Falla por fatiga por corrosión de tubos en calderas acuotubulares

La División de Industrias Químicas de HSE está al tanto de tres fallas relativamente recientes asociadas con las calderas acuotubulares. Cada uno de estos parece haber sido causado por la fatiga por corrosión de los tubos de la pared de agua exterior. Esta alerta, que está dirigida en particular al sector de las industrias químicas, describe los incidentes y describe las medidas que deben tomar los responsables.

Nota: la fatiga por corrosión es causada por una combinación de un mecanismo corrosivo y fatiga generada por esfuerzos mecánicos o térmicos.

Las tres calderas eran de gas, de diseño de tubo 'D' (que se muestra al lado) y tenían alrededor de 30 años con presiones operativas de 80 barg. En ese tiempo han visto servicio continuo e intermitente.

Dos de los tres incidentes resultaron en una falla tipo 'cristal de ventana' en la que se expulsó una muestra de material del tubo de la pared de la caldera. Estos se muestran en las siguientes fotografías. Tal falla puede representar un riesgo muy serio de lesiones, ya sea por el cupón mismo o por la liberación resultante de vapor a alta presión. En el tercer incidente, una grieta longitudinal en el tubo resultó en una liberación de vapor dentro de la caldera de energía suficiente para volar una puerta de acceso.

En cada caso, los tubos dañados se colocaron en los extremos de las calderas, cerca del marco principal. Dos de las fallas fueron en curvas formadas en frío (una en una curva superior y otra en una curva inferior). La tercera falla fue en un tramo recto de tubo.

Una inspección detallada con videoboroscopios, sonda de ángulo UT y pruebas destructivas reveló que el agrietamiento por fatiga por corrosión (aunque decreciente en magnitud) era evidente hasta alrededor de 12 tubos desde los extremos.

Las investigaciones de incidentes sugieren que las partes de los tubos con mayor tensión (como las curvas o en otras áreas cercanas a los tirantes o soportes) pueden ser las más vulnerables. Se podrían imponer tensiones térmicas adicionales en los tubos de los extremos de los marcos de la caldera.

Se cree que el precursor del ataque de corrosión surge de controles insatisfactorios del lado del agua durante las interrupciones de la caldera en lugar de un tratamiento deficiente del agua en servicio (Referencia 1). La corrosión penetra en la capa de magnetita que se forma naturalmente y forma hoyos. La morfología del defecto sugiere que el agrietamiento por fatiga se origina en las picaduras de corrosión que luego se unen para producir grietas.

Las investigaciones revelaron que, aunque cada una de las calderas tenía un extenso historial de inspección (las periodicidades eran de 4 y 3 años, respectivamente), esas inspecciones se centraban predominantemente en los tambores de vapor y lodo. Solo se realizaron inspecciones muy limitadas en los tubos mismos, y estas se centraron predominantemente en el adelgazamiento de la pared causado por la corrosión debajo del aislamiento. Aunque se hizo referencia a alguna detección de grietas en los esquemas de examen, esto no tuvo en cuenta la fatiga o la fatiga por corrosión con respecto a los tubos de la pared de agua.

También parece probable que varias fallas de tubos en los años previos a estos incidentes podrían haber sido causadas por fatiga por corrosión, pero se atribuyeron erróneamente a fallas por sobrecalentamiento.

Si bien es dudoso que la condición de los sujetadores de la puerta de acceso asociados con la tercera falla haya contribuido a la gravedad de este incidente, se ha reconocido la importancia de establecer adecuadamente la condición y la idoneidad para el propósito de estos y otros sujetadores durante las inspecciones de interrupción.

En el momento de escribir este artículo, parece que la inspección con videoscopio de las partes internas de los tubos más la inspección UT con sonda angular desde el exterior son las únicas técnicas apropiadas. Se están realizando investigaciones para ver si se pueden utilizar otras técnicas, como los métodos de corrientes de Foucault rotativas (similares a IRIS).

Las investigaciones de HSE también revelaron que aquellos involucrados en la realización de revisiones técnicas y evaluaciones de integridad basadas en riesgos, junto con los propios inspectores, aunque tenían experiencia y destrezas en plantas de procesos químicos convencionales, no eran especialistas en calderas o calentadores a fuego.

Significativamente, también se hizo evidente que la fatiga por corrosión y, de hecho, la falla del cristal de la ventana en las calderas, aunque no es común, se ha reconocido en el sector de generación de energía (Referencia 2).

Los titulares de deberes deben considerar lo siguiente:

BS 2486:1997 Tratamiento de agua para calderas de vapor y calentadores de agua' SaFed 'Sistemas de presión - Directrices sobre la periodicidad de los exámenes' Instituto Americano del Petróleo - API RP 573 'Inspección de calderas y calentadores encendidos'

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