Integridad de Equipos y End

8/20/2019 Integridad de Equipos y End

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Los tubos son las superficies de intercambio de calor, con el objeto de aumentar la

temperatura del vapor, después de que proviene del calderín de la caldera, por un valorsuperior a saturación. Esto tiene dos propósitos básicos: para aumentar el rendimiento

termodinámico de la turbina, en el que el vapor será ampliado; y para que el vapor libre de

humedad. En condiciones normales de funcionamiento, la caldera analizan en este

documento, denominado REDUC/SG- 2001, produce vapor que se calientan en exceso por

aproximadamente 200 °C en la entrada de la turbina. El flujo de vapor tiene que ser intensa

para permitir la absorción de calor del tubo, evitando deformación debido a alta

temperatura.

Del sobrecalentador se puede dividir en dos secciones: primarias y secundaria, comoen la caldera estudiada en el sobrecalentador los tubos son dentro de la zona de

radiación. Después de diecinueve años de servicio, la primaria demostró cierta

deformación del tubo, que había llegado a ser mayor cuando se observa en

la cierre de la última inspección y mantenimiento bajos. Este plástico

residual deformación fue observado en el tubo de salida, atribuido a la dilatación

diferencial, debido a diferentes temperaturas

entre los dos últimos tubos, anclados por los espaciadores, y causando pandeo.

Después de eso, en diciembre de 2001, cuando el caldera tenía veintitrés años deservicio, un estrés y Análisis metalográficos se hizo en una Asamblea quitada de la

caldera, que implica inspección dimensional todavía, pruebas no destructivas y

medición de la dureza de depósito examen. El objetivo fue determinar el estado

de integridad del material para calcular un límite de deformación y luego indicar el

mejor servicio de mantenimiento para Este equipo, que es fundamental para la

continuidad de la refinería procesos. La caldera REDUC es modelo VU-60,

nominal cargar 365 ton/h de vapor, diseño de presión 119 kgf/cm2 y

funcionamiento de presión 104 kgf/cm2.

La fuerza de un tubo de la caldera depende del nivel de estrés, así como en la

temperatura cuando el tubo de metal a temperaturas están en el rango de fluencia.

Porque un aumento en cualquiera tensión o temperatura puede reducir el tiempo de

ruptura, se debe prestar atención a ambos factores en investigación de una falla

por un mecanismo de tensión de ruptura, que puede ser

encontrado en un sobrecalentador. Esto puede ocurrir particularmente por dos

mecanismos: sobrecalentamiento a corto plazo y alta temperatura la fluencia. En el

primero de ellos, un solo incidente o una pequeña número de incidentes, expone eltubo de acero a un exceso alta temperatura (cientos de grados por encima de la



normal) a la punto donde se produce la deformación o rendimiento. Un

sobrecalentamiento resultados de condiciones anormales tales como la pérdida de

refrigerante flujo, capa del óxido interno o incidencia de llama. El segundo uno es

llamado a largo plazo o extendida fallas de sobrecalentamientos, que resulta de una

continua relativamente extendido periodo de recalentamiento leve, estrés o laacumulación de varios períodos de sobrecalentamiento excesivo. Deformación de

fluencia produce poca o ninguna reducción en espesor de pared, pero produce

alargamiento de fluencia medibles o aumenta de diámetro en tubes1 de acero ferrítico.

El primer intento publicado relacionar consumo de fluencia-vida de componentes de la

planta a cavitación (vacíos) era el de Neubauer y Wedel2. Caracteriza la evolución de

la cavidad en los aceros en cuatro etapas – es decir, cavidades aisladas, orientadas a

las cavidades, ligada a cavidades (microfisuras) y microfisuras, como se muestra

en la figura 1. En base a observaciones en tuberías de vapor en Centrales eléctricasalemanas, calcula el tiempo aproximado intervalos requeridos por el daño a

evolucionar a una fase a la siguiente bajo condiciones de planta típica.

Formuló recomendaciones correspondientes a las cuatro etapas de la

cavitación (A, B, C, D).

Corrosión es otro mecanismo de espera que puede conducir tubos de sobrecalentador

al fracaso. Pérdida localizada o generalizada de espesor se produce debido a

corrosión por los productos de combustión (externo) o de vapor, especialmente cuando

algunos

agua contaminada, proveniente del tambor, fluye a través de el recalentador (interno)

después de algunos procesan anormalidad. Esto causa mayor estrés en un tubo en

una constante presión interna. Además, la corrosión es una fuente de problemas

de recalentamiento, por la formación de una capa de óxido, que es una barrera a la

transferencia de calor. Su espesor es mayor, temperatura del metal debe aumentar

también para mantener una constante temperatura de salida. Por lo general,

temperaturas metal tubo un incremento de 0,6 a 1,1 ° C para cada 30 micras de óxido

interno formado. Teniendo en cuenta estas condiciones cambiantes demetal temperatura y el estrés con el tiempo es clave para fluencia confiable

vida predicción de los tubos del sobrecalentador de aleación.

Otro mecanismo que puede conducir al fracaso es la fatiga de los tubos. Equipos a

presión, a diferencia de la maquinaria rotativa y estructuras de aviones, generalmente

no está sometido a grandes número de ciclos de carga durante toda su vida y

dúctil metales pueden absorber cepas sorprendentemente grandes de

limitada número de ciclos. Cuando, sin embargo, la máxima fiabilidad es necesaria

una utilización eficiente del material se convierte en necesario calcular las tensiones depresión y térmica subraya en detalle y para determinar si la fatiga fracaso es



posible en unos pocos ciclos de cien. La fatiga curva indica estrés o tensión versus

ciclos y que contiene suficientes factores de seguridad para dar seguro

permitido funcionamiento ciclos para un valor dado de tensión calculada. El valores

de tensión en las curvas de fatiga deben ser directamente comparables hacer hincapié

en que un diseñador calcula utilizando los valores sus habituales métodos de análisisde estrés térmico de presión concentración de tensiones, estrés, etc.

Experimental

Se realizó un análisis microestructural por medios ópticos Microscopía para comparar

el estado del tubo de sobrecalentador de integridad materiales de entrada a las zonas

de vapor de salida. Temperatura del vapor varía entre 310 y 450 ° C en el

sobrecalentador primario y la temperatura del gas fuera de los tubos es

aproximadamente 800 ° C, dentro de la zona de radiación. El cuantitativo se

realizaron mediciones por microscopia según Normas ASTM E 112-965 y E 562-896.

Para el análisis de capas internas y externas, para determinar su espesor

y composición, un microscopio electrónico de barrido (SEM) con se utilizó

espectroscopia de energía dispersiva (EDS). Diez muestras se prepararon de pedazos

de tubos, extraídos de un conjunto, en las posiciones indicadas en la figura 2. Las

especificaciones de diseño de acero fueron confirmadas por análisis de Analizador de

aleación "Metalurgist", modelo 9277, por rayos x espectrometría de fluorescencia y

están indican en la tabla 1. Se hizo una prueba de dureza Rockwell B en secciones de

la muestras, según la norma NBR NM 188-1-99 7. Dimensiones medidas (diámetroy espesor) y NDT por líquidos penetrantes se hicieron a lo largo de la Asamblea.

Para el análisis de estrés un software comercial ANSYS 5.4, se utilizó, con el método

de elementos finitos para determinar la teniendo en cuenta la geometría real de la

condición de pandeo el post los dos últimos tubos, en la zona de vapor de salida. El

tubo especial elemento, tubo de 20, fue utilizado, que puede analizar

situaciones contiene plasticidad y gran desplazamiento. En servicio

normal condiciones, la diferencia de temperatura media entrelos dos últimos tubos es

aproximadamente de 25 ° C, pero esto puede variar, especialmente cuando hay algúntipo de pérdida de control operacional o de emergencia. Un cambio de temperatura,

"∆T", de 50 ° C entre estos tubos, que podría provocar un desvío lateral, debido a una

flexión- compresión de la más caliente, similar a la observada en el conjunto

estudiado. Después de eso, ciclos de calefacción del tubo y enfriamiento durante la

caldera arranque y parada, se simularon para saber la hora y la magnitud de la

deformación que podría provocar la de nucleación de grietas de fatiga. Las

propiedades del material considerado para los cálculos fueron: módulo de elasticidad

(E) (21000 kgf/mm2); fluencia (21 kgf/mm2); y el elasticplastic módulo (200

kgf/mm2).



Resultados y discusión

Mediciones de dureza se describen en la tabla 2. El resultados de dureza están por

debajo del máximo permitido por la ASTM A2138 estándar (85 HRB) y no varían

mucho a lo largo del Asamblea. Demuestra que, en primer lugar, esta propiedad

mecánica de el material se conserva. El espesor del tubo no muestra pérdidas

significativas causadas por la corrosión durante el tiempo en servicio. Durante el último

apagado la tasa media de corrosión fue de 109 µm/año, y se estimó la vida

residual como 14 años, teniendo en cuenta la pérdida local de espesor en los

cálculos. Un mapeo tridimensional de la Asamblea fue realizado por medición de

diámetros, que no mostró ningún aumento, que indica un estado avanzado de la

deformación de fluencia. Algunos NDT por líquidos penetrantes en soldaduras de los

espaciadores y las curvas de los tubos no indicaron la presencia de cualquier

grieta. La superficie interna se analizó con el SEM, donde se observó una capasuperficial máxima de 15 μm. Resultados de EDS, se muestra en la figura 3a, indica la

presencia de hierro (Fe), cromo (Cr), oxígeno (O), fósforo (P) y azufre (S). Estos

elementos provienen de la formación de una protectora capa, que contiene Fe, Cr y O

y posiblemente desde el agua tratamiento y las impurezas, especialmente de P y S.

leve descarburización se observó en algunas muestras, números de 1, 2, 6, 7, 8 y

9, siendo esta normal debido a la alta temperatura y tiempo de servicio del equipo y

sin malas consecuencias en su integridad. En la superficie externa, la capa de

máxima fue 122.67 μm. Los resultados de EDS, se muestra en la figura 3b, indicaron

la presencia de hierro (Fe), silicio (Si) y cromo (Cr) el acero. Quemar los residuos,

que han difundido desde el exterior capa, que contiene azufre, oxígeno (O) y sulfuro

(S) estaban presente, indicando la formación de sulfuros y otros compuestos que

pueden conducir a una fase líquida, que destruye la capa de óxido, intensificando el

proceso de corrosión. Se realizó un análisis microestructural específicamente por:

fluencia indicaciones; la presencia de poros, alineados carburos o microfisuras; y

microestructurales dañe, como esferoidización de carburo. En general, una

microestructura con un matriz ferrítico, granos de perlita y cromo y silicio carburos,

fue encontrado para la categoría T12 y aceros de T22. El tamaño de grano obtenidofue la 6 ASTM (φ = 44,9 μm), excepto la muestra 10, que era un poco más grande –

ASTM 5,5 (Φ = 53,4 μm). Se muestran los resultados de algunas muestras

en Figura 4. En algunas regiones, como el calor afectó zona de muestra 6 (Fig.

4 d), se observó la presencia de poros, en baja cantidad y diámetro variable, pero con

una distribución randomic,

ya sea en la matriz y los límites de carburo. Alineados o Unido carburos no

encontraron, ni microfisuras, que indica que el material no llega a una etapa avanzada

de fluencia, como se describe en el literature3. Sin embargo, se observó en la fasede la perlita, para los aceros de T12 T22 había iniciado un proceso de esferoidización



de cementita. El región que principalmente sufre una incidencia de fuego, de la

muestra 3, tiene el mayor porcentaje de perlita transformado, como se muestra en

la Figura 4b. Un porcentaje menor se observa en muestra de 10, Figura 4a, que ponen

más allá del fondo refractario, en un menor temperatura. Muestra 8, donde se observó

el pandeo del tubo, mostraron un grado intermedio de transformaciónde Cementite. Los porcentajes para cada muestra se muestran en la Tabla 3. Estos

porcentajes corresponden a una fracción de perlita en el comienzo de un deterioro

microestructural causado por las altas temperaturas, sin cambios significativos en

propiedades mecánicas. Simulación de la expansión diferencial de los dos últimos

tubos, causada por un ∆T de 50 ° C, indica una desviación lateral de la uno más

caliente, induciendo deformación. La deformación total (Εtotal), plástico y elástico, era

de 0,47%, cerca de los dos fijados espaciadores, superiores e inferiores. La misma

condición conduce a una deformación total de 0,26% en el medio del vano.

El montaje se muestra en la figura 5a, ilustrando la deformación en el tubo de

salida. El modelo utilizado para los cálculos con ANSYS 5.4 se muestra en la figura

5b. Para esta condición, una gama de tensión aparente, calculado por .εtotal. E, de

67000 psi produce puntos más tensas, sometido a calentamiento y enfriamiento ciclos

durante el arranque de la caldera y apagado. Aplicar esta gama de tensión para el

gráfico de ASME sección VIII, División 2 (Anexo 5 – diseño Basado en el análisis

de fatiga) 9, correspondientes a los aceros ferríticos, se encuentra que los ciclos 1500

(1,5 mil) daría lugar a la nucleación de grietas de fatiga. Se trata de un

largo tiempo en comparación con el tiempo de funcionamiento de unacaldera. Haciendo los cálculos en sentido contrario, teniendo en cuenta ciclos de

100 (cien), que corresponde a aproximadamente 50 (cincuenta) años de

funcionamiento, un total admisible de deformación del 1,5% se encuentra. Esta

condición ocurrirá cuando la deflexión lateral alcanza los 130 mm, un valor que debe

ser adoptado como criterio para cambiar estos tubos de sobrecalentador

conclusiones

1. de acuerdo con la dureza resultados fue observado que el resistencia mecánica del

material se ha conservado. Mediciones dimensionales y NDT no mostrar evidencia

de daño de fluencia. 

2. el análisis microscópico de capa interna revelada la presencia de depósitos de vapor

o agua que pasa a la primer sobrecalentador. El espesor de de la capa no indica

problemas asociados con material eficiencia integridad o caldera. 

3. el análisis microestructural reveló algunas esferoidización de cementita de la perlita,

lo que indica una estado inicial de daños de alta temperatura del material. No se

encontraron poros alineados o microfisuras en las muestras examinadas. Éstos indican



que, durante un período de veinte y tres años de servicio, el material mostró un

buen estado de integridad.

4. Simulaciones con el software de ANSYS 5.4 indicaron la fuentes para las

deformaciones observadas en el conjunto estudiado y la vida de la fatiga asociada con

la calefacción y ciclos de refrigeración. Se concluyó que, basándose en estos tipos de

daños, la deflexión lateral máxima permitida es 130 mm, que puede ser un criterio para

indicar la necesidad de cambiar estos tubos.

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