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Type: TCC
Title: Análise de falhas de tubos de uma caldeira aquatubular
Title in English: Analysis of tube failures of a water tube boiler
Authors: Moura, Carlos Eduardo de Souza
Advisor: Nogueira, Ricardo Emílio Ferreira Quevedo
Keywords: Caldeira;Metalurgia;Tratamento de água;Análise de falha
Issue Date: 2022
Citation: MOURA, Carlos Eduardo de Souza. Análise de falhas de tubos de uma caldeira aquatubular. 2022. 71 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Metalúrgica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Abstract in Brazilian Portuguese: A atividade de refino de petróleo depende do vapor d’água em diversos dos seus processos. O vapor d’água utilizado em refinarias provém de caldeiras, que são equipamentos destinados a produzir e acumular vapor d’água em pressões superiores à pressão atmosférica. Em caldeiras a combustão, pressões e temperaturas elevadas presentes são fatores que elevam a suscetibilidade à danos que podem acarretar em perda de produção, custos elevados e acidentes. O presente trabalho aborda um estudo de caso da análise de falhas de tubos da fornalha de uma caldeira aquatubular instalada em uma refinaria de petróleo. Vazamentos de água, alterações dos valores dos parâmetros observados no sistema supervisório e vapor d’água saindo pela chaminé do equipamento evidenciaram rupturas nos tubos da fornalha de uma caldeira da unidade. Tais tubos apresentaram estufamento localizado, incrustações no interior e oxidação severa na superfície externa. Diante disso, foram realizados métodos de inspeção visual, ensaio de dureza, exame metalográfico e análise físicoquímica da água de alimentação da caldeira com o intuito de obter maior entendimento do mecanismo que gerou a falha e, a partir daí, prevenir novas ocorrências. Os resultados da análise dos métodos mostram que os tubos falharam pela combinação da fluência e oxidação em temperaturas elevadas, em virtude da incidência direta de chamas e redução da troca térmica provocada pela presença de incrustações, decorrentes do tratamento de água inadequado. Ações tomadas para mitigar os problemas se mostraram ineficazes, indicando que o tratamento de água inadequado é a causa raiz, pois ao ocasionar incrustações nos tubos, reduz a eficiência térmica do equipamento, de modo que um maior aporte de calor se faz necessário para produção de vapor nos patamares requeridos. Dessa maneira, ocorre a incidência de chamas nos tubos, agravando ainda mais os danos e acelerando o processo de incrustação, configurando um círculo vicioso altamente destrutivo.
Abstract: The petroleum refining activity depends on water vapor in several of its processes. The water vapor used in refineries comes from boilers, which are equipment designed to produce and accumulate water vapor at pressures above atmospheric pressure. In combustion boilers, high pressures and temperatures present are factors that increase the susceptibility to damage that can lead to loss of production, high costs and accidents. The present work deals with a case study of the analysis of tube failures in the furnace of a water-tube boiler installed in an oil refinery. Water leaks, changes in the values of the parameters observed in the supervisory system and water vapor coming out of the equipment chimney showed ruptures in the furnace tubes of a boiler of the unit. These tubes showed localized swelling, fouling on the inside and severe oxidation on the outer surface. In view of this, visual inspection methods, hardness testing, metallographic examination and physical-chemical analysis of the boiler feedwater were carried out in order to obtain a better understanding of the mechanism that generated the failure and, from there, to prevent further occurrences. The results of the analysis of the methods show that the tubes failed due to the combination of creep and oxidation at high temperatures, due to the direct incidence of flames and reduction of the thermal exchange caused by the presence of incrustations, resulting from inadequate water treatment. Actions taken to mitigate the problems proved to be ineffective, indicating that inadequate water treatment is the root cause, because by causing incrustations in the pipes, it reduces the thermal efficiency of the equipment, so that a greater input of heat is necessary for the production of steam at the required levels. In this way, the incidence of flames in the pipes occurs, further aggravating the damage and accelerating the encrustation process, configuring a highly destructive vicious circle.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/67942
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