Las bridas de alta-presión, alta-temperatura (HPHT) están diseñadas para servicio por encima de 900 grados F y/o Clase 900 y superiores. Estas condiciones extremas requieren materiales de acero aleado especialmente formulados para resistir la fluencia, la oxidación, el ataque del hidrógeno y la fatiga térmica. La selección adecuada de bridas HPHT evita fallas catastróficas por ruptura por fluencia y otros mecanismos de degradación por alta-temperatura.
¿Qué son las bridas HPHT?
Las bridas HPHT están diseñadas para soportar las condiciones operativas más exigentes en generación de energía, hidroprocesamiento de refinerías y craqueo petroquímico. Requieren materiales que mantengan la resistencia mecánica a temperaturas en las que el acero al carbono perdería resistencia y fallaría rápidamente. El diseño debe tener en cuenta la deformación por fluencia, la rotura por tensión, la expansión térmica y el ataque de hidrógeno a alta-temperatura. Las bridas estándar de acero al carbono no son adecuadas para el servicio HPHT; Sólo los materiales a base de aleación de acero y níquel-pueden proporcionar la necesaria resistencia a las altas temperaturas-y al medio ambiente.
Opciones de materiales para el servicio HPHT
Hay varios grados de cromo-molibdeno y aleaciones avanzadas disponibles para aplicaciones de bridas HPHT, cada uno de los cuales ofrece diferentes niveles de rendimiento a alta-temperatura:
| Material | Especificación | Temperatura máxima | Características clave | Aplicación primaria |
|---|---|---|---|---|
| 1-1/4Cr-1/2Mo | ASTM A182 F11 | 1100 grados F | Resistencia moderada a la fluencia, buena soldabilidad. | Tuberías de vapor, tubos calentadores |
| 2-1/4Cr-1Mo | ASTM A182 F22 | 1100 grados F | Resistente al servicio de hidrógeno, buena resistencia a la fluencia | Reactores de hidroprocesamiento |
| 9Cr-1Mo-V | ASTM A182 F91 | 1200 grados F | Alta resistencia a la fluencia, excelente resistencia a la oxidación | Centrales eléctricas avanzadas |
| 9Cr-0,5Mo-1,8WV | ASTM A182 F92 | 1200 grados F | Resistencia a la fluencia mejorada respecto a F91 | Vapor ultra-supercrítico |
| Inconel 625 | ASTM B564 UNS N06625 | 1800 grados F | Resistencia a temperaturas extremas y corrosión. | Componentes del horno |
Selección de clase de presión
Las aplicaciones HPHT suelen utilizar las clases de presión más altas. La clase 900 es común para tuberías-de paredes gruesas en aplicaciones de refinería y energía. Se requiere clase 1500 para líneas de alimentación y efluentes de reactores de hidroprocesamiento donde las presiones pueden exceder los 2000 psi. La clase 2500 está especificada para aplicaciones de presión extrema y sistemas de-paredes gruesas en hidroprocesamiento de alta-presión. Las clases de presión más altas requieren procedimientos de soldadura especializados y tratamiento térmico posterior a la soldadura. Los revestimientos de juntas tipo anillo (RTJ) son estándar para el servicio HPHT porque proporcionan el sello metal-con-metal más confiable en condiciones extremas.
Consideraciones de diseño para el servicio HPHT
Arrastrarsees la deformación plástica dependiente del tiempo-de materiales bajo tensión sostenida a alta temperatura. Para los aceros al cromo-molibdeno, la fluencia se vuelve significativa por encima de los 800 grados F y debe tenerse en cuenta en los cálculos de la vida útil de diseño de las bridas.ruptura de estréses el mecanismo de falla-dependiente del tiempo que ocurre cuando la deformación por fluencia alcanza un nivel crítico.Expansión térmicaLas diferencias entre tuberías y equipos deben adaptarse mediante un análisis adecuado de la flexibilidad de las tuberías.Ciclismo térmicoDurante el inicio-y el apagado se crea una carga de fatiga que puede provocar grietas.Ataque de hidrógenoOcurre cuando el hidrógeno atómico se difunde en el acero al carbono a altas temperaturas, reaccionando con los carburos para formar metano y provocando descarburación interna y fisuras.
Aplicaciones
Las bridas HPHT se utilizan en circuitos de reactores de hidrocraqueo e hidrotratamiento donde las presiones parciales de hidrógeno superan los 1500 psi y las temperaturas alcanzan los 800 grados F. Las tuberías de la unidad de craqueo catalítico fluido (FCC) manejan catalizadores de alta-temperatura y mezclas de hidrocarburos. Los sistemas de vapor de alta-presión en plantas de energía operan en condiciones supercríticas que exceden los 3200 psi y 1000 grados F. Las conexiones del horno y del tubo calentador transfieren fluidos de proceso a temperaturas elevadas. Las tuberías de la planta de gasificación y gas de síntesis manejan gas de síntesis de alta-presión y alta-temperatura que contiene hidrógeno y monóxido de carbono.
Soldadura y Tratamiento Térmico
El control de la temperatura entre pasadas y el precalentamiento es fundamental al soldar materiales de cromo-molibdeno para evitar el agrietamiento inducido por el hidrógeno-. Se requiere tratamiento térmico posterior a la soldadura para materiales de cromo-molibdeno por encima de los límites de espesor especificados en ASME B31.3. Los consumibles de soldadura deben coincidir con la composición del material base para mantener las propiedades mecánicas en toda la junta soldada. Las velocidades de enfriamiento controladas después de la soldadura previenen la formación de microestructuras duras y quebradizas. Las pruebas de dureza después del PWHT verifican que se haya logrado el alivio de tensión requerido. Todas las soldaduras a tope en el servicio HPHT requieren un examen volumétrico 100 % mediante radiografía o pruebas ultrasónicas.
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