INCOLOY 800HT. Envelhecimento de Tubulação Operando em Altas Temperaturas UNIB-RS
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- Ian Salvado Gama
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1 1 INCOLOY 800HT Envelhecimento de Tubulação Operando em Altas Temperaturas UNIB-RS Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath Rio de Janeiro 01 de Setembro de 2016
2 2 Luis Carlos Greggianin SNQC 9346-END&IF-CTN1- ISN CNEN-MN 0408 Engº Inspeção de Equipamentos UNIB RS - Engenharia de Manutenção e Confiabilidade Braskem S.A. Tel Cel luis.greggianin@braskem.com Rodrigo Moraes Kunrath Engº Inspeção de Equipamentos UNIB RS - Engenharia de Manutenção e Confiabilidade Braskem S.A. Fone rodrigo.kunrath@braskem.com Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
3 3 Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 08 julho 2016 p 3
4 4 Sinopse Objetivo, processo e equipamentos Os Danos: Tubulação projeto antigo e novo Os Materiais: INCOLOY 800HT Inspeção Mecanismo de Dano Reparos soldagem Acompanhamento com Emissão Acústica Recomendações Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
5 5 Objetivo, Processo e Equipamentos Apresentar os danos ocorridos em tubulação de interligação entre os equipamentos: Forno + Reator + Trocador e as medidas corretivas Material: ASTM SB-407 UNS N08811 [INCOLOY 800HT] Unidade 24 Hidrodealquilação de Tolueno Função: Conversão de Aromáticos (Tolueno, Xileno e C9) para Benzeno Carga líquida de 13 t/h é pré-aquecida em trocador carga/efluente antes de entrar em forno e segue para reator onde recebe corrente de H2 Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
6 6 Tubos 800HT Diâmetro: 4 Diâmetro: 6 Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
7 7 Reator Forno Trocador Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 08 julho 2016 p 7
8 8 Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
9 9 Projetista: HRI [Hydrocarbon Research Inc] Projeto Operação Pressão [kgf/cm2] 52, Temperatura [ºC] Materiais Tubos Solda 1979 Projeto Original 1993 Projeto Revisado (Atual) SA-312 TP 316 UNS S31600 SB-407 UNS N08811 [INCOLOY 800HT] AWS 5.9 ER 316 UNS S31680 AWS 5.14 ERNiCrCoMo-1 UNS N06617 [INCONEL 617] Diâmetro [pol] 4 6 Espessura [mm] 13,5 18,3 Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
10 10 Os Danos: Tubulação projeto Original e Novo Danos: Projeto Original 1982 até 1993 material SA-312 TP316 Tempo operação: h Danos: trincas em solda Causa: formação de fase sigma oriunda de ferrita delta da solda original, pela exposição em temperatura de 650ºC Ensaios de Impacto nas soldas indicou baixa tenacidade Dureza elevada Recomendação Projetista: Substituição por INCOLOY 800HT Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
11 Ensaio de Impacto Charpy V Temperatura: 0ºC - Energia: J 129,5 115,7 125,5 121,6 115,7 111,8 109,8 104, ,7 Baixa tenacidade da solda 8,8 5,9 4,9 6,5 5,8 Tubo 4" velho Tubo 6" Novo Solda 4" Velha Solda 6" tubo novo Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
12 12 Fase Sigma Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
13 Projeto Revisado Material: ASTM SB 407 UNS [INCOLOY 800HT] Solda: AWS 5.14 ERNiCrCoMo-1 UNS N06617 [INCONEL 617] Sem TTAT Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
14 Projeto Revisado Material: ASTM SB 407 UNS [INCOLOY 800HT] Tubo extrudado da Liga de Fe-Cr-Ni com Carbono controlado e endurecida por solução sólida com Recozimento acima de 1148ºC Alta resistência a Carburização e Oxidação em Altas Temperaturas (acima de 590ºC) com alta Resistência Mecânica e a Fluência. Não forma fase sigma em longa exposição a 650ºC, não se tornando frágil. Facilidade de soldagem Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
15 15 Os Materiais: INCOLOY 800HT Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
16 16 Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
17 17 LR Solda Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
18 18 Consumível de Soldagem Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
19 19 Consumível de Soldagem API 582 Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
20 20 Consumível de Soldagem PETROBRAS N-133 Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
21 Projeto Revisado Material: ASTM SB 407 UNS [INCOLOY 800HT] Histórico da Liga Ano Evento Aplicação 1950 a 1990 descoberta e uso das ligas INCOLOY 1963 aprovado pelo ASME VIII 1987 INCOLOY 800HT foi aceita pelo ASME VIII Resistência corrosão e resistência em alta temperatura Uso em tubos e componentes de fornos, pig-tail, coletores É variação do 800H para garantir as tensões admissíveis em altas temperaturas. Composição química equivalente 800H com tratamento de recozimento (1149ºC): produz grãos médio acima de ASTM 5. Faixas de C e Al+Ti controladas. Alta resistência a fluência e mecânica em altas temperaturas. Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
22 Projeto Revisado Materiais Adquiridos Requisito Material Recebido Especificação Tratamento Térmico Recozimento a 1200ºC por 5 minutos, resfriado em água Limite de Resistência [MPa] Tensão de Escoamento [MPa] 1149ºC min Alongamento - % Tamanho do Grão ASTM E 112 nº 2 e 3 Máximo nº5 Material: ASTM SB 407 UNS [INCOLOY 800HT] Dureza HRB Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
23 23 Identificação das Soldas Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
24 24 Inspeção Mecanismo de Danos Parada de 2014 Material: ASTM SB 407 UNS [INCOLOY 800HT] Tempo de Operação: h [aprox. 70% de 18 anos] Ensaio: Solda e ZTA Resultado Laudo Corrente Parasita Baixa efetividade Necessária remoção de óxido espesso Líquido Penetrante Réplica Metalográfica Trincas em 70% das ZTA das soldas Trincas nas ZTA, contornos de grão Trincas circunferenciais paralelas as soldas Trincas de Relaxação Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
25 25 solda trincas ZTA Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
26 26 solda ZTA Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
27 27 solda Remoção de material trincado Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
28 28 Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
29 29 Solda Metal de Base Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
30 30 Metal de Base Solda Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
31 31 Solda Metal de Base Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
32 32 Causa do Dano A liga INCOLOY 800HT (UNS N08811) é indicada pela literatura como suscetível a trincas de reaquecimento (reheat cracking ), também chamada como trinca de relaxação ou relaxamento (relaxation cracking or stress relief cracking). Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
33 33 Mecanismo do Dano As altas resistências mecânicas em altas temperaturas dos materiais de solda utilizados acabam produzindo efeitos negativos no metal de base, causando o relaxamento das tensões de soldagem em operação, pela deformação nos contornos de grão da ZTA. Cuidados devem ser recomendados para reduzir o risco de trincamento durante a fabricação e operação. Mecanismo de dano recente na indústria! Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
34 34 API 571: causas 1. Necessário altas tensões: sendo mais provável em espessuras altas de materiais de alta resistência mecânica; 2. Em elevadas temperaturas onde a dutilidade a fluência não acomodaria as tensões residuais; 3. Precipitação nos contornos fazendo com que o grão seja mais resistente e induzindo a deformação intergranulares; 4. Morfologia: Tipicamente nas regiões de grãos grosseiros da ZTA da solda, podendo ser externas ou internas (embebidas); 5. Localização: Iniciam em algum concentrador de tensões e podem ter relação com fadiga; Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
35 35 API 571 Mitigação 1. Configuração da solda evitando juntas com restrição. 2. Entalhes metalúrgicos originados da soldagem influem no trincamento da ZTA; 3. Solda: projeto e fabricação devem evitar alterações bruscas nas seções soldadas: raio da solda de filete e mordeduras são fortes concentradores de tensão; 4. Soldagem com TTAT adequado. Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
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37 UNF (a) Mesmo requisito (b) Mesmo requisito* (c) Mesmo requisito (d) Mesmo requisito
38 UNF (e) Inexistente Mesmo requisito
39 UNF (e) Inexistente Mesmo requisito
40 40 Segundo ASME VIII Div1, UNF-56 ligas INCOLOY 800HT devem ser tratadas termicamente para alívio de tensões a 885 C. Tratamento térmico não foi realizado em 1993 nestas juntas. Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
41 Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
42 42 Tratamento térmico de alívio de tensões O tratamento térmico proposto segue ASME VIII Div 1 UNF-56 Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
43 43 Reparos Solução do Problema Determinar o tamanho crítico de remoção de material com adoçamento; Não fazer solda de enchimento, somente soldas de topo; Emitir Procedimento para solda de topo; Reduzir o número de juntas soldadas com defeito; Definir tratamento térmico de alívio de tensões; Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
44 44 Determinar o tamanho crítico de remoção de material com adoçamento Tubulações de 4 -> são permitidas descontinuidades de 4mm de profundidade. Tubulações de 6 - > são permitidas descontinuidades de 5mm de profundidade. Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
45 45 Descontinuidades encontradas 6 Solda Toda indicação foi removida no campo? Profundidade da remoção (mm) 1 NÃO 12 2 NÃO 15 3 SIM 6 4 SIM - 5 SIM 3 6 SIM 7 7 SIM 7 8 SIM - 9 SIM - 10 SIM 2 11 SIM 2 12 SIM 6 13 SIM 5 14 SIM 6 Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
46 46 Descontinuidades encontradas 4 -Sul Solda Toda indicação foi removida no campo? Profundidade da remoção (mm) 1 SIM - 2 SIM 5 3 NÃO 9 4 SIM - 5 SIM - 6 SIM 1 7 SIM 2 8 SIM 5 9 SIM 3 10 SIM 3 11 SIM 1 12 SIM 2 13 NÃO 7 14 SIM 1 15 SIM - 16 SIM - 17 SIM - 18 SIM 3 19 SIM 2 Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
47 47 Descontinuidades encontradas 4 -Norte Solda Toda indicação foi removida no campo? Profundidade da remoção (mm) 1 SIM 2 2 NÃO 9 3 NÃO 9 4 NÃO 9 5 SIM - 6 SIM 1 7 SIM 2 8 SIM 1 9 SIM 2 10 SIM - 11 SIM - 12 SIM 2 13 SIM 3 14 SIM 2 15 SIM 1 16 SIM - 17 SIM - 18 SIM - 19 SIM - Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
48 48 Soldagem: ASME SEC IX Qualificação do Procedimento Ensaio de Tração: 100% aprovados Ensaio de Dobramento: 7 tipos de CP, alternando material novo e envelhecido. Condição do Tubo Sem TTAT Com TTAT Velho x Velho Aprovado Reprovado Velho x Novo Aprovado Reprovado Novo x Novo - Aprovado Velho com reparo Aprovado Reprovado Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
49 49 Preparação dos cps para qualificação do procedimento de soldagem Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
50 50 Preparação dos cps para qualificação do procedimento de soldagem Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
51 51 Velho x Velho Sem TTAT Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
52 52 Velho x Velho Com TTAT Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
53 53 Novo x Velho Com TTAT Lateral Raiz Face Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
54 54 Velho com reparo Aspecto de reparo em tubos retirados Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
55 55 Fabricação: alguns trechos novos Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
56 56 Fabricação: alguns trechos novos Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
57 57 Reparos: curva nova x tubo velho Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
58 58 Monitoramento com EA Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
59 59 Recomendações Operar no máximo 2 anos (até 2017) com a solução temporária; Adquirir e substituir as tubulações; Soldagem com TTAT; Redução do número de ciclos de partida e parada; Emissão acústica mandatória nos ciclos; Inspeção das soldas entre ciclos. Luis Carlos Greggianin Rodrigo Kunrath 01 setembro /
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