ANALISIS DE FALLAS EN ANALISIS DE FALLAS EN TUBERIAS DE CALDERASTUBERIAS DE CALDERAS

Ing. Patricio Estupiñán M.Ing. Patricio Estupiñán M.

Laboratorio de MetalografíaLaboratorio de Metalografía

ESCUELA POLITECNICA NACIONALESCUELA POLITECNICA NACIONAL

FALLAS EN TUBERIASFALLAS EN TUBERIAS1.- Internamente 1.- Internamente

Depósitos formados por agua y por Depósitos formados por agua y por vaporvapor

Sobrecalentamiento de larga duraciónSobrecalentamiento de larga duración Sobrecalentamiento de corta duraciónSobrecalentamiento de corta duración Tipos de corrosión :Generalizada, Tipos de corrosión :Generalizada,

Picadura, Solapada, Selectiva,Galvánica Picadura, Solapada, Selectiva,Galvánica Tipos de desgaste: Erosión, Cavitación, Tipos de desgaste: Erosión, Cavitación,

Erosión-corrosión, Fatiga con corrosiónErosión-corrosión, Fatiga con corrosión

FALLAS EN TUBERIASFALLAS EN TUBERIAS2.- Superficie exterior2.- Superficie exterior

Depósitos por ceniza de combustibleDepósitos por ceniza de combustible Depósitos de ceniza de carbónDepósitos de ceniza de carbón Corrosión en calienteCorrosión en caliente Aspectos metalúrgicosAspectos metalúrgicos

Depósitos por agua y vaporDepósitos por agua y vapor

Los depósitos en el interior de los Los depósitos en el interior de los tubos están formados por los tubos están formados por los productos de la corrosión que han sido productos de la corrosión que han sido arrastrados desde sus sitio originalesarrastrados desde sus sitio originales

La orientación del tubo puede influir La orientación del tubo puede influir en la ubicación y en la cantidaden la ubicación y en la cantidad

Estos suelen ser más intensos en el Estos suelen ser más intensos en el lado caliente de los tubos lado caliente de los tubos

DEFINICIONDEFINICION

El término DEPOSITO se refiere a El término DEPOSITO se refiere a materiales que se originan en otra materiales que se originan en otra parte y son transportados hasta parte y son transportados hasta aquel lugar donde se depositan. aquel lugar donde se depositan.

Los depósitos provienen de cuatro Los depósitos provienen de cuatro fuentes: Los minerales arrastrados fuentes: Los minerales arrastrados por el agua, los productos químicos por el agua, los productos químicos para el tratamiento, los productos de para el tratamiento, los productos de corrosión, y los contaminantes.corrosión, y los contaminantes.

SALESSALES

Los compuestos menos solubles se depositan Los compuestos menos solubles se depositan primero al presentarse la ebulliciónprimero al presentarse la ebullición

El carbonato de calcio se deposita con El carbonato de calcio se deposita con rapidez (Deposito blanco)rapidez (Deposito blanco)

El sulfato de calcio requiere un grado más El sulfato de calcio requiere un grado más elevado de concentraciónelevado de concentración

El fosfato de magnesio es un aglutinante que El fosfato de magnesio es un aglutinante que puede producir depósitos muy duros y puede producir depósitos muy duros y adherentes (Incoloros)adherentes (Incoloros)

Silicatos insolubles en ácidos, son muy duros Silicatos insolubles en ácidos, son muy duros

ELIMINACIÓNELIMINACIÓN

Todos los depósitos son indeseables y finalmente, son Todos los depósitos son indeseables y finalmente, son el resultado de las propiedades químicas del agua o el resultado de las propiedades químicas del agua o de las prácticas de operación de las calderasde las prácticas de operación de las calderas

El tratamiento del agua es entonces de fundamental El tratamiento del agua es entonces de fundamental importancia, así como los cambio de la operación del importancia, así como los cambio de la operación del caldero.caldero.

Los depósitos son en general el resultado de múltiples Los depósitos son en general el resultado de múltiples compuestoscompuestos

Por ello se requieren de los análisis químicos para Por ello se requieren de los análisis químicos para determinar la cantidad y variedad de cada una de las determinar la cantidad y variedad de cada una de las especies químicasespecies químicas

La cantidad, composición y estratificación de los La cantidad, composición y estratificación de los depósitos muchas veces son alterados cerca de los depósitos muchas veces son alterados cerca de los sitios de rupturasitios de ruptura

SOBRECALENTAMIENTO DE SOBRECALENTAMIENTO DE LARGA DURACIONLARGA DURACION

Las fallas que resultan del sobrecalentamiento de Las fallas que resultan del sobrecalentamiento de larga duración se presentan en tubos enfriados por larga duración se presentan en tubos enfriados por agua o vaporagua o vapor

Casi el 90% de las fallas ocurren en los Casi el 90% de las fallas ocurren en los sobrecalentadores, recalentadores y tubos de paredsobrecalentadores, recalentadores y tubos de pared

Los tubos contienen depósitos significativos en las Los tubos contienen depósitos significativos en las paredes, un flujo reducido del fluido refrigerante, paredes, un flujo reducido del fluido refrigerante, una entrada de calor excesiva del lado del hogaruna entrada de calor excesiva del lado del hogar

Secciones que se han desprendido costras del Secciones que se han desprendido costras del refractario refractario

Ocurren en áreas amplias y comprenden muchos Ocurren en áreas amplias y comprenden muchos tubos, que por lo general se rompen o combantubos, que por lo general se rompen o comban

Descripción General del Descripción General del sobrecalentamientosobrecalentamiento de larga de larga

duraciónduración Es una condición en la que la temperatura del metal Es una condición en la que la temperatura del metal

sobrepasa los límites de diseño durante semanas, meses o sobrepasa los límites de diseño durante semanas, meses o más tiempomás tiempo

Este tipo de sobrecalentamiento es la causa de más fallas Este tipo de sobrecalentamiento es la causa de más fallas en calderas que cualquier otro mecanismoen calderas que cualquier otro mecanismo

Debido a que el acero pierde mucha resistencia mecánica a Debido a que el acero pierde mucha resistencia mecánica a temperatura elevada, las probabilidades de una rotura temperatura elevada, las probabilidades de una rotura causada por la presión interna normal aumenta a medida causada por la presión interna normal aumenta a medida que se eleva la temperaturaque se eleva la temperatura

La temperatura máxima permisible es principalmente La temperatura máxima permisible es principalmente función de la metalurgiafunción de la metalurgia

Un tubo de acero de bajo carbono, y baja aleación sujeto a Un tubo de acero de bajo carbono, y baja aleación sujeto a una temperatura arriba de 454 C por mas de unos cuantos una temperatura arriba de 454 C por mas de unos cuantos días soporta este tipo de accióndías soporta este tipo de acción

S0BRECALENTAMIENTO DE S0BRECALENTAMIENTO DE CORTA DURACIÓNCORTA DURACIÓN

Las fallas causadas por sobrecalentamiento Las fallas causadas por sobrecalentamiento de corta duración se confinan a los tubos de corta duración se confinan a los tubos enfriados por agua o por vaporenfriados por agua o por vapor

Debido a las altas temperaturas de Debido a las altas temperaturas de operación, los sobrecalentadores y operación, los sobrecalentadores y recalentadores son sitios comunes de fallasrecalentadores son sitios comunes de fallas

Se pueden presentar cuando el flujo de Se pueden presentar cuando el flujo de vapor es limitado, sobre todo cuando se vapor es limitado, sobre todo cuando se realiza el arranque del calderorealiza el arranque del caldero

Descripción GeneralDescripción General

Cuando la temperatura del tubo se eleva por encima Cuando la temperatura del tubo se eleva por encima de los límites de diseño durante un breve períodode los límites de diseño durante un breve período

En todos los casos la temperatura del tubo se eleva En todos los casos la temperatura del tubo se eleva por sobre los 730 Cpor sobre los 730 C

Dependiendo de la temperatura la falla puede ocurrir Dependiendo de la temperatura la falla puede ocurrir en un tiempo muy cortoen un tiempo muy corto

La falla suele ser por un error en la operación de la La falla suele ser por un error en la operación de la calderacaldera

Las condiciones que conducen a un Las condiciones que conducen a un sobrecalentamiento de corta duración son el sobrecalentamiento de corta duración son el taponamiento parcial o total del tubo y flujo taponamiento parcial o total del tubo y flujo insuficiente del refrigerante, o una entrada excesiva insuficiente del refrigerante, o una entrada excesiva de calorde calor

Cambio en el patrón de combustiónCambio en el patrón de combustión

IdentificaciónIdentificación

Con frecuencia el sobrecalentamiento de corta Con frecuencia el sobrecalentamiento de corta duración se puede identificar mediante el duración se puede identificar mediante el examen metalográficoexamen metalográfico

Requiere que el tubo muestra se seccione para su Requiere que el tubo muestra se seccione para su examen microscópicoexamen microscópico

Las otras técnicas de estudio son menos eficacesLas otras técnicas de estudio son menos eficaces Expansión uniforme del tuboExpansión uniforme del tubo Ausencia de depósitos internos significativosAusencia de depósitos internos significativos La rotura violentaLa rotura violenta Ausencia de grandes cantidades de magnetitaAusencia de grandes cantidades de magnetita Rotura típica de boca de pezRotura típica de boca de pez Disminución paulatina del espesor Disminución paulatina del espesor

CORROSION CORROSION

TIPOS DE CORROSIONTIPOS DE CORROSION Corrosión generalizadaCorrosión generalizada Corrosión GalvánicaCorrosión Galvánica Corrosión por PicadurasCorrosión por Picaduras Corrosión por HendidurasCorrosión por Hendiduras Corrosión SelectivaCorrosión Selectiva Corrosión IntergranularCorrosión Intergranular Corrosión bajo tensiónCorrosión bajo tensión

ESQUEMAS DE CORROSIÓN (I)ESQUEMAS DE CORROSIÓN (I)

ESQUEMAS DE CORROSIÓN (II)ESQUEMAS DE CORROSIÓN (II)

CORROSION UNIFORMECORROSION UNIFORME

Es un proceso de remoción uniforme Es un proceso de remoción uniforme de la superficie del metal.de la superficie del metal.El medio corrosivo debe tener el El medio corrosivo debe tener el mismo acceso a todas las partes de la mismo acceso a todas las partes de la superficie del metal.superficie del metal.La corrosión atmosférica es el mejor La corrosión atmosférica es el mejor ejemplo.ejemplo.Otro ejemplo es el ataque de un acero Otro ejemplo es el ataque de un acero por una solución ácida.por una solución ácida.

CORROSION GALVANICACORROSION GALVANICA

Dos metales diferentes están unidos Dos metales diferentes están unidos en presencia de un electrolitoen presencia de un electrolitoUno de ellos es preferentemente Uno de ellos es preferentemente corroído mientras que el otro no.corroído mientras que el otro no.Se forma la serie galvánica con Se forma la serie galvánica con diferencias de potencial entre ellosdiferencias de potencial entre ellosMateriales electropositivos o catódicosMateriales electropositivos o catódicosMateriales electronegativos o Materiales electronegativos o anódicos. anódicos.

SERIES GALVÁNICAS DE ALGUNOS METALES Y ALEACIONES SERIES GALVÁNICAS DE ALGUNOS METALES Y ALEACIONES COMERCIALES EN AGUA DE MAR (I).COMERCIALES EN AGUA DE MAR (I).

SERIES GALVÁNICAS DE ALGUNOS METALES Y ALEACIONES SERIES GALVÁNICAS DE ALGUNOS METALES Y ALEACIONES COMERCIALES EN AGUA DE MAR (II).COMERCIALES EN AGUA DE MAR (II).

CORROSION POR HENDIDURA CORROSION POR HENDIDURA (CREVICE)(CREVICE)

Intensa corrosión localizada ocurre Intensa corrosión localizada ocurre al interior de hendiduras, huecos, u al interior de hendiduras, huecos, u otras áreas en las cuales se ha otras áreas en las cuales se ha tapado por acción de empaques u tapado por acción de empaques u otros elementos sólidos como otros elementos sólidos como pintura, caucho, o material terroso.pintura, caucho, o material terroso.Es un proceso altamente peligroso Es un proceso altamente peligroso porque no se observa.porque no se observa.Produce daños graves.Produce daños graves.

CORROSIÓN POR HENDIDURACORROSIÓN POR HENDIDURA

CORROSION POR PICADURACORROSION POR PICADURA

Es una forma extremadamente Es una forma extremadamente localizada de ataque que resulta en localizada de ataque que resulta en huecos en el metal.huecos en el metal. Estos huecos suelen ser de tamaño Estos huecos suelen ser de tamaño pequeño y aparecen pegados unos pequeño y aparecen pegados unos con otros dando la impresión de con otros dando la impresión de poros.poros.Causa que equipos fallen pues con Causa que equipos fallen pues con poca perdida de material producen poca perdida de material producen perforaciones.perforaciones.

PROCESO AUTOCATALÍTICO DE LAS PROCESO AUTOCATALÍTICO DE LAS PICADURASPICADURAS

CORROSION INTERGRANULARCORROSION INTERGRANULAR

Impurezas reactivas se pueden Impurezas reactivas se pueden segregar, o elementos de pasivación segregar, o elementos de pasivación como el cromo pueden abandonar el como el cromo pueden abandonar el interior del grano hacia el borde del interior del grano hacia el borde del grano formando carburos.grano formando carburos.La zona aledaña ahora es atacada La zona aledaña ahora es atacada por el medio ambiente apropiado.por el medio ambiente apropiado.Dos materiales disímiles se han Dos materiales disímiles se han formadoformado

CORROSIÓN INTERGRANULAR (I)CORROSIÓN INTERGRANULAR (I)

CORROSIÓN INTERGRANULAR (II)CORROSIÓN INTERGRANULAR (II)

CORROSIÓN INTERGRANULAR (III)CORROSIÓN INTERGRANULAR (III)

CORROSION SELECTIVACORROSION SELECTIVAEs la remoción de un elemento de Es la remoción de un elemento de una solución sólida por un proceso de una solución sólida por un proceso de corrosión. corrosión. Proceso de dezincificación en el Proceso de dezincificación en el latón.latón.Un elemento que es activo (negativo Un elemento que es activo (negativo electro químicamente) respecto al electro químicamente) respecto al solvente reacciona preferentemente.solvente reacciona preferentemente.Formación de zonas rojizas en la Formación de zonas rojizas en la superficie del latón.superficie del latón.

CORROSION BAJO TENSIONCORROSION BAJO TENSION

La corrosión bajo tensión se refiere La corrosión bajo tensión se refiere a la fisura producida por la acción de a la fisura producida por la acción de esfuerzos de tensión y un medio esfuerzos de tensión y un medio corrosivo específicocorrosivo específicoLa mayor parte de la superficie La mayor parte de la superficie permanece normal, mientras que permanece normal, mientras que finas fisuras comienzan a penetrar.finas fisuras comienzan a penetrar.El caso del latón.El caso del latón.El caso del acero.El caso del acero.

DAÑO POR HIDROGENODAÑO POR HIDROGENO

Daño por hidrógeno es un término Daño por hidrógeno es un término utilizado para referirse al daño utilizado para referirse al daño mecánico de un metal producido mecánico de un metal producido por la presencia o interacción con el por la presencia o interacción con el hidrógeno.hidrógeno.

Encapsulamiento del hidrógeno.Encapsulamiento del hidrógeno. Fragilización por hidrógeno.Fragilización por hidrógeno. Decarburización.Decarburización. Ataque por hidrógeno.Ataque por hidrógeno.

EROSION - CORROSIONEROSION - CORROSION

La combinación de un fluido corrosivo y La combinación de un fluido corrosivo y una alta velocidad de dicho fluido.una alta velocidad de dicho fluido.El fluido causa un estado modesto de El fluido causa un estado modesto de corrosión, pero el movimiento del fluido corrosión, pero el movimiento del fluido remueve la capa de oxidación. remueve la capa de oxidación. La superficie del metal está La superficie del metal está nuevamente expuesta a la acción del nuevamente expuesta a la acción del corrosivo.corrosivo.El ataque y extracción es generalmente El ataque y extracción es generalmente direccionado por el flujo.direccionado por el flujo.