Taller Ibr API 581
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CTI Solari 1
CTI Solari 1
TALLER
DETERMINACION DEL SUBFACTOR MODULO
TECNICO TMSF
CTI Solari 2
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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CTI Solari 2
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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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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 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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CTI Solari 13
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.
CTI Solari 14
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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CTI Solari 49
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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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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CTI Solari 51
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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CTI Solari 55
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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CTI Solari 57
( ) ( ) ( )( )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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CTI Solari 62
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CTI Solari 64
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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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CTI Solari 69
CTI Solari 70
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CTI Solari 71
CTI Solari 72
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CTI Solari 73
CTI Solari 74
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CTI Solari 75