Oxidação interna de tubos de caldeira a vapor

Novo tipo de inspeção para oxidação interna de tubos de caldeira a vapor já está disponível no mercado.

Semelhante ao acúmulo de placas de colesterol nas artérias cardíacas, a oxidação interna de tubos de caldeiras a vapor podem provocar um verdadeiro infarto ao seu projeto, gerando falhas por colapso. A AWI Service inova e oferece ao mercado esse novo tipo de inspeção para medição do fenômeno.

As altas temperaturas de cerca de 800 °C encontradas dentro das caldeiras a vapor podem provocar a formação de um tipo específico de óxido de ferro duro e quebradiço, chamado magnetita, na superfície interna e externa dos tubos da caldeira de aço. Em temperaturas muito elevadas, o vapor da água reage com o ferro presente no aço e forma magnetita e hidrogênio de acordo com a seguinte fórmula:                                oxidação de tubos de caldeira a vaporA velocidade desta reação aumenta conforme a temperatura. Os átomos de oxigênio se expandem para o interior através da camada de magnetita, enquanto os átomos de ferro se expandem para o exterior, de modo que a camada continua a crescer mesmo quando a superfície do tubo está toda coberta.

Falhas por colapso

A camada de magnetita atua como isolante térmico no tubo, uma vez que a condutividade térmica da camada é de apenas 5% do aço, aproximadamente. Quando o calor não pode mais ser transferido pelo fogo através do tubo para dentro do vapor, a parede do tubo atingirá temperaturas muito superiores à variação de temperatura para o qual foi projetada. A exposição a temperaturas extremamente altas a longo prazo, juntamente com a alta pressão interna do tubo, provoca microfissurações intergranulares e deformação (um pequeno abaulamento ou dilatação do metal), o que, por sua vez, causa, eventualmente, falhas por colapso.

Um efeito secundário é a exfoliação do óxido, em que pedaços da camada de óxido se quebram (geralmente devido à tensão térmica causada ao se ligar e se desligar a caldeira). Essas peças duras são transportadas pelo fluxo de vapor para a turbina, que, ao longo do tempo, causará corrosão.

Diminuição da vida útil das caldeiras

Com a oxidação interna de tubos de caldeiras a vapor, o aumento da camada de magnetita e os dados metálicos associados a ele são os principais fatores que diminuem a vida útil do tubo da caldeira. O processo começa lentamente e depois acelera; à medida que acamada fica mais espessa, a parede do tubo fica mais quente e isto aumenta o crescimento da camada e os danos causados ao metal. Pesquisas na indústria de geração de energia têm indicado que o efeito da camada é relativamente pequeno em espessuras de até 0,3 mm, mas acima desta espessura os efeitos negativos da camada aumentam rapidamente.

A medição periódica da espessura da camada permite ao operador do sistema estimar a vida útil restante do tubo, de identificá-los e de substituí-los antes que eles parem de funcionar. O teste por ultrassom é um método rápido de ensaio não destrutivo para medição de camadas. Os aparelhos portáteis, como o medidor  de espessura ou os detectores de defeitos, podem medir as camadas internas de óxido com espessura de 0,2 mm usando o transdutores (linha de atraso de 20 MHz), geralmente recomendado.

Oxidação interna de tubos de caldeiras a vapor. Medição típica de óxido interno com medidor de espessura e transdutor de linha de atraso M2017 (ampliado)

Oxidação interna de tubos de caldeiras a vapor. Medição típica de óxido interno com medidor de espessura e transdutor de linha de atraso M2017 (ampliado)

Oxidação interna de tubos de caldeiras a vapor. Medição típica de óxido interno com o detector de defeitos e o transdutor de linha de atraso M2017; eco da linha de atraso mostrado à esquerda

Oxidação interna de tubos de caldeiras a vapor. Medição típica de óxido interno com o detector de defeitos e o transdutor de linha de atraso M2017; eco da linha de atraso mostrado à esquerda

O transdutor, com sonda de onda de cisalhamento de 20 MHz, pode ser usado junto com o acoplante de ondas de cisalhamento para medir espessura de aproximadamente 1,52 mm. Em todos os casos, a superfície de acoplamento deve ser lisa e, em alguns casos, será preciso preparar a superfície.

Informações mais detalhadas sobre camadas de óxido (oxidação interna de tubos de caldeiras a vapor) e os efeitos causados na tubulação da caldeira podem ser encontradas no livro Metallurgical Failures in Fossil Fired Boilers, David N. French (John Wiley Sons, 1983).

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