Tubos de caldera: proteger y servir

Gary Heath explica cómo implementar recubrimientos avanzados para prolongar la vida útil de los tubos de calderas en centrales eléctricas de carbón y residuos

La caldera de generación de energía típica representa un entorno agresivo en términos de desgaste por erosión y corrosión a alta temperatura para los materiales de los tubos del intercambiador de calor. Las múltiples formas, tamaños, diseños, marcas, etc. de las calderas, junto con la diversidad de combustibles utilizados (carbón, petróleo, residuos, biomasa, etc.) y regímenes de funcionamiento dan lugar a una amplia y compleja gama de problemas de desgaste/corrosión. .

La erosión o corrosión puede conducir a un adelgazamiento de la sección transversal de la pared del tubo de lo que es un recipiente a presión. Cuando el grosor de la pared del tubo se vuelve demasiado delgado, el tubo estalla y las operaciones deben cerrarse para reemplazarlo.

Hay varias filosofías para reducir el desperdicio de tubos a niveles aceptables, que incluyen modificaciones en el diseño, la temperatura de operación y el flujo de gas (que pueden reducir la eficiencia de la caldera) o cambios en el material de los tubos (que pueden ser costosos y generalmente significan sacrificar otras propiedades). Los métodos disponibles incluyen coextrusión, calorización, nitruración, cromado, boro, preoxidación, superposición de soldadura y revestimientos rociados térmicamente.

Hoy en día, la abrumadora tecnología utilizada contra la corrosión es la superposición de soldadura (generalmente de 2 mm de espesor) de una aleación compleja a base de níquel (generalmente Inconel 625, 622).

Contra la erosión, se utilizan recubrimientos de proyección térmica que suelen ser duros, delgados (0,3-1,0 mm), rápidos de aplicar y se pueden aplicar como pintura. Los procesos de rociado que se han utilizado en la protección de calderas son: combustión de llama (con polvo o alambre), alambre de arco eléctrico, plasma de aire (APPS), combustible de oxígeno de alta velocidad (HVOF), rociado y fusible (S&F) y recubrimientos pintados de compuestos inorgánicos a base de cerámica (recubrimientos en suspensión).

En Europa y también cada vez más en Asia, el paso a fuentes alternativas de producción de energía y las demandas de menos NOx y CO2 han llevado a operaciones de calderas más estrictas además del uso de combustibles alternativos (residuos municipales, biomasa). Estas tendencias, además de la quema de carbón de baja calidad, han aumentado la cantidad de corrosión y desgaste que se observa en los tubos de las calderas.

La calidad y el rendimiento del revestimiento, el costo del revestimiento, la reducción del tiempo de inactividad para aplicar revestimientos en el sitio, los tubos nuevos frente a la reparación en el sitio de los tubos desgastados, etc., se están convirtiendo en cuestiones críticas en la economía de muchas plantas de energía. La incorporación de la empresa con sede en EE. UU., WherTec, al grupo Castolin Eutectic en 2014 aportó a la cartera 16 años de experiencia en el revestimiento de calderas, así como tecnologías innovadoras de revestimiento por láser y revestimientos en suspensión.

Densificación y laser cladding

Castolin Eutectic ha desarrollado un proceso termoquímico que 'densifica' el revestimiento rociado térmicamente. Este proceso de densificación, junto con el proceso de rociado por arco (usando las gamas de productos de recubrimiento BTC y TubeArmor) es muy adecuado para recubrir paredes de agua en calderas de biomasa y de conversión de residuos en energía donde la corrosión es un mecanismo de desgaste importante.

Mientras tanto, la tecnología de láser de diodo de alta potencia (HPDL) ha permitido que la tecnología de revestimiento láser, anteriormente prometedora pero cara, se convierta en una solución rentable contra la corrosión para grandes superficies de calderas en los talleres de la empresa. Se producen materiales de tipo Inconel con espesores de hasta 0,7 mm y ofrecen mejores propiedades (menor dilución, zona afectada por el calor más pequeña, estructura más fina, superficie de revestimiento suave) sobre el revestimiento de caldera de recubrimiento de soldadura tradicional. En los EE. UU., se instalan varios cientos de metros cuadrados de tubos de caldera revestidos con láser en las calderas.

Estudios de casos del mundo real

En la central eléctrica alimentada con lignito de 5.053 MW más grande de Europa en Polonia, donde el desgaste por erosión en los tubos del sobrecalentador era frecuente, las pruebas con varios recubrimientos de rociado térmico durante un período de ocho años identificaron un claro ganador, el recubrimiento Eutronic Arc 595 rociado con equipos Castolin Eutectic en la taller de servicio de la empresa. Arc 595 es una aleación a base de Fe muy dura y extendió la vida útil del tubo del sobrecalentador hasta siete años en comparación con los tubos de acero desnudo originales. Se recubrieron más de 46 km de tubos y codos para cada una de las seis calderas.

Una importante empresa de residuos francesa probó la aleación 53606 S&F en su reactor de corrosión acelerada en laboratorio, que simula el mecanismo de corrosión típico observado en los tubos de sobrecalentador utilizados en sus plantas de calderas de conversión de residuos en energía. Se probaron muchas aleaciones y sistemas de recubrimiento diferentes, incluido el revestimiento de soldadura Inconel 625. La empresa de residuos informa que la aleación 53606 de Castolin Eutectic superó a las otras aleaciones y sistemas de deposición.

En muchas calderas de biomasa y de residuos, existe un ataque mixto de erosión/corrosión de los tubos de la caldera. Una central eléctrica italiana se encontró con un grave problema de corrosión al añadir un 10 % de residuos al carbón que normalmente se quema en su caldera. El alambre BTW 66 (erosión-corrosión) resultó exitoso cuando se probó en el campo en paneles y, en consecuencia, el cliente ordenó esta solución para una superficie de pared de agua mucho más grande.

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Gary Heath está conCastolin Eutéctico.