Descripción de mecanismos de desgaste estandarizados en la norma API 571

En este escrito se hará una descripción de varios mecanismos que causan daño a los equipos fijos o estáticos del sector de hidrocarburos, en especial la refinación. Para esto, me basé en la norma “API 571 Mecanismos de daño que afectan equipos fijos en la industria de refinación”.

Fragilización a 475 ºC

Descripción de los daños: a 475 °C, la fragilidad produce una disminución de la resistencia debido a una transformación metalúrgica que puede suceder en las aleaciones que contienen una fase de ferrita, como resultado de la exposición en el rango de temperatura de 316 °C a 540 ºC.

Materiales Afectados

a) Aceros de la serie SS (por ejemplo, 405, 409, 410, 410S, 430 y 446)

b) Los aceros inoxidables dúplex, como las aleaciones 2205,2304 y 2507.

c) Forjado y fundido de la serie 300 SS que contiene ferrita, en particular las soldaduras y superposición de soldadura.

Factores Críticos

a) La composición de la aleación, en específico el contenido de cromo, la cantidad de la fase ferrita y la temperatura de operación son factores críticos.

b) Incrementando la cantidad de fase ferrita, aumenta la susceptibilidad a los daños cuando se trabaja en un alto rango de temperatura de interés. Un aumento drástico en la temperatura de transición dúctil a frágil puede ocurrir.

c) Una consideración principal, es el tiempo de operación en la temperatura dentro del rango de temperatura crítica. El daño es acumulativo y son resultados de la precipitación de una fase intermetálica fragilizada que ocurre más fácilmente en aproximadamente 475 ºC. Se necesita más tiempo para llegar a la fragilidad máxima en temperaturas por encima o por debajo de 475 ºC. Por ejemplo, miles de horas pueden ser necesarias para causar fragilización a 316 ºC.

d) Desde 475 ºC la fragilidad puede ocurrir en un período de tiempo relativamente corto, generalmente se supone que los materiales susceptibles que han estado expuestos a las temperaturas en los rangos 371 °C a 538 ºC son afectados.

e) El efecto sobre la resistencia no se pronuncia en la temperatura de funcionamiento, pero es significativa a menores temperaturas experimentadas durante el cierre de plantas, empresas nuevas o quebradas.

f) La fragilización puede resultar de revenido a altas temperaturas o por la influencia dentro o a través de refrigeración en el rango de transformación.

Equipos o unidades afectadas

a) A 475 °C, la fragilización se puede encontrar en cualquier unidad, donde las aleaciones susceptibles son expuestas a un rango de temperatura de fragilización.

b) Muchas compañías de refinación restringen el uso de aceros inoxidables ferríticos a las aplicaciones sin presión en la frontera porque este es un mecanismo de daño.

c) Los ejemplos más comunes incluyen bandejas fraccionadas y el funcionamiento interno de los buques de alta temperatura utilizada en FCC, el crudo, vacío y unidades de coquización. Las fallas típicas incluyen grietas cuando se trata de soldadura o enderezar las grietas, de material dañado de la cima de las bandejas tipo 409 y 410 (ocurre ocasionalmente con las puntas de bandejas de vacío de estos materiales).

d) Otros ejemplos incluyen el acero inoxidable dúplex en tubos de intercambiadores de calor y otros componentes expuestos a temperaturas superiores a 316 ºC durante períodos prolongados de tiempo.

Apariencia o morfología del daño

a) A 475 °C, la fragilización es un cambio metalúrgico que no es evidente con metalografía, pero se puede confirmar a través de pruebas de flexión y/o de impacto.

b) La existencia de fragilización a 475 °C puede ser identificada por un aumento en la dureza de las zonas afectadas.

c) La fragilización durante la prueba de flexión o ensayo de impacto de las muestras fuera de servicio es el indicador más positivo de la fragilidad a 475 °C.

Prevención y Mitigación

a) La mejor manera de prevenir la fragilidad a 475 °C es utilizar aleaciones con poca ferrita o aleaciones no ferríticas, también es recomendable evitar exponer el material susceptible al rango de fragilización.

b) Es posible minimizar los efectos de fragilidad a través de modificaciones en la composición química de la aleación, sin embargo, un material resistente no siempre puede estar disponible fácilmente en la mayoría de las formas comerciales.

c) La fragilidad a 475 °C es reversible mediante un tratamiento térmico disolviendo los precipitados, seguida de una disminución de la temperatura. La temperatura del tratamiento térmico de fragilización es normalmente 593 ºC o más y no puede ser práctica para muchos artículos del equipo. Si el componente desfragilizado se expone a las mismas condiciones de servicio este se puede refragilizar más rápido que como lo hizo inicialmente.

Inspección y monitoreo

a) Las muestras de las pruebas de impacto y/o flexión fuera de servicio son los indicadores más positivos de un problema.

b) La mayoría de los casos de fragilidad se encuentran en forma de agrietamiento durante ciclos, o durante el arranque o apagado cuando el material está por debajo de 93 ºC y los efectos de la fragilidad son más perjudiciales.

c) Un incremento en la dureza es otro procedimiento de evaluación de la fragilidad a 475 ºC