Falha Mecânica Mais Comum em Shell & Tubo trocador de calor

Os trocadores de calor representam equipamentos de processo cruciais usados ​​de forma onipresente em todas as indústrias para resfriamento, aquecimento, aplicações de ebulição e condensação. A transferência de calor eficiente depende de redes de tubulação confiáveis ​​para fornecer fluidos quentes/frios aos cascos dos trocadores. No entanto, as complexas tensões térmicas e hidráulicas, a presença de ambientes corrosivos e a possibilidade de incrustações ao longo de muitos anos significam que a tubulação está sujeita a mecanismos de degradação que prejudicam a integridade estrutural. Este relatório analisa os modos de falha mecânica dominantes que afetam a tubulação e os cascos do trocador de calor, a fim de auxiliar na prevenção, inspeção, e avaliações de integridade que suportam longas vidas operacionais.

Falhas no tubo

Como superfícies sensíveis de transferência de calor, tubos experimente o peso das tensões do trocador de calor. Vários modos de danos à tubulação estão entre os mais prevalentes:

• Fluxo Acelerado Corrosão: Depósitos formados concentram corrosivos, acelerando o desbaste da parede, especialmente onde os fluxos flutuam nas curvas em U. Deixado desmarcado, vazamentos/rupturas ocorrem.
• Desgaste por vibração: As interações da placa de suporte do tubo induzem desgaste por vibração por atrito preferencialmente nos tubos superiores. A erosão penetra profundamente atacando a espessura do tubo.
• Incrustação/corrosão sob depósitos: As condições do trocador de calor promovem depósitos que abrigam ataques corrosivos atrás de uma camada isolada, paredes furtivamente finas sem serem detectadas.
• Fissuração por corrosão sob tensão: Para algumas combinações de materiais de tubos suscetíveis e ambientes agressivos, como soluções de cloreto, fissuras podem se propagar rapidamente.

A mitigação depende da injeção de inibidor de corrosão, designs de suporte aprimorados, reduzindo pontos de desgaste, monitoramento on-line para limpeza oportuna antes das perfurações.

Falhas no Shell
O invólucro do invólucro de pressão suporta tensões térmicas mais baixas, mas deve manter a integridade estrutural. Os modos de dano comumente observados incluem:

• Diluição geral por corrosão: As superfícies da carcaça expostas diretamente aos fluidos do processo sofrem corrosão uniforme, reduzindo a espessura da parede, eventualmente se aproximando dos mínimos de código.
• Pitting: A corrosão localizada inicia poços possivelmente ligados a inclusões microestruturais duras preferenciais de segunda fase. Os poços podem coalescer, minando a integridade.
• Vibração induzida por vórtice: A ressonância do casco de vórtices de fluidos turbulentos instiga a fadiga do metal de alto ciclo, especialmente em trocadores sub-resfriados. A rachadura começa no interior da casca.
• Fissuração por corrosão sob tensão: Semelhante aos tubos, algumas combinações de cascas e ambientes úmidos de H2S correm o risco de problemas de rachaduras ambientalmente assistidas.

Inspeções não destrutivas de rotina avaliam o desbaste para sinalizar conchas que necessitam de reparo/substituição antes de atingir limites inservíveis. A proteção catódica também ajuda a prolongar a vida útil do invólucro.

Efeitos de incrustação
A incrustação atua como um acelerador para muitos mecanismos de dano,:

• Impedindo a transferência de calor, aumentando a temperatura do metal mais profundamente nos trocadores’ ciclos térmicos.
• Concentração de corrosivos em depósitos, dissolvendo películas protetoras de óxido.
• Abrigando micróbios que promovem corrosão influenciada microbiologicamente.
• Aumentando o atrito, elevando o potencial de vibração/erosão.

A limpeza regular mantém reduções aceitáveis ​​do coeficiente de transferência de calor abaixo 25% enquanto as camadas depositadas permanecem finas o suficiente para serem removidas. O monitoramento das pressões diferenciais ajuda a programar limpezas antes que a deterioração se acelere.

conclusões

Consideração sistemática de materiais, propriedades fluidas, condições operacionais e mecanismos de danos esclarecem onde as falhas mecânicas normalmente iniciam nas redes de tubulação do trocador de calor. Integrando estratégias de mitigação como inibidores, avaliação não destrutiva e monitoramento de deposição ajudam a prevenir a deterioração, estendendo assim os intervalos de manutenção e a confiabilidade desses ativos críticos de transferência de calor.