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Medição da camada interna de óxido em tubos de caldeiras


Cenário

As altas temperaturas de 800 °C encontradas dentro das caldeiras a vapor podem provocar a formação de um tipo específico de óxido de ferro duro e quebradiço, chamado magnetita, na superfície interna e externa de tubos da caldeira de aço. Em temperaturas muito elevadas, o vapor d'água reage com o ferro presente no aço e forma magnetita e hidrogênio de acordo com a fórmula: 3 Fe + 4 H20 = Fe3O4 + 4 H2

A velocidade dessa reação aumenta com a temperatura. Os átomos de oxigênio expandem-se para o interior através da camada de magnetita, enquanto as partículas de ferro propagam-se para o exterior de modo que a camada continua a crescer mesmo quando a superfície do tubo está toda coberta.

A camada de magnetita atua como isolante térmico no tubo visto que a condutividade térmica dela é de apenas 5% no aço, aproximadamente. Quando o calor não pode mais ser transferido pela labareda através do tubo para dentro do motor a vapor a parede do tubo atinge temperaturas muito superiores à variação para a qual foi projetada. A exposição a temperaturas extremamente altas a longo prazo, junto com a alta pressão interna do tubo, provoca microfissurações intergranulares e deformações (pequeno abaulamento ou dilatação do metal), o que, por sua vez, causa, eventualmente, falhas por colapso.

Um efeito secundário é a exfoliação do óxido em que pedaços da camada de óxido se quebram (geralmente, devido à tensão térmica causada ao se ligar e se desligar a caldeira). Estas peças duras são transportadas pelo fluxo de vapor para a turbina, que, ao longo do tempo, causa corrosão.

O aumento da camada de magnetita e os dados metálicos associados a ele são os principais fatores que diminuem a vida útil do tubo da caldeira. O processo começa lentamente, depois acelera; à medida que a camada fica mais espessa, a parede do tubo fica mais quente e isso aumenta o crescimento dela e os danos causados ao metal. Pesquisas na indústria de geração de energia têm indicado que o efeito da camada é relativamente pequeno em espessuras de até 0,3 mm, mas acima disso os efeitos negativos da camada aumentam rapidamente. A medição periódica da espessura da camada permite ao operador do sistema estimar a vida útil restante do tubo, identificá-los e substituí-los antes que eles parem de funcionar. O teste por ultrassom é um método rápido de ensaio não destrutivo para medição de camadas. Os aparelhos portáteis, como o medidor de espessura 38DL PLUS® ou os detectores de defeitos da série EPOCH®, podem medir as camadas internas de óxido com espessura de 0,2 mm usando o transdutor M2017 (linha de atraso de 20 MHz), geralmente recomendado. O transdutor especializado M2091, com sonda de onda de cisalhamento de 20 MHz, pode ser usado junto com o acoplante para esse tipo de sonda para medir espessura de aproximadamente 0,152 mm. Em todos os casos, a superfície de acoplamento deve ser lisa e, em alguns casos, será preciso prepará-la.

Visualização da camada de óxido no 38DL PLUS
Medição típica de óxido interno com medidor de espessura e transdutor de linha de atraso M2017 (ampliado)
Configuração de óxido no EPOCH 650
Medição típica de óxido interno com detector de defeitos e o transdutor de linha de atraso M2017; eco da linha de atraso mostrado à esquerda

Informações mais detalhadas sobre as camadas de óxido e os efeitos causados na tubulação da caldeira podem ser encontradas no livro Metallurgical Failures in Fossil Fired Boilers, David N. French (John Wiley Sons, 1983).

Olympus IMS
ProductsUsedApplications

O detector de defeitos portátil por ultrassom, EPOCH 6LT, é otimizado para operação com uma mão e fornece excelente performance para aplicações para acesso por corda e de alta portabilidade. Leve e com design ergonômico, o aparelho se encaixa de forma segura à mão do usuário ou pode ser fixado à perna para aplicações de acesso por corda.
O EPOCH 650 é um detector de defeitos por ultrassom convencional com uma excelente performance de inspeção e pode ser utilizado em uma ampla variedade de aplicações. Este aparelho robusto e intuitivo é a extensão do popular detector de defeitos EPOCH 600, mas com mais recursos.
O 38DL PLUS é um medidor de espessura por ultrassom avançado. Ele utiliza um transdutor de elemento duplo à inspeção de corrosão interna e inclui THRU-COAT e Echo-to-echo. Os transdutores de elemento simples são utilizados à medição precisa de espessuras de materiais finos, espessos ou multicamadas.
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