Upload
hendrickmazvargas
View
214
Download
12
Tags:
Embed Size (px)
DESCRIPTION
analisis de falla tubo caldero
Citation preview
PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATOLICA
DEL PERU
INFORME DE ANALISIS DE FALLA
CASO: TUBO DE SUPERCALENTADOR
SOLICITADOR POR: LABORATORIO DE MATERIALES PUCP
REALIZADO POR: GRUPO 3
Hendrick Maz 20082129
Mauricio Santivanes 20077138
Diego Chavez 20070453
Luis Mechan 20077100
Gonzalo Canchari 20087110
FECHA DE REALIZACIN: 24 DE NOVIEMBRE DEL 2014
INFORME DE ANALISIS DE FALLA TUBO DE SUPERCALENTADOR Pgina 1
Tabla de contenido
I. IDENTIFICACIN: ................................................................................................................... 2
II. SITUACIN DE FALLA: ........................................................................................................... 2
III. ANTECEDENTES: ................................................................................................................ 2
IV. MATERIAL: ........................................................................................................................ 2
V. INSPECCION VISUAL: ............................................................................................................ 3
VI. ANALISIS FRACTOGRAFICO: .............................................................................................. 5
VII. PRUEBAS DE LABORATORIO ............................................................................................. 7
7.1. ANALISIS QUMICO: ...................................................................................................... 7
7.2. ENSAYO DE DUREZA: .................................................................................................... 8
7.3. ANALISIS METALOGRFICO: ......................................................................................... 8
VIII. HIPOTESIS .......................................................................................................................... 9
8.1. FALLA POR CREEP ......................................................................................................... 9
8.2. SOBRECALENTAMIENTO POR CORTA DURACION ....................................................... 9
IX. CONCLUSIONES ............................................................................................................... 10
9.1. TIPO DE FALLA ............................................................................................................. 10
9.2. CAUSAS ....................................................................................................................... 10
X. RECOMENDACIONES .......................................................................................................... 10
INFORME DE ANALISIS DE FALLA TUBO DE SUPERCALENTADOR Pgina 2
I. IDENTIFICACIN:
- La pieza a analizar es un tubo del hogar de un supercalentador. El dimetro de tubo es
de 5 - Sch (Schedulle) 80 de material SA335P11
II. SITUACIN DE FALLA:
- El equipo presento la falla en la tarde del domingo 20 de Julio del 2009.
- Las condiciones de operacin nominales son:
Temperatura: 485C (905F)
Presin: 6240kPa (905 PSI)
- El fluido transportado es vapor de agua a altas temperaturas.
- El tubo estuvo instalado en el lado oeste del supercalentador, sobre la radiacin.
III. ANTECEDENTES:
- El equipo vena trabajando desde el 2007 sin fallar anteriormente.
- El equipo anteriormente no ha sido intervenido en ningunos de los tubos
IV. MATERIAL:
- Tubos de aleacion de acero diseados para condiciones de alta presion y temperatura.
- Grado de acero: ASME SA335P11 / ASTM A335
- Composicion qumica:
TABLA 1 COMPOSICION DE ACERO ASME SA335P11 / ASTM A335
COMPOSICIN VALOR
Designacin UNS K11597
Carbn (C) 0.05 0.15
Manganeso (Mn) 0.30 0.60
Fosforo (P) max. 0.025
Azufre (S) max. 0.025
Silicio (Si) 0.50 1.00
Nickel (Ni) --
Cromo (Cr) 1.00 1.50
Molibdeno (Mo) 0.44 0.65
INFORME DE ANALISIS DE FALLA TUBO DE SUPERCALENTADOR Pgina 3
TABLA 2 PROPIEDADES MECANICAS DE ACERO ASME SA335P11 / ASTM A335
PROPIEDADES VALOR
Esfuerzo a la Traccin (MPa) 415
Esfuerzo a la Fluencia (MPa) min. 205
Elongacin (%) min. L/T 30/20
o Notas para la prueba de dureza:
SA335P11 no deber tener una dureza no superior a 250 HV
HB/265 [25HRC].
o Notas para la Prueba de flexin:
Para tubos cuyo dimetro supera NPS 25 y cuyo dimetro a
espesor de pared es 7,0 o menos debern someterse a la
prueba de flexin en lugar de la prueba de aplastamiento.
Otros tubos cuyo dimetro sea igual o superior NPS 10 puede
tener la prueba de flexin en lugar de la prueba de
aplastamiento sujeto a la aprobacin del comprador.
Los especmenes de prueba de plegado ser doblados a
temperatura ambiente a travs de 180 y sin formacin de
grietas en el exterior de la parte doblada.
V. INSPECCION VISUAL:
De la observacin del supercalentador concluimos que:
o El sentido de rotura del tubo es longitudinal con apreciable deformacin
plstica y reduccin de espesor.
INFORME DE ANALISIS DE FALLA TUBO DE SUPERCALENTADOR Pgina 4
}
Fig 5.1. Seccin de tubera con falla.
o Los dimetros en el tubo en zonas alejadas de la falla y cerca de la falla fueron
los siguientes:
TABLA 3 ESPESORES DE PARED
ZONA ALEJADA A LA FALLA ZONA DE FALLA
9.96 4.08
9.21 4.48
9.35 4.10
8.71 4.05
9.30 4.35
-- 3.94
-- 4.13
-- 4.22
-- 3.96
-- 4.28
Promedio: 9.31 mm. Promedio: 4.21 mm.
El espesor promedio del tubo fallado en la zona de rotura es de 3.9 mm mientras que
en la zona alejada es de 9.3 mm.
La morfologa de la rotura es: de boca de pez con hinchazn local y reduccin
importante del espesor del tubo son caractersticas tpicas de una falla por creep por
sobrecalentamiento en un tiempo muy corto. Esta hiptesis debe ser comprobada
mediante pruebas de laboratorio.
INFORME DE ANALISIS DE FALLA TUBO DE SUPERCALENTADOR Pgina 5
VI. ANALISIS FRACTOGRAFICO:
- Se realiza el anlisis fractogrfico de la seccin de tubera fallada. (Fig. 6.1.)
Fig. 6.1 Tubo de supercalentador
- Dado que la superficie de falla se encuentra deformada, se observarn los espesores
de pared para determinar cunto la deformacin de los labios de fractura.
INFORME DE ANALISIS DE FALLA TUBO DE SUPERCALENTADOR Pgina 6
Fig. 6.2 Espesor del tubo
Espesor nominal de pared: 9.53mm
INFORME DE ANALISIS DE FALLA TUBO DE SUPERCALENTADOR Pgina 7
Fig. 6.3 Tubo de supercalentador
Espesor promedio en la zona de falla: 4.21 mm
VII. PRUEBAS DE LABORATORIO
7.1. ANALISIS QUMICO:
Para conocer la composicin qumica del comente a analizar se extrajo una muestra. El
anlisis se realiz por mediante espectrometra de emisin.
Se realizaron tres ensayos por muestras y se presenta el valor promedio en la siguiente
tabla.
TABLA 4 COMPOSICIN QUMICA SEGN LABORATORIO
MUESTRA C Mn Si P S Ni Cr Mo Cu
Tubo S.C. 0.12 0.445 0.66 0.008 0.004 0.01 1.12 0.46 0.02
SA335 P11
0.05 -
0.15
0.30 -
0.60
0.50 -
1.00
0.025 max.
0.025 max.
-- 1.00 -
1.50
0.44 -
0.65
--
INFORME DE ANALISIS DE FALLA TUBO DE SUPERCALENTADOR Pgina 8
Con el anlisis qumico de la muestra se llega a la conclusin que el acero el cual ha
sido fabricado el tubo analizado est dentro de los rangos permisibles de composicin
de un acero de bajo aleacin Cr-Mo resistente al calor del tipo ASTM A335 P11
7.2. ENSAYO DE DUREZA:
Se realizaron mediciones de dureza ROCKWELL HRBW en secciones transversales
correspondiente en 02 (dos) zonas distintas: La Zona 1, donde est alejada la falla, y la
Zona 3, aquella donde se aprecia la mayor reduccin de espesor). Los resultados se
presentan a continuacin:
TABLA 5 DUREZA DEL COMPONENTE
ZONA 1 ZONA 2
84.5 83.0
83.6 82.4
84.3 81.5
84.1 80.6
Promedio: 84 HRBW Promedio: 82 HRBW
Los ensayos de dureza para ambas zonas son muy similares.
Segn la norma para aceros ASTM A335 P11 el valor de dureza no debe sobrepasar los
25 HRC (equivalente a 101 HRBW), por la medida est dentro del rango de acero ya
mencionado.
7.3. ANALISIS METALOGRFICO:
El anlisis metalogrfico desarrollado en los laboratorios de LA FACULTAD DE
INGENIERA MECNICA DE LA UNIVERSIDAD CATLICA; en el ANEXO 1 se puede
apreciar el informe completo.
Los resultados entregados por este anlisis;
La microestructura del acero fue uniforme (Fig. 2), consista en una matriz ferrtica
(zonas claras) y granos dispersos de perlita (zonas oscuras).
INFORME DE ANALISIS DE FALLA TUBO DE SUPERCALENTADOR Pgina 9
Fig. 7.3.1 Microestructura del material
No se encontr globalizacin de la cementita ni microcavidades, las cuales se halan
en fallas por creep.
No existe evidencia que la temperatura haya excedido los 700 C, pues las zonas
alejadas y cercanas a la falla no presentan diferencias microestructurales.
En la zona de falla se encuentran granos con gran deformacin, prueba que la falla
ocurri en un corto tiempo de exposicin a temperaturas elevadas. No presenta
recristalizacin.
El mecanismo de falla no es del tipo creep con modificaciones microestructurales;
sin embargo, se tiene la certeza que estuvo expuesto a un sobrecalentamiento
localizado por un corto tiempo.
VIII. HIPOTESIS
8.1. FALLA POR CREEP
Mecanismos de deterioro en el tiempo que provoca deformacin contina de un material
cuando est expuesto a dos factores:
Altas temperaturas.
Material con cargas (esfuerzos).
8.2. SOBRECALENTAMIENTO POR CORTA DURACION
Descripcin General
Cuando la temperatura del tubo se eleva por encima de los lmites de diseo durante
un breve perodo
INFORME DE ANALISIS DE FALLA TUBO DE SUPERCALENTADOR Pgina 10
En todos los casos la temperatura del tubo se eleva por sobre los 730 C
Dependiendo de la temperatura la falla puede ocurrir en un tiempo muy corto
La falla suele ser por un error en la operacin de la caldera
Las condiciones que conducen a un sobrecalentamiento de corta duracin son el
taponamiento parcial o total del tubo y flujo insuficiente del refrigerante, o una
entrada excesiva de calor
Cambio en el patrn de combustin
Identificacin
Con frecuencia el sobrecalentamiento de corta duracin se puede identificar mediante
el examen metalogrfico
Requiere que el tubo muestra se seccione para su examen microscpico
Las otras tcnicas de estudio son menos eficaces
IX. CONCLUSIONES
9.1. TIPO DE FALLA
La falla es sobrecalentamiento por corta duracin. Tal como se observa en las
conclusiones del informe metalogrfico (ANEXO 1); la falla ocurre por
sobrecalentamiento durante un tiempo menor al necesario para realizar los cambios
microestructurales caractersticos de una falla por creep.
9.2. CAUSAS
Las fallas causadas por sobrecalentamiento de corta duracin se confinan a los tubos
enfriados por agua o por vapor
Debido a las altas temperaturas de operacin, los sobrecalentadores y recalentadores
son sitios comunes de fallas
Se pueden presentar cuando el flujo de vapor es limitado, sobre todo cuando se realiza
el arranque del caldero
X. RECOMENDACIONES
Controlar las condiciones de operacin en el arranque para no sobrepasar el lmite
mximo de temperatura del material.