Informe End de Caldero de Vapor

INFORME TÉCNICO Nº: 01 -2017/NORTEXTIL

INSPECCION POR ENSA E NSAYOS YOS NO DESTRUCTIVOS DE STRUCTIVOS CALDERA DE VAPOR

CLIENTE FECHA DE EJECUCIÓN LUGAR DE EJECUCIÓN

: NORTEXTIL S.A : 05-06 de Enero del 2017 : Cal. Rodolfo Beltran Nro. 719. Cercado De Lima

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de Pachacamac, Villa el Salvador Salvador - Lima Lima RUC: 20537276895 - Dirección Fiscal: Mz B-15, L-20. Los portales de Telf. !0-"#0$. &PM' %"$55$!52 email' servicios(i)*e)ieriadee)sa+os.com Cel.: %#0#220 e' .i)*e)ieriadee)sa+os.com

I. ANTECEDENTES A pedido del solicitante se ha realizado la inspección mediante ensayos no destructivos a un caldero de vapor cuyas características se indica el ítem V. Esta inspección se llevó a cabo en función de los lineamientos establecidos en la práctica recomendada de inspección API RP 573 y Código ASME, Sección V, para determinar el estado de la integridad mecánica de dicho equipo y así realizar las recomendaciones necesarias para su reparación, así como los periodos de inspección subsecuentes, y de esta forma incrementar la confiabilidad de las operaciones de la planta.

II. OBJETIVOS La inspección por ensayos no destructivos realizados a la caldera tienen los siguientes objetivos: •

•

•

•

Medición

de espesores por ultrasonido, con la finalidad de relevar los

espesores reales de las distintas partes componentes del recipiente, lo que permitirá evaluar las pérdidas de material debido a corrosión o cualquier otra causa que fuere. Ensayo por Partículas Magnetizables, con la finalidad de detectar defectos superficiales y sub-superficiales tales como fisuras, en los principales cordones de soldadura. Ensayo metalográfico no destructivo, tiene por objetivo caracterizar el material y determinar la degradación micro-estructural de la perlita por efecto temperatura - tiempo. Medición de dureza, con la finalidad de determinar indirectamente la resistencia del material

III. DOCUMENTOS APLICABLES • • •

• • • •

ASME SECCION I - Boilers and Pressure Vessels. API 573 - Inspection of Fired Boilers and Heaters ASTM E - 1351-96 Standard Practice for Production and Evaluation of Field Metallographic Replicas. ASTM E 112 - Standard Test Methods for Determining Average Grain Size. ASTM E 3-01 Standard Guide for Preparation of Metallographic Specimens. ASM HANDBOOK VOL. 17 Nondestructive Evaluation and Quality Control ASTM E110-Standard Test Method for Indentation Hardness of Metallic Materials by Portable Hardness Testers. Pág. 02 de 24 de Pachacamac, Villa el Salvador Salvador - Lima Lima RUC: 20537276895 - Dirección Fiscal: Mz B-15, L-20. Los portales de Telf. !0-"#0$. &PM' %"$55$!52 email' servicios(i)*e)ieriadee)sa+os.com Cel.: %#0#220 e' .i)*e)ieriadee)sa+os.com

• •

• • •

ASME SECCION V, Artículo 7. ASTM A956- Standard Test Method for Leeb Hardness Testing of Steel Products. Procedimiento N° 50-MT/IDE Procedimiento N° 60-RM/IDE Procedimiento N° 70-HT/IDE

IV. EQUIPOS Y MATERIALES. • • • • • • • • • • •

Yugo Marca MAGNAFLUX, Modelo Y-7, Capacidad 200 Amp. Partículas Magnéticas Visibles, Marca MET-L-CHEK, color negro. Pintura de contraste, Marca MET-L-CHEK, color blanco Lámpara de luz ultravioleta Durómetro marca Huatec. Modelo RHL50 Equipo de medición de espesores marca Time modelo TT100 Taladro marca Bosch. Lijas y Paños para Pulido. Replicas struers. Reactivos Químico Nital al 5%. Microscopio Metalográfico

V. IDENTIFICACION DE LA CALDERA • • • • • • • •

IDENTIFICACION MARCA SERIE N° MODELO MATERIAL AÑO DE CONSTRUCCION MAX. PRESION DE TRABAJO CAPACIDAD

: CALDERO DE VAPOR : ECLIPSE : -: ES-200 : SA 283 (REFERENCIAL) : 1995 : 150 PSI : 200 HP

VI. INSPECCION VISUAL DIRECTA Se observó que la cadera ha tenido fallos anteriores, se observa zonas reparadas en el hogar, placa delantera y placa posterior. - En la placa delantera se observa reparación en el cordón de soldadura flue con placa, también se observa algunos tubos soldados. Pág. 03 de 24 RUC: 20537276895 - Dirección Fiscal: Mz B-15, L-20. Los portales de Pachacamac, Villa el Salvador - Lima Telf. !0-"#0$. &PM' %"$55$!52 email' servicios(i)*e)ieriadee)sa+os.com Cel.: %#0#220 e' .i)*e)ieriadee)sa+os.com

-

En la placa posterior todos los tubos están soldados. También se nota reparación en el cordón de soldadura flue. En el flue se observa reparación en la pestaña adyacente a la placa posterior.

FOTO N° 1: Reparación anterior en placa delantera.

FOTO N° 2: Tubos soldados a la placa delantera

Parche (reparación)

Rajadura

FOTO N° 3: Reparación anterior en el flue

FOTO N° 4: Se muestra la zona reparada de la parte inferior de del casco. También se observa rajadura en la estructura exterior.

FOTO N° 5: Se muestra la parte inferior de del casco. Se observa que la plancha esta corroída y erosionada.

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RUC: 20537276895 - Dirección Fiscal: Mz B-15, L-20. Los portales de Pachacamac, Villa el Salvador - Lima Telf. !0-"#0$. &PM' %"$55$!52 email' servicios(i)*e)ieriadee)sa+os.com Cel.: %#0#220 e' .i)*e)ieriadee)sa+os.com

VII.

MEDICION DE ESPESORES POR ULTRASONIDO

7.1

ROCEDIMIENTO DE MEDICION. Se midieron espesores de pared de acuerdo a las recomendaciones de la API RP 573 y a los procedimientos aplicables, en la placa delantera, placa posterior, hogar y casco del caldero. La mediciones se realizaron por el método de ultrasonido y la técnica de contacto directo pulso-eco, con equipo medidor de espesores marca TIME modelo TT100.

FOTO N° 6: edición de espesores en placa delantera.

FOTO N° : edición de espesores al ho!ar del caldero.

FOTO N° 7: medición de espesores a casco del caldero.

FOTO N° 6: edición de espesores en placa posterior.

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7.2

RESULTADOS DE LA MEDICION DE ESPESORES.

!R"F#$" N°1: "alores de espesores en mm

FOTO N°7:

!R"F#$" N°2: "alores de espesores en mm

FOTO N°:

!R"F#$" N°3: "alores de espesores en mm# obtenidos en el ho!ar $flue%. Pág. 06 de 24


FOTO N°%: &onas de medición de espesores en el casco del caldero. Todos los valores est'n en mm

12.3

12.6

12.4

12.3

12.3

12.4 12.6

12.2 12.3

12.6

12.2

12.6

12.6

12.4 12.3

12.2

12.0

11.9

11.7 12.0

12.3

11.8

12.0 11.7

11.7

12.0 11.7 12.1

11.9

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TABLA1.- RESUMEN DE LA MEDICION DE ESPESORES "R&" '&#"

&P&OR '#N#'O **

&P&OR '"+#'O **

&P&OR NO'#N", R&F&R&N$#", **

P. delantera P. Posterior Hogar Casco

12.1 12.1 17.0 11.7

12.7 12.7 17.6 12.6

12.7 12.7 19.1 12.7

VIII.

&!"T& ** -

0.6 0.6 2.1 1.0

4.7 4.7 10.9 7.8

PARTÍCULAS MAGNÉTIZABLES VISIBLES, VIA HUMEDA

8.1 PROCEDIMIENTO Para efectuar la inspección primeramente se realizó la limpieza de los cordones de soldadura. Se realizaron con la técnica de yugo electromagnético y partículas magnéticas fluorescentes húmedas por el interior y secas contrastantes con el material a inspeccionar por el exterior, con corriente alterna y método de aplicación continua; bajo los lineamientos de ASTM E 709 y ASME Sección V.

FOTO N° 1: (roceso de limpieza de los cordones de soldadura

FOTO N° 11: (roceso de ma!netización y aplicación de las partículas ma!néticas para la detección de fisuras

Las siguientes partes de la caldera fueron inspeccionadas: Cordones de soldadura de la placa delantera Cordones de soldadura de la placa posterior Cordones de soldadura del hogar(flue) Parte inferior del casco. • • • •

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)ordón del flue

)ordón placa ,casco )ordón placa,flue

)ordón placa, casco

FOTO N° 12: )ordones de soldadura inspeccionada en la placa delantera

FOTO N° 13: )ordones de soldadura inspeccionada en la placa posterior y flue

)ordón placa, casco y templadores FOTO N° 14: )ordones de soldadura inspeccionada en la placa posterior

FOTO N° 15: (roceso de a!netizado y aplicación de las partículas ma!néticas en spray.

Rajadura FOTO N° 16: *a inspección del lado interior del +lue# *a verificación se realizó con l'mpara de luz ultravioleta.

FOTO N° 17: -nspección de la zona reparada del casco. Se detectó rajadura de la estructura.

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8.1

RESULTADO DE LA INSPECCION MEDIANTE PARTICULAS MAGNETICAS. 

Placa delantera: La inspección Con partículas magnéticas detectó una zona de fisura en la placa delantera. Esta fisura se indica en las siguientes fotografías.

FOTO N° 1: bicación de fisura en la placa delantera.

Fisura 6 Longitud 35 mm

Fi/ura ,0niud 22 **

FOTO N° 1%: +isura transversal que lue!o se propa!a por la interfase metal base soldadura. *on!itud aproximada //0 mm

FOTO N° 2: +isura. Pág. 10 de 24




HOGAR(FLUE): La inspección Con partículas magnéticas detectó varias fisuras en el hogar, en la pestaña al lado de la placa posterior. Estas fisuras se indican en las siguientes fotografías. FOTO N° 21: bicación de las fisuras en el ho!ar de la caldera.

Pe/aa de ue

FOTO N° 22: 1n esta zona de detecto tres fisuras# siendo la m's !rande de 2 mm de lon!itud y una profundidad de 3mm.  En

FOTO N° 23: 1sta zona se detectó 2 fisuras. *a m's !rande tiene una dimensión de 2 mm de lon!itud y una profundidad de 40mm.

la PLACA POSTERIOR y CASCO de la caldera no se detectó defectos. Pág. 11 de 24


IX. ENSAYO METALOGRAFICO NO DESTRUCTIVO(TECNICA DE LA REPLICA) 9.1 MARCO TEORICO. Evaluación de Vida Remanente a Partir del Grado de Esferoidización de la Perlita. Los materiales de un componente, en condiciones normales de operación, sometidos a la acción simultánea de esfuerzos mecánicos y altas temperaturas, sufren transformaciones de la microestructura con disminución progresiva de sus propiedades mecánicas. En condiciones anormales de operación (por ej. aumento de la temperatura del material), el daño se acelera pudiendo conducir a la rotura en corto tiempo. Un ejemplo de esta degradación son los aceros al carbono, usados en calderas que sufren en servicio transformaciones estructurales detectables por metalografía. La más evidente de ellas es la esferoidizacion de los carburos laminares de la perlita. Esto se produce como consecuencia de la disminución de la energía libre del sistema que acompaña la disminución de superficie de la interfase cementita-ferrita al pasar de la forma laminar a la forma esférica. La esferoidización permite detectar anormalidades en la historia térmica del material. Si en condiciones normales de operación el proceso de esferoidizacion se completa a lo largo de la vida útil de un determinado componente de una caldera, la presencia en la microestructura del material, de carburos coalescidos luego de poco tiempo de funcionamiento será indicio de un funcionamiento a temperaturas superiores a las normales. En otras palabras el componente tendrá una vida útil inferior a la prevista. En los aceros de baja y media aleación, durante el servicio se producen variaciones del tipo de precipitados (composición química, morfología y distribución. Esta variación es también, por lógica, función del tiempo y de la temperatura. Por lo tanto estudiando estas variaciones es posible determinar la vida remanente de un componente en servicio. Este método de evaluación se aplica, en particular para el material base. Los métodos utilizados para evaluar la vida residual de un componente a partir del grado de esferoidizacion de la perlita son cualitativos y dan una idea del tiempo de vida remanente por creep, del componente analizado. Las correlaciones existentes entre fracción de vida de creep y microestructura surgen de experiencias en servicio y estudios experimentales de laboratorio (ensayos acelerados de creep). La clasificación más utilizada corresponde a Toft y Marsden y se describe a continuación: Pág. 12 de 24


En el siguiente trabajo usaremos la Metalografía no destructiva (técnica de la réplica). El método metalográfico clásico es de tipo destructivo y por lo tanto no es aplicable al control de integridad y análisis de fallas de equipos industriales en servicio. La técnica de la réplica, da la posibilidad de proceder a un pulido local, sin necesidad de destrucción de la pieza para la extracción de la muestra. En definitiva, la Metalografía no Destructiva consiste en la preparación metalográfica de la superficie y la toma de la réplica, in situ, del componente a analizar.

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9.2 PROCEDIMIENTO La metodología de trabajo para la evaluación mediante Replicas al caldero de vapor es la siguiente: Ubicación de las zonas de réplicas en la caldera. Preparación Mecánica de las superficie metálica para toma de réplicas, mediante desbaste con lija al agua de 40 ,180 240µ,320 0µ,400µ,600µ,1000µ. Pulido: Alúmina 1µ Ataque Químico: Nital al 5%. Observación en el microscopio y registro fotográfico • •

• • •

FOTO N° 23: (roceso de amolado para em are ar la su erficie.

FOTO N° 23: (roceso de pulido y micropulido con lijas y al5mina

Repica *ea0rica

FOTO N° 23: (roceso de ataque químico y extracción Replicas.

FOTO N° 23: (roceso de an'lisis en laboratorio

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9.3 UBICACIÓN DE PUNTOS DE ANALISIS EN EL CALDERO El análisis metalográfico por réplicas se realizó en los siguientes lugares del caldero: Placa delantera (R1) Placa posterior (R2) Casco del caldero (R3) Hogar del caldero. (R4) y(R5) • • • •

Los puntos fueron escogido en lugares que se presume con defecto y/o detectadas en la inspección con partículas magnéticas.

R1

R2

FOTO N° 22: Replica R4# ubicado en placa delantera FOTO N° 22: Replicas R/# ubicado en placa posterior

R5 R5

R4

Pe/aa de ue

Pe/aa

Repica R5 uicad0 en 80na de i/ura

FOTO N° 22: Replicas ubicado en el flue. *a Réplica R6 est' en la zona central y la réplica R3 en la zona fisurada detectada previamente con (artículas ma!néticas.

R5

FOTO N° 22: Replica R3 ubicado en el casco del caldero. Pág. 15 de 24 RUC: 20537276895 - Dirección Fiscal: Mz B-15, L-20. Los portales de Pachacamac, Villa el Salvador - Lima Telf. !0-"#0$. &PM' %"$55$!52 email' servicios(i)*e)ieriadee)sa+os.com Cel.: %#0#220 e' .i)*e)ieriadee)sa+os.com

9.4 RESULTADOS DEL ANALISISMETALOGRAFICO 

PLACA DELANTERA: El análisis metalográfico realizado en un punto de la placa delantera nos revela una estructura de ferrita y perlita de tamaño de grano #7. La composición de fases es 70% de ferrita y 30% de perlita. Estructura es compatible a un Acero de medio carbono. La condicion del

material es eceptable. Ferrita

'icr0ra9a N°1 tomada en la placa delantera a un aumento de /007.

'icr0ra9a N°2# tomada en la placa delantera a un aumento de 6007. 8bservación9 1stadio intermedio de esferoidización de la perlita. *a estructura laminar es todavía evidente. Pág. 16 de 24




PLACA POSTERIOR: El análisis metalográfico realizado en un punto de la placa posterior nos revela una estructura de ferrita y perlita de tamaño de grano #7. La composición de fases es %69 de ferrita y 31% de perlita. Estructura compatible a un acero de medio carbono. La condicion del material es eceptable.

Ferrita

Perlita

'icr0 ra9a N°3# tomada en la alca osterior a un aumento de /007.

Ferrita

Perlita

'icr0ra9a N°4# tomada en la placa posterior a un aumento de 6007. 8bservación9 1stadio intermedio de esferoidización de la perlita. *a estructura laminar es todavía evidente.

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

CASCO: El análisis metalográfico realizado en un punto de la placa delantera nos revela una estructura de ferrita y perlita de tamaño de grano #7. La composición de fases es 72% de ferrita y 28% de perlita. Estructura compatible a un acero de medio carbono. La condicion del material es eceptable.

Ferrita

Perlita

'icr0 ra9a N°5# tomada en la alca delantera a un aumento de /007.

Perlita

F

Ferrita Ferrita

'icr0ra9a N°6# tomada en la palca posterior a un aumento de 6007. 8bservación9 1stadio intermedio de esferoidización de la perlita. *a estructura laminar es todavía.

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

HOGAR (FLUE): El análisis metalográfico realizado en el lado central del hogar (flue) nos revela una estructura de ferrita y perlita de tamaño de grano #7. La composición de fases es 68% de ferrita y 32% de perlita. Acero de medio carbono. La condicion de material es eceptable.

Ferrita Perlita

'icr0ra9a N°7# tomada en zona central del ho!ar a un aumento de 4007

Ferrita

Perlita

'icr0ra9a N°# tomada en la palca posterior a un aumento de 6007. 8bservación9 1stadio intermedio de esferoidización de la perlita. *a estructura laminar es todavía evidente. Pág. 19 de 24




FLUE: El análisis metalográfico realizado en el lado de la fisura detectado en la inspección con partículas magnéticas, nos revela una estructura de ferrita y perlita de tamaño de grano #7. La composición de fases es 68% de ferrita y 32% de perlita. Acero de medio carbono. La condicion de material es observable.

Perlita

Fisura

'icr0ra9a N°%# tomada en zona central del ho!ar a un aumento de /007.

Perlita completamente eseroi!i"a!a

Fisura

'icr0ra9a N°1# tomada en zona fisurada del flue a un aumento de 6007. Se observa que la perlita adyacente a la fisura est' completamente esferoizada. 1sto nos indica que esta zona presenta da:o microestructural.

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Perlita completamente eseroi!i"a!a Fisura

Ferrita

'icr0ra9a N°11# tomada en zona de fisura a un aumento de 6007. 8bservación9 *a esferoidizacion de la perlita es completa. *os carburos contin5an a!rupados en sus colonias ori!inales de perlita.

Ferrita Perlita completamente eseroi!i"a!a

'icr0ra9a N°12# tomada en zona de fisura a un aumento de 6007. 8bservación9 *a esferoidizacion de la perlita es completa. *os carburos contin5an a!rupados en sus colonias ori!inales de perlita.

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#.

$%D&C&'( D% DUR%)* +UP%RF&C&*,

0. PR'C%D&$&%('.

Se midieron la dureza del material de acuerdo a las recomendaciones de la norma ASTM A-596 y a los procedimientos aplicables, en la placa delantera, placa posterior, hogar y casco del caldero. La dureza se midió en los mismos puntos que se realizó el análisis metalográfico. Las mediciones se realizaron por el método Leeb, con equipo portátil medidor de dureza, marca Huatec modelo RHL 50.

FOTO N° 23 ; 24: uestran la medición de dureza en la placa delantera# en mismo punto de la Replica R4.

0.2 R%+U,*D'+

Los valores promedios obtenidos se indican en el siguiente cuadro.

AREA MEDIDA Placa delantera Placa posterior Flue Flue Casco

MEDIDA DE UREZA (HB) M1 M2 M3 128 130 132 125 127 129 138 140 146 120 117 118 112 110 109

PROMEDI O HB 130 127 141 118 110

OBSER. R1 R2 R3 R4 R5

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IX.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES De acuerdo con los resultados y el análisis de la información se concluye lo siguiente:



La placa delantera y flue presentan fisuras superficiales aparecidas en servicio.



Los espesores de la placa delantera, placa posterior, hogar y casco tienen desgaste aceptable, están dentro del rango permisible, por lo tanto se encuentran aptos para operar a la presión de diseño de 150 psi, por este concepto.



Los valores de dureza de la placa delantera, placa posterior, hogar y casco están dentro del rango esperado para aceros estructurales usados normalmente para fabricación de calderas.



El Hogar fe la caldera presenta daño microestructural localizado en la pestaña, al lado de la placa posterior. Los cambios microestructurales del material en esa zona (R5) fisurada respecto a un punto alejado de ella (R4), caracterizados por la presencia de carburos en la matriz metálica como producto de la esferoidización de la perlita, ratifican que el material en esa zona está sometido a temperaturas superiores al resto de la caldera, lo cual origina que el Angulo afilado se caliente más de lo normal.



La caldera puede seguir operando en las mismas condiciones de operación actuales si se cumplen las siguientes recomendaciones para garantizar su integridad:

RECOMENDACIONES:

•

•

Realizar las reparaciones por soldadura de las fisuras detectados en la placa posterior y hogar de la caldera, para la cual se elaborara la tecnología de la soldadura a utilizar en cada caso, se certificara el procedimiento de soldadura y al soldador que realizara el trabajo. Se realizara la inspección de las reparaciones realizadas y se emitirá un informe de calidad. Pág. 23 de 24


•

•

•

Realizar la prueba hidrostática a 1.5 la presión de trabajo con la finalidad de detectar posibles fugas de agua. Realizar la re calibración de válvulas de seguridad. Debido a que la caldera ya fue reparado anteriormente y haber presentado fisura en esta inspección; recomendamos realizar necesariamente la evaluación por en ensayos no destructivo después de 10 a 12 meses de operación

Lima 12 de Enero del 2017

Documentos adjuntos: • •

Certificados de personal Nivel II, según ASNT Certificados de equipos Utilizados

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Informe End de Caldero de Vapor

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