Falha por corrosão por fadiga de tubos em caldeiras aquatubulares

//Chemicals Industries Division of HSE está ciente de três falhas relativamente recentes associadas a caldeiras aquatubulares. Cada um deles parece ter sido causado por fadiga por corrosão dos tubos da parede externa da água. Este alerta, dirigido em particular ao setor das indústrias químicas, descreve as ocorrências e delineia as ações que devem ser tomadas pelos encarregados.

Nota: a fadiga por corrosão é causada por uma combinação de um mecanismo corrosivo e fadiga gerada por tensões mecânicas ou térmicas.

Todas as três caldeiras eram alimentadas a gás, com design de tubo 'D' (mostrado ao lado) e com cerca de 30 anos de idade, com pressões de operação de 80 barg. Nesse período, eles viram serviços contínuos e intermitentes.

Dois dos três incidentes resultaram em uma falha do tipo 'vidraça', onde um cupom de material foi ejetado do tubo da parede da caldeira. Estes são mostrados nas fotos abaixo. Tal falha pode representar um risco muito sério de ferimentos, seja do próprio cupom ou da liberação resultante de vapor de alta pressão. No terceiro incidente, uma rachadura longitudinal no tubo resultou na liberação de vapor dentro da caldeira com energia suficiente para explodir uma porta de passagem.

Em cada caso, os tubos danificados foram posicionados nas extremidades das caldeiras, perto da estrutura principal. Duas das falhas ocorreram em dobras formadas a frio (uma na curva superior e outra na inferior). A terceira falha foi em uma seção reta do tubo.

Inspeção detalhada usando boroscópios de vídeo, sonda de ângulo UT e testes destrutivos revelaram que rachaduras por fadiga de corrosão (embora diminuindo em magnitude) eram evidentes até cerca de 12 tubos das extremidades.

Investigações de incidentes sugerem que as partes mais estressadas dos tubos (como curvas ou outras áreas próximas a buckstays ou suportes) podem ser as mais vulneráveis. Podem ser impostas tensões térmicas adicionais nos tubos finais das estruturas da caldeira.

Acredita-se que o precursor do ataque de corrosão surge de controles insatisfatórios do lado da água durante as interrupções da caldeira, em vez de um tratamento de água ruim em serviço (Referência 1). A corrosão penetra na camada de magnetita que se forma naturalmente, formando poços. A morfologia do defeito sugere que a trinca por fadiga se origina dos pites de corrosão que então se juntam para produzir trincas.

As investigações revelaram que, embora cada uma das caldeiras tivesse um extenso histórico de inspeção (periodicidades de 4 e 3 anos, respectivamente), essas inspeções se concentravam predominantemente nos tambores de vapor e lama. Somente inspeções muito limitadas foram realizadas nos próprios tubos, e estas se concentraram predominantemente no afinamento da parede causado pela corrosão sob o isolamento. Embora alguma detecção de trinca tenha sido referenciada nos esquemas de exame, isso não levou em consideração a fadiga ou fadiga por corrosão em relação aos tubos da parede de água.

Também parece provável que várias falhas nos tubos nos anos anteriores a esses incidentes possam ter sido causadas por fadiga por corrosão, mas foram erroneamente atribuídas a falhas devido ao superaquecimento.

Embora seja duvidoso que a condição dos fechos da porta de inspeção associada à terceira falha tenha contribuído para a gravidade deste incidente, foi reconhecida a importância de estabelecer adequadamente a condição e adequação para o propósito destes e outros fechos durante as inspeções de interrupção.

No momento em que escrevo, parece que a inspeção por videoscópio dos internos do tubo mais a inspeção externa por UT com sonda angular são as únicas técnicas apropriadas. A pesquisa está em andamento para ver se outras técnicas, como métodos de correntes parasitas rotativas (semelhantes ao IRIS), podem ser utilizadas.

As investigações de HSE também revelaram que os envolvidos na realização de revisões técnicas e avaliações de integridade baseadas em risco, juntamente com os próprios inspetores, embora experientes e qualificados em plantas de processos químicos convencionais, não eram especialistas em caldeiras ou aquecedores acionados.