Tubos de caldeira: proteger e servir

Gary Heath explica como implantar revestimentos avançados para prolongar a vida útil dos tubos de caldeiras em usinas de energia movidas a carvão e resíduos

A caldeira de geração de energia típica representa um ambiente agressivo em termos de desgaste erosivo e corrosão de alta temperatura para os materiais dos tubos do trocador de calor. As muitas formas, tamanhos, designs, marcas, etc. de caldeiras, juntamente com a diversidade de combustíveis utilizados (carvão, óleo, resíduos, biomassa, etc.) e regimes operacionais dão origem a uma ampla e complexa gama de problemas de desgaste/corrosão .

A erosão ou corrosão pode levar a um afinamento da seção transversal da parede do tubo do que é um vaso de pressão. Quando a espessura da parede do tubo fica muito fina, o tubo estoura e as operações precisam ser fechadas para substituí-lo.

Existem várias filosofias para reduzir o desperdício do tubo a níveis aceitáveis, que incluem modificações no projeto, na temperatura operacional e no fluxo de gás (que podem reduzir a eficiência da caldeira) ou mudanças no material do tubo (que podem ser caras e geralmente significam sacrificar outras propriedades). Os métodos disponíveis incluem coextrusão, calorização, nitretação, cromagem, boronização, pré-oxidação, revestimento por solda e revestimentos termicamente pulverizados.

Hoje, a tecnologia dominante usada contra a corrosão é a sobreposição de solda (geralmente 2 mm de espessura) de uma liga complexa à base de níquel (geralmente Inconel 625, 622).

Contra a erosão, são usados ​​revestimentos de pulverização térmica que normalmente são duros, finos (0,3-1,0 mm), rápidos de aplicar e podem ser aplicados como tinta. Os processos de spray que têm sido usados ​​na proteção de caldeiras são: combustão de chama (com pó ou fio), fio de arco elétrico, plasma de ar (APPS), combustível de oxigênio de alta velocidade (HVOF), spray e fusível (S&F) e revestimentos pintados de compostos inorgânicos à base de cerâmica (revestimentos em pasta).

Na Europa e também cada vez mais na Ásia, a mudança para fontes alternativas de produção de energia e demandas por NOx e CO2 mais baixos levaram a operações de caldeiras mais rígidas, além do uso de combustíveis alternativos (resíduos urbanos, biomassa). Essas tendências, mais a queima de carvão de baixa qualidade, aumentaram a quantidade de corrosão e desgaste que está sendo visto nos tubos da caldeira.

A qualidade e o desempenho do revestimento, o custo do revestimento, a redução do tempo de inatividade para aplicar revestimentos no local, tubos novos versus reparo de tubos gastos no local etc. estão se tornando questões críticas na economia de muitas usinas de energia. A adição da empresa com sede nos EUA, WherTec, ao grupo Castolin Eutectic em 2014 trouxe 16 anos de experiência em revestimento de caldeiras, bem como tecnologias inovadoras de revestimento a laser e revestimentos de pasta fluida para o portfólio.

Densificação e revestimento a laser

A Castolin Eutectic desenvolveu um processo químico térmico que "densifica" o revestimento pulverizado termicamente. Este processo de densificação acoplado ao processo de pulverização de arco (usando as linhas de produtos de revestimento BTC e TubeArmor) é adequado para revestir paredes de água em caldeiras de biomassa e resíduos para energia, onde a corrosão é um importante mecanismo de desgaste.

Enquanto isso, a tecnologia de laser de diodo de alta potência (HPDL) permitiu que a anteriormente promissora, mas cara, tecnologia de revestimento a laser se tornasse uma solução de corrosão econômica para grandes áreas de superfície de caldeiras nas oficinas da empresa. Materiais do tipo Inconel com espessuras de até 0,7 mm são produzidos e oferecem melhores propriedades (menor diluição, menor zona afetada pelo calor, estrutura mais fina, superfície de revestimento lisa) sobre o tradicional revestimento de caldeira de sobreposição de solda. Nos EUA, várias centenas de metros quadrados de tubos de caldeira revestidos a laser são instalados em caldeiras.

Estudos de caso do mundo real

Na maior usina de energia movida a linhito da Europa, com 5.053MW, na Polônia, onde o desgaste por erosão nos tubos do superaquecedor era predominante, testes com vários revestimentos de aspersão térmica durante um período de oito anos identificaram um claro vencedor, o revestimento Eutronic Arc 595 pulverizado com equipamento Castolin Eutectic na oficina de serviços da empresa. O Arc 595 é uma liga à base de Fe muito dura e estendeu a vida útil do tubo do superaquecedor em até sete anos em comparação com os tubos originais de aço nu. Mais de 46 km de tubos e cotovelos foram revestidos para cada uma das seis caldeiras.