Por qué los intercambiadores de calor de tubos de titanio GR1 tienen fugas en la placa de tubos flotante
Apr 01, 2024
El tubo de titanio de grado 1 rara vez falla en la pared del tubo. En los intercambiadores de calor de titanio tipo caja de prensaestopas, las fugas que los clientes informan con mayor frecuencia se desarrollan en otro lugar, en la placa de tubos flotante, y comprender el motivo ahorra una gran cantidad de tiempo de inactividad no planificado.
El compromiso de diseño detrás de los intercambiadores de calor de titanio Stuffing{0}}Box
El tubo de titanio es caro, por lo que los diseños tradicionales ahorran lo que pueden. Los tubos se especifican en Grado 1, mientras que la placa de tubos suele ser una placa revestida de acero de titanio-. Debido a que el titanio y el acero no pueden soldarse por fusión directamente sin formar fases intermetálicas frágiles, la caja de tubos de un intercambiador de prensaestopas-con frecuencia se fabrica como una carcasa de acero al carbono o de acero de baja aleación con un revestimiento interno en lugar de un componente revestido sólido. Esa elección reduce el costo y elimina una soldadura difícil, pero también introduce una unión de metal-diferente en la parte más corrosiva del equipo.
La placa tubular flotante sigue la misma lógica. Su faldón, la sección cilíndrica que guía la placa tubular dentro de la carcasa, normalmente es de acero al carbono porque no ve agua de mar en la intención del diseño original y porque se evita soldar titanio con acero al carbono.
Dónde comienza realmente la fuga
La falla se concentra en el sello de la placa tubular flotante. Cuando el empaque se comprime durante el ensamblaje, parte del faldón de acero al carbono se empuja fuera de la envoltura del empaque. Luego, el agua de mar llega al espacio entre la placa tubular y la caja tubular y toca el acero al carbono desnudo. A partir de ese momento el resultado es predecible: el acero se corroe rápidamente, la junta pierde su superficie de asiento y el intercambiador empieza a tener fugas.
Los informes de campo describen que el acero al carbono en ese lugar se consume en un período muy corto una vez que comienza el contacto con el agua de mar. En casos severos sólo queda la delgada sección de titanio. La reparación es difícil porque el daño se encuentra debajo de una junta empaquetada en lugar de en un tubo accesible. La soldadura de parche puede posponer el problema, pero el metal alrededor del parche ya ha sido alterado y la misma geometría del espacio permanece, por lo que se produce una segunda falla en un corto período de operación.
Comparación de los materiales involucrados
| Componente | Material habitual | Comportamiento en agua de mar | Papel en la fuga |
|---|---|---|---|
| Tubo | Titanio grado 1 según ASTM B338 | Película de óxido pasiva, efectivamente inmune al agua de mar ambiental, incluidos los cloruros. | Rara vez el punto de falla |
| Falda de placa de tubo flotante | Acero carbono | Ataque uniforme y rápido sin película protectora. | Ubicación de falla primaria |
| Revestimiento de caja de tubos | Acero al carbono o acero de baja aleación con revestimiento. | Depende completamente de la integridad del revestimiento. | Riesgo secundario si el revestimiento está dañado |
| Placa tubular revestida | Titanio sobre acero, producido como placa revestida. | Bien, siempre que la capa de titanio sea continua. | Alternativa preferida al diseño de falda. |
La placa revestida de metal reactivo de este tipo está cubierta por la norma ASTM B898, que existe precisamente porque la soldadura directa de titanio al acero no es una ruta viable.
Por qué la reparación mediante soldadura de parche suele fallar
La soldadura de titanio requiere una protección total-de gas inerte hasta que el metal se haya enfriado por debajo de aproximadamente 400 grados, una superficie limpia-libre de óxido y libre de contaminación por hierro. En un porro lleno in situ ninguna de esas condiciones es fácil de garantizar. El hierro recogido de las herramientas o de los restos de molienda, o el hidrógeno absorbido durante la reparación de un arco, conduce a la formación de hidruros, y la norma ASTM B338 establece un máximo de hidrógeno de 0,015 % exactamente por esa razón. Por lo tanto, un parche que parece sano puede volverse quebradizo y agrietarse durante el servicio.
Cambios de diseño que eliminan el modo de falla
La solución más eficaz es dejar de poner acero al carbono en contacto con el agua de mar. Las opciones probadas en servicio incluyen una placa de tubos flotante completamente de titanio, un faldón revestido de titanio-para que la superficie humedecida sea de titanio en su totalidad, o un cambio de tipo de intercambiador a uno en el que la placa de tubos esté soldada en lugar de empaquetada. Cuando se debe retener una junta empaquetada, se puede revestir o revestir el faldón y cambiar el empaque a un diseño que no pueda extruir el acero hacia el espacio del agua de mar.
Una segunda capa de protección es la inspección. La corrosión por grietas del titanio en soluciones de cloruro se convierte en un riesgo real por encima de aproximadamente 70 grados, por lo que los intercambiadores que funcionan a temperaturas superiores a esa temperatura necesitan que se revise tanto el lado del titanio como cualquier grieta restante en las paradas planificadas en lugar de solo cuando aparece una fuga.
Preguntas frecuentes
Q:¿Se puede corroer el propio tubo de titanio de grado 1 en agua de mar?
R: En agua de mar ambiental, la película de óxido pasivo mantiene al titanio de Grado 1 efectivamente inmune, incluso en soluciones de cloruro. La corrosión que se observa en estos intercambiadores se produce en los componentes de acero al carbono, no en el tubo de titanio.
Q:¿Por qué el faldón de la placa tubular flotante no está hecho también simplemente de titanio?
R: Porque normalmente un faldón de titanio debe unirse a una estructura de acero, y el titanio no se puede soldar por fusión al acero al carbono sin que se forme intermetálico quebradizo. Una placa revestida o un diseño atornillado evita esa unión y es la mejor respuesta.
Q:¿Con qué rapidez falla el acero al carbono una vez que llega el agua de mar?
R: Sin una película protectora, el ataque es rápido y la sección puede consumirse en un período operativo muy corto, razón por la cual las fugas aparecen poco después del primer ingreso de agua de mar en lugar de después de meses de adelgazamiento gradual.
Q:¿La soldadura de parche resuelve el problema?
R: Restaura temporalmente la integridad de la presión. La geometría de la ranura subyacente y el metal alterado permanecen, la contaminación por hidrógeno y hierro puede fragilizar la reparación y, por lo general, se producen más fugas en poco tiempo.
Q:¿Qué normas se aplican al tubo y a cualquier componente revestido?
R: ASTM B338 cubre el tubo de titanio soldado y sin costura, ASTM B265 cubre placas y láminas de titanio, y ASTM B898 cubre placas revestidas de metal refractario y reactivo utilizadas donde se debe unir una superficie de titanio a un soporte de acero.
