Por qué el análisis de la causa raíz es más importante que la reparación
Un tubo de caldera que revienta normalmente se reemplaza en cuestión de horas, pero si no se identifica el mecanismo del daño, la misma falla regresa en un tubo vecino. El análisis de la causa raíz trata el tubo defectuoso como evidencia: la apariencia de la fractura, el depósito interno, el espesor de las incrustaciones de óxido y los registros de la química del agua identifican en conjunto si el tubo se sobrecalentó, corroyó, se fatiga o simplemente se encuentra por debajo de la pared mínima requerida por ASME BPVC Sección I.
Las fallas se agrupan en términos generales en mecanismos de corto-plazo, que actúan en minutos u horas, y mecanismos de largo-plazo, que actúan durante miles de horas de funcionamiento a temperatura.
Sobrecalentamiento-a corto plazo y avance-a largo plazo
El sobrecalentamiento-a corto plazo produce una ruptura repentina con una apertura de boca de pez-de labios finos-, poca o ninguna escala interna y un adelgazamiento claro de la pared en el momento de la explosión. Es causada por un flujo restringido, un nivel bajo de agua, un tubo bloqueado o una falla de control que permite que la temperatura del metal exceda el rango crítico. Debido a que el metal se ha llevado por encima de su rango de transformación, la metalografía muestra una microestructura cambiada cerca de la falla, lo que lo distingue de la fluencia.
El sobrecalentamiento-a largo plazo actúa lentamente. Bajo tensión constante a temperatura elevada del metal, los tubos ASTM A213 T11, T22 y T91 acumulan daños por fluencia que aparecen como grietas longitudinales, óxido espeso en el lado del vapor- y crecimiento diametral medible. La evaluación de la fluencia se realiza en comparación con los datos de ruptura por tensión en ASME BPVC Sección II Parte D para la temperatura del metal de diseño, y las señales de advertencia prácticas son el aumento de las incrustaciones de óxido y el aumento del diámetro del tubo medido en los mismos lugares en cada interrupción.
Mecanismos de corrosión y daños causados por el agua-
Daño por hidrógeno:Fractura frágil con poca deformación, a menudo adyacente a soldaduras o dobleces. Los depósitos y el bajo pH crean una reacción de corrosión que libera hidrógeno en el acero, produciendo grietas intergranulares que pueden confirmarse mediante metalografía.
Ranurado cáustico y ácido:adelgazamiento localizado debajo de los depósitos porosos donde se concentra la química del agua de la caldera, que muestra un contorno suave y ranurado en el lado del agua de la pared del tubo que mira hacia el hogar-.
Corrosión acelerada por flujo-:adelgazamiento general de la pared con una superficie festoneada y libre de óxido-, más grave aguas abajo de los accesorios, en áreas de economizador y de baja-presión, y donde se combinan la velocidad del flujo y la temperatura.
Corrosión junto al fuego:desperdicio en la superficie exterior impulsado por las cenizas de combustible y los gases de combustión, que dependen en gran medida de la química del carbón o del petróleo, la temperatura del gas y la atmósfera reductora cerca de los quemadores.
Fatiga, vibración y fallas-relacionadas con la soldadura
La fatiga térmica aparece como grietas circunferenciales en lugares con cambios rápidos de temperatura, como los puntos de rociado del atemperador y los accesorios del cabezal, y es el resultado del estrés térmico cíclico. La fatiga por vibración produce grietas en soportes, tirantes y conexiones donde un tubo puede moverse libremente. La falla relacionada con la soldadura-generalmente es un problema de fabricación o tratamiento térmico y se evalúa según los procedimientos calificados de ASME BPVC Sección IX y los requisitos de tratamiento térmico posterior a la soldadura de ASME BPVC Sección I, ya que el tratamiento térmico faltante o incorrecto deja una zona dura y afectada por el calor-propensa a agrietarse-.
Construyendo la investigación del fracaso
Una secuencia de investigación repetible vale más que cualquier técnica de inspección única:
Registre la ubicación de la falla, la orientación y la posición relativa a los quemadores, sopladores de hollín y accesorios soldados.
Mida el espesor de la pared alrededor de la falla y fotografíe la superficie de la fractura antes de cualquier limpieza.
Recoge los depósitos internos y las incrustaciones de óxido para medir la composición y el espesor.
Corte una muestra para metalografía, manteniendo intacta la superficie de fractura, y examine la zona afectada por el calor-de las soldaduras adyacentes.
Verifique-la evidencia con la química del agua, la temperatura de funcionamiento y los registros de flujo de las horas previas a la falla.
Revise la condición de diseño contra ASME BPVC Sección I nuevamente, porque tanto el agrietamiento circunferencial como la fluencia necesitan el espesor mínimo calculado como punto de referencia.
Preguntas frecuentes
P: ¿Cuál es la causa más común de falla de los tubos de una caldera?
Sobrecalentamiento en sus formas de corto-y largo-plazo, seguido de mecanismos de corrosión-del lado del agua y corrosión-acelerada por flujo. En conjunto, estos representan la mayoría de las fallas en las piezas de presión en las calderas eléctricas.
P: ¿Cómo se distingue el sobrecalentamiento-a corto plazo del daño por fluencia?
El sobrecalentamiento-a corto plazo produce una-explosión de labios finos con poca escala y una microestructura transformada. El daño por fluencia muestra óxido espeso del lado del vapor-, crecimiento diametral y grietas que siguen la dirección de la tensión.
P: ¿Cómo se ve el daño por hidrógeno?
Se presenta como una fractura frágil y de paredes gruesas-casi sin deformación plástica ni agrietamiento intergranular en el examen metalográfico, normalmente asociado con la acumulación de depósitos-y la química del agua-formadora de ácido.
P: ¿Qué norma define la pared de tubo mínima aceptable?
ASME BPVC Sección I, utilizando los valores de tensión permitidos publicados en ASME BPVC Sección II Parte D para la temperatura del metal de diseño y la especificación del tubo en cuestión.
P: ¿Se puede corregir una falla repetida en el mismo lugar sin reemplazar el banco?
A veces, pero sólo después de que se identifica el mecanismo. Si la causa es una restricción de flujo, un desequilibrio del quemador o una excursión química, reemplazar los tubos simplemente reinicia el mismo reloj de falla.
