementar ou de segurança do sistema. Isto leva a um número consideravelmente maior de ciclos de aquecimento e resfriamento, ocasiões críticas para a ocorrência de falhas. Somando-se a isso a idade avançada do parque, está configurado um cenário de risco onde o CEPEL, tem um papel muito importante nas análises que possam mensurar a vida residual dos componentes para operação segura. O mecanismo de falha por fluência é o mais crítico para materiais que operem em altas temperaturas e pressões e as falhas ocorridas trazem enormes prejuízos, sendo o principal deles, a indisponibilidade da planta, comprometendo a segurança do sistema elétrico. Além disso, acidentes por fluência podem provocar a perda de vidas e a substituição dos componentes falhados tem um custo muito elevado. Em função do disposto, o CEPEL desenvolveu o o projeto 1816, intitulado “Aços Bainíticos”, que tem por objetivos: 1- estudar o comportamento microestrutural e mecânico dos aços bainíticos em altas temperaturas, de forma a prever e quantificar os danos sobre estes aços (correlacionar a nanoestrutura dos carbonetos com a fração de vida consumida) e 2 - desenvolver uma metodologia de inspeção, que possa ser aplicada no campo, que possibilite determinar a vida remanescente dos equipamentos presentes nas unidades de geração termelétricas. Para tal o CEPEL efetuou a aquisição de diversos equipamentos, podendo se destacar o MET -microscópio eletrônico de transmissão (R$ 1.700.000,00). O principal benefício do projeto será o de permitir estabelecer a vida remanescente segura de estruturas presentes em usinas termelétricas confeccionadas com aços bainíticos, garantindo a segurança do sistema. Estes aços estão presentes, em média, em 50% dos componentes das usinas.

Análise de Falhas em Materiais Utilizados em Equipamentos Elétricos Identificação das causas das falhas e proposição de soluções de problemas encontrados em materiais utilizados em equipamentos elétricos. Exemplos de resultados obtidos com estas análises: CASO 3. Queda de torres - LT´s 600kV, Foz do Iguaçu-PR CASO 2. Falha de um espaçador-amortecedor da LT – 500kV Ibiúna-Batéias CASO 1. Falha em reator da subestação de Marabá-PA CONCLUÍDO CONCLUÍDO EM ANDAMENTO

Notas do slide 8 CASOS: 1.Análise de falha em reator da subestação de Marabá-PA. (cliente:ELETRONORTE). Concluído. -Identificação e comprovação do processo de falha por fragilização por hidrogênio, o que permitiu a ELETRONORTE receber o seguro no valor de ~ R$2.000.000,00, referente a substituição do equipamento, ao contrário do defendido pelo perito da seguradora. 2.Análise de falha de um espaçador-amortecedor da LT - 500 KV Ibiúna-Batéias.(cliente: FURNAS). Concluído. -Identificação da necessidade de um rígido procedimento de montagem de espaçadores-amortecedores, empregados em LT´s de 500kV, em função da comprovação, por simulação por elementos finitos e análise dos materiais, de que um sobretorque de apenas 10% na fixação dos parafusos pode resultar na queda de uma linha de transmissão pela ruptura de apenas uma arruela Belleville. 3.Investigação de falhas e proposição de medidas preventivas para as ocorrências de quedas de torres de linhas de transmissão. (cliente:FURNAS) – situação: em andamento. -O objetivo deste trabalho é a investigação das causas do escorregamento em terminações do tipo big-grip que levaram a queda de torres nas LT´s de 600kV e 750kV de Foz do Iguaçu-PR. A investigação está sendo feita a partir do levantamento, organização e análise dos dados referentes a quedas de torres e a eventos de retensionamento dos estais, disponibilizados por FURNAS, bem como através da inspeção visual no campo e ensaios dinâmicos no laboratório de ensaios mecânicos do CEPEL, visando simular os esforços reais sobre os arranjos cabo de aço / terminação big-grip.