“CALCULO DE VIDA REMANENTE EN TUBOS DE PARED DE AGUA DE GENERADORES DE VAPOR”

M. C. Elisa Martínez González, Ing. Oscar Dorantes Gómez Instituto de Investigaciones Eléctricas, Calle Reforma 113, Col. Palmira, C.P. 62490, Tel (777) 362-38-11 Cuernavaca, Morelos, México e-mail: [email protected], [email protected]

Generador de Vapor

En un GENERADOR DE VAPOR, sus componentes están diseñados para absorber eficientemente el calor de los gases de combustión y suministrar vapor a una temperatura, presión y capacidad definida en su diseño.

Operación de un generador de vapor

Paredes de Agua

Mecanismos de falla en tubos de generadores de vapor

Erosión

Daño por Creep

Picaduras

Falla en tubos

Agrietamiento

Grietas

La sección de Pared de Agua mide 30 m de altura Inspección ultrasónica y replicas metalográficas en tubos de pared de agua

DISEÑO Y FABRICACION DEL DISPOSITIVO DE INSPECCIÓN

Desarrollo del modelo • El modelo de Elemento Finito fue realizado con elementos hexaédricos de orden 2, y se utilizaron elementos de contacto superficie-superficie en las zonas en las que el sistema hace contacto con los tubos. • El material de los tubos es ASTM A-36 y el del carro es aluminio. • El peso del carro es de 12 kg y esa es la carga que se incluyó en el análisis. • El análisis es estructural estático lineal y se realizó en ANSYS Workbench v11. • Los modelos geométricos se hicieron utilizando SolidWorks. Malla de Elemento Finito del Sistema de Inspección sobre una pared de tubos de agua

Diseñ Diseño del robot con llantas magné magnéticas

• Los resultados obtenidos en este análisis sirvieron como punto de comparación para la selección de los componentes necesarios para asegurar la adherencia del dispositivo.

Diseñ Diseño del robot con llantas magné magnéticas

DESARROLLO DE LA METODOLOGIA DE VIDA REMANENTE EN TUBOS DE GV

Metodologías del programa para estimar la vida remanente

VR = Vida residual (horas) eactual= Espesor actual del tubo (mm) Enominal = Espesor nominal del tubo (mm) Fc = Esfuerzo de falla ( 150 N/mm2 para tubos de pared de hogar) Pe = Presión de operación del tubo (N/mm2 ) D = Diámetro interno del tubo (mm) C = tasa de corrosión del tubo ( mm/h )

Aplicación de la técnica EMAT en tubos de la sección de pared de agua de G V

Depósitos de los gases de combustión

Transductor piezoeléctrico

Transductor EMAT

Magneto

Cristal Material de acoplamiento Corrientes Eddy

Ondas ultrasónicas

Técnica de ultrasonido convencional

Bobina del circuito EMAT Fuerza Lorentz

Campo Magnético

Ondas ultrasónicas

Técnica utilizando transductores EMAT

Inspección en tubos de pared de agua EMAT & UT

Señales de ultrasonido adquirida de diversos tubos.

Metodologías del programa para estimar la vida remanente

Esfuerzo de referencia vs Espesor del tubo Esfuerzo de referencia

√3 S=

2

P

k ln

Espesor del tubo

[

D+e D- e

]

Metodologías del programa para estimar la vida remanente

Esfuerzo de referencia

CRITERIO DE FALLA

Criterio de falla: Esfuerzo de referencia = Esfuerzo de falla

Sf

(Sf )

Ys + UTS Sf = 2 efalla

Espesor del tubo

Metodologías del programa para estimar la vida remanente CRITERIO DE FALLA

Esfuerzo de referencia

ESFUERZO DE FALLA DE MATERIALES DIFERENTES

Criterio de falla: Esfuerzo de referencia = Esfuerzo de falla

Sfa Sfb Sfc

(Sf )

Ys + UTS Sf = 2 efa

efb

efc

Espesor del tubo

a, b y c : son materiales de diferente composición

Metodologías del programa para estimar la vida remanente

Esfuerzo de referencia

VIDA RESIDUAL DEL MATERIAL DE LOS TUBOS INSPECCIONADOS

VTOTAL VRES

Sf

efalla

etiempo x

etubo nuevo

Espesor del tubo

Resultados para estimar la vida remanente

Conclusiones

• Se presentan los resultados del análisis de la fuerza de adherencia magnética del robot considerando el peso de todos los componentes que constituyen el Sistema, así como los componentes eléctricos y electrónicos necesarios para su funcionamiento. • El diseño mecánico, apoyándose en software especializado como Ansys Workbench, presenta la ventaja de almacenar información y aplicarla a un fin común. • Esta interfase permite realizar simulaciones que conllevan a resultados confiables en un lapso corto de tiempo y puede ser repetido múltiples ocasiones con el mismo efecto. • Los resultados obtenidos en este análisis sirvieron como punto de comparación para la selección de los componentes necesarios para asegurar la adherencia del dispositivo.

Conclusiones

• El robot realizará la inspección cubriendo mayor superficie que la realizada convencionalmente y de una manera confiable, ya que podrá desplazarse y adherirse por la pared de los tubos hasta una altura de 30 m sin la necesidad de andamios. • El personal que realice el mantenimiento podrá tener una herramienta que le permita conocer el estado actual de los tubos de pared de agua de los generadores de vapor. • Podrá planear los programas de inspección y mantenimiento, optimizar sus recursos y reducir el índice de fallas en el generador.

Instituto de Investigaciones Eléctricas División de Sistemas Mecánicos