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TALLER

DETERMINACION DEL SUBFACTOR MODULO

TECNICO TMSF

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TECHNICAL MODULES Thinning (Appendix G) Stress Corrosion Cracking (Appendix H) High Temperature Hydrogen Attack

(Appendix I) Furnace Tubes (Appendix J) Mechanical Fatigue (Piping only) (Appendix K) Brittle Fracture (Appendix L) Equipment Linings (Appendix M) External Damage (Appendix N)

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PRDIDA DE MATERIAL GENERALIZADAPOR CORROSIN / EROSIN Consiste en una disminucin del espesor por

prdida de metal en un rea significativa del equipo.

Dentro de la misma regin las velocidades de corrosin varan en un factor 4 para ser considerada corrosin generalizada.

La velocidad de corrosin puede determinarse por medicin de la disminucin de los espesores en funcin del tiempo o por medio de grficos en funcin de materiales, tiempo y ambiente.

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PRDIDA DE MATERIAL LOCALIZADAPOR CORROSIN / EROSIN

La velocidad de corrosin vara considerablemente dentro de la misma regin.

La corrosin localizada puede ser de diversos tipos: picado (que produce cavidades), corrosin galvnica selectiva en las regiones entre dos materiales electroqumicamente diferentes, corrosin selectiva en la ZAC, corrosin en rendijas por concentracin localizada del agente agresivo.

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PRDIDA DE MATERIAL LOCALIZADAPOR CORROSIN / EROSIN

En general cuanto mas resistente es un material a la corrosin generalizada, en caso que ocurra corrosin esta es probable que sea localizada.

Cuando se detecta c. localizada se debe caracterizar todo el rea con prdida de espesor.

Es difcil determinar una velocidad de corrosin.

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DATOS DEL EQUIPO ESTADO 1Material A285 grCTension de Rotura MPa 414Tension de Fluencia MPa 260Tensin Flow MPa 337Tensin Admisible MPa 173Espesor nominal t (mm) 9,50Presion MPa 1,8Diametro mm 1500Veloc.Corrosin r (mm/ao) 0,2Sobreespesor Corrosin CA 1,6Edad a (aos) 25

DETERMINAR EL TMSF PARA EL SIGUIENTE RECIPIENTE

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Analizar los siguientes casos: Determinar el TMSF por Perdida de Espesor para el mismo recipiente considerando los siguientes casos y comparar los resultados y posibles acciones a seguir:

Velocidad de corrosin 0,1 mm/ao, 5 aos de servicio, sin ninguna inspeccin previa. Velocidad de corrosin 0,1 mm/ao, 20 aos de servicio, sin ninguna inspeccin previa. Velocidad de corrosin 0,1 mm/ao, 20 aos de servicio, con una inspeccin muy efectiva. Velocidad de corrosin 0,1 mm/ao, 40 aos de servicio, sin ninguna inspeccin previa. Velocidad de corrosin 0,1 mm/ao, 40 aos de servicio, con una inspeccin muy efectiva.

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(Appendix I) Furnace Tubes (Appendix J) Mechanical Fatigue (Piping only) (Appendix K) Brittle Fracture (Appendix L) Equipment Linings (Appendix M) External Damage (Appendix N)

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FRACTURA POR FATIGA Se presenta causada por

solicitaciones de traccin, alternativas

Las fisuras por fatiga son generalmente transcristalinas sin ramificaciones. Exhiben las caractersticas marcas que indican diversas posiciones del frente de fractura durante su crecimiento (beach marks)

Se presentan tres etapas: iniciacin, propagacin progresiva y fractura rpida de la seccin remanente.

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FISURA POR FATIGA

Fisura por fatiga que crece a partir de dao por desgaste, marcas circunferenciales, en un vstago de vlvula globo un acero inoxidable tipo 416.La fisura esta localizada prxima a la fractura con mltiples inicios por fatiga

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EFECTO DE LA CORROSIN SOBRE LA FATIGA

Log Ciclos hasta la Fatiga (N)

Am

plitu

d de

Ten

sion

es C

clic

as

Limite de fatiga (Endurance limit)

Fatiga con Corrosin

No existe un Lmite de Fatiga definido con corrosin

Fatiga sin Corrosin

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EJEMPLO:FATIGA EN CAERIAS

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DETERMINAR EL TMSF PARA FATIGA DEL SIGUIENTE SISTEMA:

Se desea evaluar el riesgo a la fatiga de una caera de 2 que opera en una planta petroqumica con productos conteniendo hidrgeno a 150 Kg/cm2 y 100 C. La longitud de la caera es de 65 metros, presentando 18 conexiones. La caera, que conecta equipos estticos, tiene una conexin conectada a un compresor. Existen dos pequeas conexiones con vlvulas no soportadas. Las soldaduras cumplen con los requerimientos de dureza mxima en la ZAC recomendados para servicio con hidrgeno. La lnea ha operado durante 10 aos. Existe antecedentes de instalaciones similares en que una prdida de hidrgeno provoc una explosin con prdida de varios equipos prximos. Se ha reportado un incidente con fisuras en una soldaduras de unin entre la caera y una brida, la fisura provoc una prdida que fue detectada. Las uniones son tipo weldolets. Los soportes de la caera han sido correctamente diseados e instalados en el montaje inicial de la planta. Hace doce meses, durante un paro de planta, se modific parcialmente el trazado de la lnea para minimizar vibraciones. La modificacin se realiz sin un anlisis de ingeniera.

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APLICABILIDAD DEL MODULO TCNICO DE FATIGA

Se trata de una caera? Se han producido fallas anteriores por

fatiga? Se observan vibraciones audibles o

visibles? Hay una fuente de vibraciones cclicas

conectada directa o indirectamente a travs de una estructura?

Si se trata de una caera y alguna de estas respuestas es SI resulta el mdulo tcnico aplicable

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FALLAS POR FATIGA PREVIA

500MAS DE UNA

50UNA

1NINGUNA

SUSCEPTIBILIDAD BASICAFALLAS PREVIAS?

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VIBRACIONES AUDIBLES O VISUALES

500SEVERA

50MODERADA

1MENOR

SUSCEPTIBILIDAD BASICA

VIBRACIONES AUDIBLES O VISUALES?

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FACTOR DE AJUSTE POR VIBRACIONES

0,0213 a 52

0,22 a 13

10 a 2

FACTOR DE AJUSTE POR VIBRACIONES

VIBRACIONES POR MAS DE X SEMANAS

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TIPO DE FUERZAS CICLICAS

1NINGUNA

10VALVULAS CON ALTA CAIDA DE PRESION

25RV CHATER

50MAQUINAS ALTERNATIVAS

SUSCEPTIBILIDAD BASICAFUENTES DE FUERZAS

CICLICAS CONECTADAS DENTRO DE LOS 15 METROS

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SELECCIN ENTRE LAS SUSCEPTIBILIDADES BASICAS

SELECCIONAR LA MAYOR DE LAS TRES

TIPO DE FUERZAS CICLICAS

VIBRACIONES

FALLAS PREVIAS

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ACCIONES CORRECTIVAS TOMADAS

2SIN MODIFICACIONES

0,2MODIFICACION BASADA EN LA EXPERIENCIA

0,002MODIFICACIONES BASADAS EN ANALISIS DE INGENIERIA

COMPLETA

FACTOR DE AJUSTE DE LA BASE SELECCIONADA

ACCIONES CORRECTIVAS TOMADAS

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COMPLEJIDAD DEL SISTEMA

2Mas de 10

15 a 10

0,50 a 5 ramales, fittings, etc

FACTOR DE AJUSTECOMPLEJIDAD EN 15 M DE CAERA

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DISEO DE JUNTAS

0,2Weldolet1Saddle in2Saddle on2Socket welded2Roscadas

FACTOR DE AJUSTEDISEO DE JUNTAS

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CONDICIN DE LA CAERA

1Buenas condiciones

2Soportes soldados directamente a la

caera

2Pesos sin soportacin2Soportes daados/faltantes

FACTOR DE AJUSTECONDICION

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DIAMETROS DE RAMALES

0,02Todos los ramales >2

1Ramales 2 o menores

FACTOR DE AJUSTEDIAMETRO DE RAMAL

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TMSF FATIGA

El Sub Factor Mdulo Tcnico se limita a un mximo de 5000

Valores de 5000 o mayores indican muy alta probabilidad de falla, casi la certeza de falla

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TECHNICAL MODULES Thinning (Appendix G) Stress Corrosion Cracking (Appendix H) High Temperature Hydrogen Attack

(Appendix I) Furnace Tubes (Appendix J) Mechanical Fatigue (Piping only) (Appendix K) Brittle Fracture (Appendix L) Equipment Linings (Appendix M) External Damage (Appendix N)

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TENDENCIA A LA FRACTURA FRGIL Las tensiones multiaxiales, las bajas

temperaturas, y las altas velocidades de deformacin contribuyen a aumentar el riesgo a la fractura frgil de los aceros. Los espesores gruesos tambin incrementan el riesgo.

La capacidad de minimizar el riesgo a la fractura frgil es calificada segn la capacidad de absorber un cierto nivel de energa en el ensayo de impacto (CharpyV) en funcin de la temperatura del ensayo.

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Probeta Charpy V

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TENDENCIA A LA FRACTURA FRGILTemperatur

a del Ensayo (C)

Energia Absorbida

J Kpm/cm2 Calificacin

- 20 28 3.5 ---

+/- 0 28 3.5 X

+20 28 3.5 XX

- No Garantiza No Garantiza

XXX Alto Riego

Ensayos segn DIN 50115, 3 probetas ISO V. Valor Mnimo individual 16 J.

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Zona caractersticas de una curva de CHARPY

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TENDENCIA A LA FRACTURA FRGIL

Para minimizar el riesgo a la Fractura Frgil se debe: Eliminar las tensiones residuales por medio de un Tratamiento Trmico de Alivio de Tensionesposterior a la soldadura. Precalentar las chapas gruesas para reducir los picos de tensiones. Evitar las entallas. Utilizar una secuencia de soldadura adecuada para minimizar la contraccin. Utilizar aceros que garanticen una adecuada tenacidad a la fractura.

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FRACTURA FRGIL La mas comn fractura frgil

en aceros al C y de baja aleacin es la transgranular por clivaje. No se observa deformacin plstica apreciable asociada con la fractura. Propagacin rpida.

Se inicia en concentradores de tensiones (discontinuidades)

Las bajas temperaturas y el envejecimiento por deformacin pueden causar fragilidad

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FRACTURA FRGIL INTERGRANULAR En los aceros Cr-Mo

se puede producir la fragilidad por revenido (TemperEmbrittlement) que causa fractura frgil intergranular

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SUPERFICIES DE FRACTURA FRGIL

Intercristalina 2500x Transcristalina 1000x

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FACTORES QUE FAVORECEN LA F. FRGIL

Entallas: actan como concentradores de tensiones, esquinas, orificios, daos mecnicos.

Grandes inclusiones, solapes, laminaciones originadas durante la fabricacin.

Segregaciones, porosidades, fisuras por fatiga, fragilidad por hidrgeno, SCC, templado, mecanizado.

Tensiones residuales

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Material A285 grCTratamiento Termico PWHT NoTension de Rotura MPa 414Tension de Fluencia MPa 260Tensin Flow MPa 337Tensin Admisible MPa 173Espesor nominal t (mm) 50,00Presion MPa 10Temperatura minima C -20Diametro mm 1500Veloc.Corrosin r (mm/ao) 0,2Sobreespesor Corrosin CA 1,6Edad a (aos) 25

DETERMINAR EL TMSF PARA EL SIGUIENTE RECIPIENTE SOMETIDO A PRESION

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TECHNICAL MODULES Thinning (Appendix G) Stress Corrosion Cracking (Appendix H) High Temperature Hydrogen Attack

(Appendix I) Furnace Tubes (Appendix J) Mechanical Fatigue (Piping only) (Appendix K) Brittle Fracture (Appendix L) Equipment Linings (Appendix M) External Damage (Appendix N)

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FRACTURA FRGIL TRANSGRANULAR POR SCC

Corrosin Bajo Tensiones transgranular, y ramificadas, generalmente originadas en los aceros inoxidables austenticos por la presencia de tensiones de traccin y cloruros.

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FRACTURA FRGIL INTERGRANULAR POR SCC (A.POLITINICOS EN A.I.AUSTENITICOS)

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FRACTURA FRGIL INTERGRANULAR POR SCC (A.POLITINICOS EN A.I.AUSTENITICOS)

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DESCRIPCION DEL EQUIPO El equipo tiene una longitud de 35675 mm con un dimetro interior de 1000 mm, espesor envolvente y casquetes de 64 mm fabricados de A -204 Grado C respectivamente, el interior tiene un cladding de A 240 tp 304L de 3 mm de espesor. El equipo esta aislado exteriormente. Fue diseado para una presin de 154,7 Kg/cm2 con presin de prueba hidrosttica de 211 Kg/cm2 para operar a 329C segn diseo, aunque puede haberse utilizado hasta 460C. Tiene servicio con hidrgeno (presin parcial de hidrgeno 90-119 Kg/cm2). No se emplearon practicas recomendadas por NACE para neutralizar durante paros

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DESCRIPCION DE LAS FALLAS Verificacin de Equipos detect fisuras superficiales

durante una inspeccin en el interior del Reactor empleando el mtodo de Tintas Penetrantes PT

Se determin la presencia del tipo de dao: fisuras superficiales ramificadas localizadas en la chapa de acero inoxidable A 240 tp 304L, perteneciente al cladding que recubre interiormente el reactor.

La inspeccin con PT mostr que las fisuras ramificadas estaban extendidas cerca de las soldaduras en la mayor parte de las virolas que conforman el reactor.

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FISURAS EN EL CLADDING

Extraccin de una probeta para observacin metalogrfica y ensayo con PT

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CTI Solari 45FISURAS

Caso 3 Fisuras intergranulares en el acero 304L sensitizadocausada por cidos politinicos

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MICROSCOPIA OPTICA

Microestructura del cladding se observan granos de austenita maclada con

precipitacin de carburos en bordes de grano

(sensitizacin). 200x

Granos de austenita maclada con carburos precipitados en

bordes de grano. La precipitacin de carburos es

condicin necesaria para que el material resulte susceptible a la

SCC por politinicos. 800x.

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MICROSCOPIA OPTICASuperficie interior del recipiente

Cortes del cladding se observan fisuras intergranulares tpicas de SCC por acidos politinicos. Las fisuras penetran cerca de 1,5 mm. Algunos granos se han

desprendido. 50x y 200XCTI Consultores de Tecnologa e Ingeniera S.R.L.

CTI Solari 48CTI Consultores de Tecnologa e Ingeniera S.R.L.

Metal BaseAcero Inoxidable 304 L

Direccin de crecimiento de la fisura

Superficie interior del reactor

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DETERMINAR EL TMSF PARA CORROSION BAJO TENSIONES POR ACIDOS POLITIONICOS

El equipo tiene una longitud de 35675 mm con un dimetro interior de 1000 mm, espesor envolvente y casquetes de 64 mm fabricados de A -204 Grado C respectivamente, el interior tiene un cladding de A 240 tp 304L de 3 mm de espesor. El equipo esta aislado exteriormente. Fue diseado para una presin de 154,7 Kg/cm2 con presin de prueba hidrosttica de 211 Kg/cm2 para operar a 329C segn diseo, aunque puede haberse utilizado hasta 460C. Tiene servicio con hidrgeno (presin parcial de hidrgeno 90-119 Kg/cm2). No se emplearon practicas recomendadas por NACE para neutralizar durante paros

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EJEMPLO:ATAQUE POR HIDROGENO A ALTA TEMPERATURA EN UN RECIPIENTE A PRESION

DE ACERO Cr - Mo

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HTHA Ataque por Hidrgeno a Alta Temperatura

Ocurre en aceros al C y de baja aleacin en presencia de hidrgeno y alta temperatura (> 250C). El hidrgeno atmico difunde dentro del material y reacciona con el C, luego se forma gas metano en bordes de grano que origina microfisuras (intergranulares) y descarburacin.

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FISURAS POR ATAQUE POR HIDRGENO EN LA ZAC

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FISURAS POR ATAQUE POR CREEP / ATAQUE POR HIDRGENO EN LA ZAC

Microcavidades en bordes de grano situadas a continuacin de las microfisuras

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( ) ( ) ( )( )14log1009.3log 42

++= tTxPP Hv

SUSCEPTIBILIDAD AL ATAQUE POR HIDRGENO

La susceptibilidad al ataque por hidrgeno (HTHA High Temperature Hydrogen Attack) se evala segn API 581 calculando el factor Pv:

P H2 100 Kgf/cm2T 500 C 773 Kt 34 aos 297840 horas

Pv 6,65

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DETERMINAR TMSF ATAQUE POR HIDROGENO A ALTA TEMPERATURA

Equipo reactor reformador esfrico, construido en acero 1 1/4 Cr Mo, con un espesor de 70 mm, que operan con una presin parcial de Hidrgeno 100 Kg/cm 2 , una temperatura de 500 C, y que ha estado en servicio durante 34 aos.

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ACCIONES REQUERIDAS PARA INSPECCIONAR HTHA-ATAQUE POR HIDRGENO A ALTA TEMPERATURA-

N/ANo InspeccionarTMSF

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PROCESO DE EVALUACION DE APTITUD PARA EL SERVICIO PARA COMPONENTES FISURADOS

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PROCESO DE EVALUACION DE APTITUD PARA EL SERVICIO PARA COMPONENTES FISURADOS

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PROCESO DE EVALUACION DE APTITUD PARA EL SERVICIO PARA COMPONENTES FISURADOS

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