Os PIG’s na inspeção e manutenção de tubulações [58-62]

O uso do petróleo pelo homem é uma prática que vem sendo difundida e aperfeiçoada através de eras da nossa história. Há antigos registros do seu uso nas mais variadas aplicações por diversos povos ao longo da história, tais como os fenícios, babilônios, egípcios e macedônios [60].

O petróleo esteve presente no desenvolvimento da civilização humana ao longo de muitos séculos, mas foi em meados do século XIX que seu uso passou a se expandir em escalas nunca antes registradas. Os avanços tecnológicos que alavancaram a segunda

revolução industrial, aliados às novas tecnologias para tratamento, condicionamento e refino do petróleo em combustíveis que viriam a substituir com ampla eficiência o uso do carvão e seus derivados transformaram o petróleo em um dos produtos comerciais mais lucrativos. O seu emprego na propulsão dos motores a combustão interna o elevou ao patamar de uma das principais fontes de energia para toda a população mundial. Além de ter se tornado, com o advento da indústria petroquímica, em uma das principais matérias primas para centenas de novos compostos empregados em uma incalculável gama de produtos de consumo produzidos a partir de seus derivados [60].

A expansão da aplicabilidade do petróleo e do gás natural levou a uma busca por novas e maiores jazidas ao redor do mundo, muitas vezes encontradas em depósitos submersos, de difícil acesso e distantes das grandes refinarias e indústrias de derivados.

Para o transporte do material, novas tecnologias foram produzidas; uma série de técnicas envolvendo escoamento de fluidos através de tubulações de médio e longo alcance foi desenvolvida; e um aparato significativo de redes de linhas de dutos de transporte passou a ser empregado por todo o mundo, levando a matéria extraída dos grandes poços produtores e transportando-a através do globo aonde quer que fosse necessário.

As crescentes demandas por novas técnicas de transporte de matéria prima através de oleodutos e gasodutos têm trazido avanços substanciais, não apenas na obtenção de tecnologias ligadas à indústria pretroquímica, como também ao conhecimento cientifico ligado à área de modelos fluidos e de comportamento de tubulações. Segundo Souza [60]:

“Esse crescente desafio tem levado as empresas de petróleo a promoverem atividades de pesquisa e desenvolvimento, contando com a participação não apenas de pesquisadores ligados à indústria petrolífera, mas também daqueles ligados às universidades. Tais iniciativas têm contribuído para o alcance de importantes desafios tecnológicos existentes nas atividades ligadas à produção e ao transporte de petróleo, principalmente no ambiente offshore.

“Entre os principais problemas operacionais existentes na indústria do petróleo que devem ser objetos de pesquisa, pode ser citada a ocorrência da

deposição de materiais orgânicos ou inorgânicos no interior dos dutos” [Souza, 2005].

Além do problema da deposição de matéria no interior das tubulações, os dutos de transporte de petróleo e gás também sofrem com o fenômeno da corrosão da liga metálica que os constitui, assim como da freqüente presença de falhas ou danos estruturais relacionados à sua montagem, manutenção ou provocadas por intempéries naturais ou acidentes nos arredores do caminho da linha. É necessário, portanto, realizar-se, não apenas a limpeza periódica no interior das tubulações, como também o monitoramento constante das suas condições de operação e da integridade da sua superfície interna.

Entre os métodos mais empregados para realizar a aferição das condições de dutos e tubulações dos mais diversos setores industriais, está o pigging [58-60], que consiste em executar a passagem de PIG’s por toda a extensão da linha, de modo a obter informações acerca das suas condições de operação e integridade física das varias seções do seu trajeto.

Os PIG’s são instrumentos que realizam diversas funções relativas à operação, manutenção, limpeza e conservação dos oleodutos e gasodutos que transportam estes combustíveis desde suas fontes de extração até os centros consumidores ao redor do mundo.

Além de seu emprego na indústria petrolífera, os PIG’s podem encontrar aplicações em operações de manutenção e inspeção de tubulações de diversos outros setores industriais.

Inseridos no interior dos dutos de transporte de material, estes equipamentos viajam por toda a sua extensão, impulsionados pela pressão exercida pelo próprio produto transportado ou, em determinadas situações, por outros fluidos (como água ou nitrogênio, por exemplo) empregados na manutenção, limpeza ou esvaziamento da tubulação [59].

I.1.1.1 Origem dos PIG’s [58-60]

A origem do termo PIG não é satisfatoriamente explicada. Em sites comerciais especializados são encontradas referências etimológicas que o tratam como acrônimos para diversas expressões, tais como Pipeline Intervention Gadget [115] ou Pipeline Inspection Gauge [111], por exemplo. Mas em meio à literatura acadêmica específica, a

versão mais aceita é a de que o termo faz referência ao ruído provocado pelo atrito dos mais antigos PIG’s com as paredes da tubulação ao longo do seu trajeto e a sua aparência suja, ao ser retirado das tubulações que, em ambos os aspectos, o assemelhava a um porco (pig, em inglês) [60].

Figura 0.3 – Resíduos acumulados pelo PIG ao final da corrida (fonte: [112]).

O histórico das operações com PIG’s é relativamente antigo. Embora a sua tecnologia venha se aprimorando continuamente, as notificações do emprego dos PIG’s mais primitivos datam do século XIX e, em alguns casos, contêm informações um tanto duvidosas [58]. Um breve histórico das origens desta tecnologia é apresentado por Souza [58], sendo aqui transcrito nas suas palavras:

“A primeira operação com “pig” aconteceu por volta do ano de 1870. Após transportar petróleo por um ou dois anos, a vazão das linhas começava a decrescer e a pressão nas bombas a aumentar, indicando que depósitos estariam se formando na parede dos dutos.

Muitos artifícios foram testados para remover a parafina, mas por um longo tempo eles não surtiram efeito. Surgiu a idéia de se bombear algo por dentro do duto, como um feixe de trapos, e o resultado foi positivo. Mais tarde, os trapos foram substituídos por couro.

“Um outro relato sobre a utilização de “pig”

aconteceu em 1904, em que uma bola de borracha foi lançada numa linha de 4” para verificar se um deslizamento de rocha, ocorrido durante a construção do duto, teria causado alguma restrição na vazão do duto.” [Souza, 2003].

I.1.1.2 Classificação e tipos de PIG’s [58-60]

Os PIG’s são classificados conforme a função a que se destinam quando da sua utilização no interior da tubulação. As funções mais específicas se enquadram entre as suas três aplicações mais usuais e, de acordo com seu emprego, os PIG’s costumam ser classificados como [58, 63]:

Utility pigs: também referidos como cleanning pigs, que realizam a função de limpeza da tubulação, separação de produtos e remoção de fluidos;

In-line Inspection pigs: também conhecidos como pigs instrumentados, intelligent pigs ou smart pigs, empregados para aferir informações sobre as condições da tubulação, bem como averiguações acerca da localização e extensão de quaisquer danos ou problemas operacionais ao longo da linha, como corrosões, defeitos de fabricação e/ou de montagem ou mesmo acúmulo de resíduos, por exemplo;

Special Duty pigs: são equipamentos que possuem uma função mais específica, tais como os plugs, empregados para realizar o isolamento por pressão de uma seção específica de tubulação para permitir o esvaziamento para reparos no duto, substituição de trechos danificados, ou mesmo ampliações planejadas da linha.

Dentre as diversas operações executadas por meio dos PIG’s nas tubulações das instalações industriais de petróleo e gás, destacam-se [63]:

• Separação de produtos;

• Limpeza de restos e depósitos;

• Medição de diâmetro interno;

• Localização de obstruções;

• Remoção de fluidos;

• Medições da geometria da tubulação;

• Inspeção interna;

• Inibição de corrosão;

• Desobstrução e melhoraria da eficiência do fluxo;

• Interrupção de fluxo de linhas e isolamento de seções.

Figura 0.4 – Diferentes modelos de PIG’s (fonte: [113]).

O desenvolvimento e aprimoramento dos diversos tipos de PIG’s é um processo que vem sendo conduzido de forma contínua. Existem, na atualidade, mais de 300 tipos diferentes de PIG’s, com as mais variadas especificações para o atendimento específico de cada demanda dos setores industriais ligados a operação de dutos e tubulações [58].

Dentre estes, destacam-se os PIG’s instrumentados do tipo MFL, baseado na dispersão do fluxo magnético (Magnetic Flux Leakage) [58], que permitem a inspeção da integridade das tubulações por meio da indução de correntes parasitas e aferição da indutância mútua observada entre instrumentos e parede tubular [89-92,99-101,103,104].

Dentre as múltiplas especificações de PIG’s empregadas atualmente pela PETROBRAS, aqueles que retêm a maior atenção do projeto ora vinculado ao LAMP são os do tipo instrumentado. Os quais operam com vasta gama de instrumentos de sensoriamento e controle embarcados para averiguar a superfície interna das tubulações em busca de detectar quaisquer possíveis falhas estruturais ou operacionais, derivadas de depósito de resíduos, desgastes, corrosão, defeitos de fabricação, montagem, soldagem ou até mesmo erros de manobra ou manutenção inadequada.

Figura 0.5 – Cleanning pigs (a) e PIG’s MFL (b) (fontes: [116-119]).

Figura 0.6 – Ilustrações de Intelligent Pigs instrumentados (fontes: [114, 119]).

Com a crescente demanda pela utilização de tantos tipos diferentes de PIG’s em operação nos dutos de todo o mundo, com novas propostas tecnológicas surgindo a cada instante, um dos desafios no emprego dessa tecnologia encontra-se no controle da velocidade de tráfego do equipamento no interior das tubulações.