Experimental and Numerical Evaluation of a Steamline Behaviour Using Local Approach

Evaluación experimental y numérica del comportamiento de una línea de vapor mediante un enfoque local

Se han presentado los resultados del análisis comparativo experimental y numérico de las tuberías de las líneas de vapor. Se han ensayado simultáneamente tuberías nuevas y tuberías utilizadas durante más de 117.000 horas a 540 °C bajo una presión de 42 bares. Estas pruebas se han llevado a cabo porque los frecuentes fallos de los componentes de los equipos expuestos a temperaturas elevadas, como las tuberías de vapor, hacen necesario prestar especial atención al análisis de los materiales utilizados. Los fallos más frecuentes fueron los relacionados con la aparición de grietas, especialmente expresados en el caso del acero 14MoV6 3. Se ha desarrollado un enfoque local de la fractura para una comprensión completa del mecanismo de fractura. Este enfoque combina soluciones teóricas, experimentales y numéricas.

INTRODUCCIÓN

El desarrollo del acero 14MoV6 3 (DIN) para tuberías de vapor altamente cargadas a finales de los años setenta ofreció beneficios significativos en comparación con los aceros de generaciones anteriores [1, 2]. Fue muy popular para el diseño y la construcción de líneas de vapor debido al aumento de los parámetros de vapor (temperatura de hasta 540 °C y presión de hasta 45 bar para una vida útil de 117 000 horas de funcionamiento), lo que permitió reducir el espesor de las paredes de las tuberías.

Sin embargo, las frecuentes fallas prematuras de las líneas de vapor producidas con este acero, en algunos casos solo después de 30 000 horas de servicio, impusieron el requisito de reconversión de las tuberías de vapor dañadas. Ejemplos típicos son las líneas de vapor de las centrales termoeléctricas en Grecia [3] y en Alemania [4]. Este costo de reparación inesperado hizo que la aplicación del acero 14MoV6 3 fuera ambigua y los diseñadores prefirieran reemplazarlo por otros aceros altamente aleados (por ejemplo, acero aleado X12 CrMoV 1, según DIN, acero de baja aleación 10CrMo9) para parámetros de vapor más altos. No existe una explicación clara para la ocurrencia de fallas, y los productores de acero afirman que el acero 14MoV6 3 es adecuado para la aplicación prevista [2]. Una mejor comprensión del comportamiento en servicio del acero 14MoV6 3 puede ayudar a reducir las paradas forzadas y mejorar la confiabilidad y la seguridad del servicio de las centrales termoeléctricas.

BREVE RESEÑA TEÓRICA

Se ha desarrollado un enfoque local o micromecánico de la fractura para comprender mejor el mecanismo de fractura, incluido el proceso de degradación del material.  Este enfoque combina métodos teóricos, experimentales y numéricos que permiten una evaluación menos conservadora de la integridad estructural.  Originalmente desarrollado para predecir la tenacidad del acero para recipientes a presión en plantas nucleares y posteriormente empleado en la industria siderúrgica, se ha utilizado recientemente para explicar los mecanismos de fractura en materiales heterogéneos [1 - 4].