5 causas comunes de falla refractaria y cómo solucionarlas

Oct 25, 2023

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Todos los calentadores de proceso funcionan a altas temperaturas y están construidos con tubos de proceso dentro de un recinto revestido de refractario, que se calienta con el calor radiante de la combustión de gas o, con menor frecuencia, de la combustión de petróleo.

Los revestimientos refractarios son aislantes y minimizan la pérdida de calor, lo que los hace esenciales para retener el ambiente de alta temperatura. Sin embargo, cuando se somete a altas temperaturas, el refractario puede deteriorarse y provocar fallas potenciales si no se lleva a cabo un trabajo de reparación.

Los tipos de revestimiento refractario incluyen fibra cerámica refractaria, ladrillo y moldeable u hormigón. Si la falla del refractario da como resultado un cierre no planificado, puede costar a las plantas más de $ 1 millón por día en pérdida de producción.

Es beneficioso conocer las causas más comunes de las fallas de los refractarios, cómo inspeccionar los calentadores u hornos encendidos en busca de daños y los métodos para reparar los refractarios en línea sin necesidad de interrumpir el funcionamiento normal. Las siguientes son causas comunes de falla refractaria.

1. Deterioro por antigüedad en el servicio

A medida que envejecen los revestimientos refractarios, cambian sus propiedades físicas. El entorno de alta temperatura provoca cambios microestructurales en los aglutinantes dentro de los materiales, lo que lleva a una pérdida de resistencia superficial o interna. Si el material refractario lleva una carga de compresión, como ladrillos o revestimientos moldeables, esto puede provocar fallas locales o generalizadas.

Si el refractario está sujeto al impacto de las llamas, lo cual es común en muchas aplicaciones de paredes radiantes, la vida útil será más corta.

En calentadores de aceite, el deterioro refractario es acelerado por agentes corrosivos en los productos de combustión. Afortunadamente, hay pocos casos en los que ahora se usa la quema de aceite.

2. Materiales refractarios incompatibles

Una combinación de materiales refractarios es una característica común en los calentadores a fuego. Las aberturas, como las puertas, a menudo usan fibra y material de ladrillo, y las mirillas pueden usar módulos IFB, moldeables o de fibra.

Un diseño estandarizado que utilice diferentes materiales puede ser un desafío, ya que cada material tiene diferentes propiedades a altas temperaturas. Por lo tanto, los revestimientos refractarios pueden dañarse, dejando la carcasa expuesta a gases de combustión calientes y provocando puntos calientes.

Para reducir el riesgo de que los materiales refractarios no coincidan, es una buena idea trabajar en estrecha colaboración con el proveedor de refractarios para garantizar que se utilicen materiales comparables alrededor de las aberturas.

3. Pérdida de apoyo

Todos los tipos de revestimientos refractarios están unidos y soportados por la carcasa de acero externa del calentador a fuego. El soporte convencional lo proporciona un sistema de anclaje, que va soldado a la carcasa.

Con frecuencia, la unión soldada entre la coraza y el anclaje se ve comprometida por la corrosión y se pierde el soporte. La corrosión es causada por gases de combustión calientes que penetran a través del revestimiento refractario y se condensan al llegar a la carcasa más fría. El ambiente local es ideal para una rápida oxidación o corrosión del punto más débil: la soldadura.

Una vez que se pierde el soporte, los ladrillos individuales, los módulos, etc. pueden caerse, dejando expuesta la cubierta de metal, lo que crea un efecto dominó y la falla del revestimiento refractario adyacente.

En una planta en Europa, se descubrió un punto caliente en el conducto de la carcasa de transición entre las secciones radiante y de convección de un CCR Platformer. En este caso, la falla del manto de fibra cerámica en el techo dejó el caparazón expuesto a gases de combustión calientes. Esto provocó que la temperatura de la carcasa externa excediera los 1040 °F (560 °C).

Para evitar el sobrecalentamiento de la carcasa hasta la falla, se tuvo que reducir la tasa de producción en CCR Platformer, lo que resultó en una pérdida de producción de más de $400,000 por día.

La planta usó el servicio de reparación de refractarios en caliente de Hot-tek para solucionar el problema hasta la próxima parada planificada. Este servicio se trata con más detalle más adelante en este documento técnico.

4. Estrés mecánico

Hay varios factores que pueden causar que el estrés mecánico provoque fallas en el refractario. Esto incluye:

La instalación o el mantenimiento inadecuados son una causa común de falla refractaria. Factores como las técnicas de instalación, el tiempo de curado, el soporte inadecuado o los materiales de mala calidad pueden debilitar el refractario y contribuir a su falla.

La instalación del refractario comienza en la etapa de fabricación. La buena comunicación entre el fabricante y la planta es fundamental para garantizar que el refractario sea adecuado para su propósito. Debe ser resistente a las tensiones térmicas y otros procesos causados ​​por el entorno operativo. Deben evaluarse parámetros tales como temperaturas, arranques y paradas, temperatura de los gases de combustión y componentes químicos, y la pérdida de calor requerida.

Una vez fabricado, el refractario debe almacenarse en un espacio seco y bien ventilado e instalarse dentro de los tres meses para entornos operativos de alta temperatura o alta abrasión. Si se instalan y mantienen correctamente, los revestimientos refractarios deberían durar 20 años o más.

Sin embargo, varias características podrían sugerir problemas en la etapa de instalación. Por ejemplo, si observa que los módulos de fibra se han caído del techo o han aparecido espacios, podría deberse a un problema como una soldadura de pernos insuficiente. También podría ser un signo de corrosión de la carcasa, que es más común si no se ha aplicado a la carcasa un revestimiento protector de aleación, como el rociado térmico de alta velocidad de IGS, antes de la instalación.

Si bien existe una variedad de posibles problemas de instalación que pueden provocar fallas en el refractario, las inspecciones periódicas y diligentes pueden ayudar a identificar el daño de manera temprana para permitir que se lleve a cabo el trabajo de reparación.

Cómo inspeccionar los hornos en busca de daños

A menudo, el primer signo de falla del refractario es un punto caliente en la carcasa de acero externa, ya que no es posible la observación directa del área problemática. IGS ha diseñado y desarrollado la herramienta de inspección de calentadores a fuego Lancescope™ de Cetek. Permite la realización de una inspección del horno de alta temperatura para determinar el alcance del problema, evitando a menudo una parada costosa del calentador.

El sistema de inspección en caliente utiliza un sistema de cámara digital de última generación, que proporciona imágenes claras y detalladas de las áreas problemáticas hasta 3000 °F (1650 °C). El sistema de inspección del horno se puede insertar en aberturas tan pequeñas como 2,75 pulgadas (7 cm) y alcanzar hasta 30 pies (10 m). En aplicaciones por debajo de 1000 °F (540 °C), el sistema de inspección del calentador proporciona iluminación a través de una fuente de luz de alta temperatura para una claridad óptima.

El beneficio de realizar una inspección en caliente incluye:

Métodos para reparar refractario

Una vez que se ha identificado el daño, generalmente hay opciones para solucionar el problema. La producción se puede interrumpir para desconectar el activo y realizar reparaciones convencionales, o el horno puede continuar funcionando con un rendimiento reducido hasta la próxima parada planificada. Sin embargo, esto podría exacerbar cualquier daño existente.

Como alternativa, Hot-tek™ ofrece un servicio de reparación de refractarios en línea, en el que no es necesario desconectar el calentador y la producción no se verá interrumpida ni se limitará la capacidad. Esta es una buena opción para reparar daños temporalmente hasta el próximo cambio planificado.

Se puede movilizar un equipo de técnicos refractarios con poca antelación y la reparación implica la creación de aberturas mínimas en los puntos de acceso para insertar componentes especialmente diseñados y material de reparación, brindando una reparación semipermanente que dura al menos hasta la próxima parada.

Estudio de caso: Se evita el apagado de un calentador encendido con la reparación de un refractario en caliente

Una refinería en los EE. UU. descubrió serios problemas de integridad refractaria en su unidad de calefacción del reformador catalítico (CCR). Faltaba la fibra cerámica refractaria en un horno. Como resultado, la cubierta exterior de acero se dañó debido a la exposición a altas temperaturas en múltiples áreas del techo y la pared lateral.

Imágenes infrarrojas de hornos de refinería revelan áreas problemáticas

Esta refinería es una empresa de energía downstream con activos en refinación de petróleo, logística, tiendas de conveniencia, asfalto y energías renovables con una capacidad de menos de 150,000 barriles por día. La refinería produce tipos de gasolina, destilados y productos de propano.

La planta invitó a Hot-Tek a inspeccionar la unidad y realizar reparaciones refractarias en caliente. El equipo tomó imágenes infrarrojas de los puntos calientes en el techo del calentador de CCR durante la reunión previa al proyecto.

Se alcanzaron temperaturas de más de 1500 °F/815 °C en la pared del puente, relativamente altas para un calentador de CCR. La selección de materiales utilizada en las reparaciones anteriores no fue suficiente para estas temperaturas elevadas de las paredes del puente.

Solución de reparación refractaria en caliente Hot-Tek

Las áreas dañadas se repararon usando dos técnicas: la reparación estilo canasta única de Hot-Tek y la reparación del módulo más grande. Las áreas más grandes del techo del horno dañado se cortaron en secciones y se quitaron una a la vez. Luego, los módulos prefabricados que consisten en placas y herrajes de aleación superior junto con fibra cerámica de alta temperatura crearon una solución de reparación a largo plazo para la refinería. Se utilizó el método de reparación tipo canasta para sellar alrededor del perímetro de los módulos.

Solución de reparación Hot-Tek paso a paso

Reparación de horno Hot-Tek utilizando el estilo de módulo en el techo de las cajas de perros instaladas:

El resultado: solución de reparación refractaria en caliente Hot-Tek

El proyecto Hot-Tek se completó dentro del cronograma acordado de ocho días. La refinería continuó operando a plena capacidad, completamente ajena a las reparaciones que se estaban realizando. Un cierre le habría costado a la refinería millones en pérdida de producción.

Conclusión

Existen numerosas causas de falla refractaria, pero apagar el horno siempre debe ser el último recurso, ya que esto tiene un gran impacto en la producción y los ingresos. El entorno operativo es responsable de la mayoría de las fallas del refractario y un descuido común es aumentar la temperatura del horno sin evaluar el impacto que esto tendrá en los parámetros de diseño del refractario. La planificación para el exceso de capacidad puede ayudar a mitigar el riesgo de falla del refractario si las especificaciones cambian después de la instalación.

Comprender y prevenir el daño refractario es clave para el rendimiento general del horno. IGS reconoce los efectos de las fallas de los activos y trabaja en asociación con plantas en todo el mundo para optimizar la confiabilidad y el rendimiento de los equipos. La identificación temprana del daño refractario y la comprensión de las razones detrás de él ayudará a los operadores a aumentar el tiempo de actividad del horno y maximizar el rendimiento general, lo que podría ahorrar millones en ingresos que de otro modo se perderían.

Si las pérdidas de rendimiento inesperadas están afectando sus operaciones, IGS puede movilizarse rápidamente para ayudarlo a identificar, reparar y prevenir daños futuros.

Para obtener más información, visite www.integratedglobal.com.