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Caldeiras de recuperação com maior eficiência elétrica?

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Caldeiras de recuperação com maior eficiência elétrica?

A contribuição da Sandvik para a superação dos desafios no segmento de celulose papel no mundo

Tudo começou na década 1970 com a necessidade de se aumentar a pressão das caldeiras de recuperação química para que se alcançasse mais eficiência elétrica. Devido a este fato, as primeiras instalações começaram a apresentar corrosões agressivas nos tubos de fornalha baixa. Originando, portanto, a primeira pesquisa sobre o mecanismo de corrosão na fornalha baixa e o desenvolvimento do tubo composto pela Sandvik.

Os tubos compostos são materiais adequados para aplicações onde as condições externas e internas dos tubos requerem propriedades diferentes que não podem ser atendidas por único material.

O tubo composto consiste em duas ligas diferentes metalurgicamente ligadas, para assegurar uma boa propriedade de transferência térmica. As ligas de aço inoxidável e ligas a base de Níquel são selecionadas para resistir à corrosão, enquanto os materiais de baixa liga são aprovados para trabalhar em vasos de pressão.

E no ano de 2014

Em 2014, mesmo após longos anos deste desenvolvimento, o tubo composto foi considerado pela SUOMEN SOODAKATTILAYHDISTYS FINNISH RECOVERY BOILER COMMITTEE entre os cinco mais significantes desenvolvimentos em caldeiras de recuperação química.

Foi um dos primeiros projetos de cooperação no campo de pesquisa entre os usuários de caldeira com os fabricantes envolvidos na cadeia de fornecimento.
Fato este que é de muita honra para a Sandvik e motiva a continuar buscando soluções inovadoras para superar os desafios futuros das caldeiras.

Ao longo dos anos, é possível observar grandes avanços do segmento de celulose e papel no que diz respeito a inovações, sustentabilidade, meio ambiente e segurança. A Sandvik também está contribuindo neste sentido, utilizando na fabricação de seus tubos, fornecedores de elementos de liga que são qualificados e tem o propósito voltado a sustentabilidade. Além disso, a Sandvik tem se destacado com notas altas na Dow Jones Sustainability Index, empresa que avalia as maiores organizações comprometidas com sustentabilidade no mundo.

São fatores importantes que colaboram mesmo que de forma indireta ao avanço do segmento de celulose e papel, reafirmando assim, o compromisso da empresa de produzir tubos de alta de qualidade, proporcionando a segurança desse equipamento de grande complexidade. Exemplificando essa responsabilidade, a Sandvik já forneceu tubos compostos para mais de 400 caldeiras.

Não somente em caldeiras de recuperação de química, mas também em caldeiras de força, caldeiras de recuperação de calor, caldeiras de biomassa e Syngas Coolers.
A Sandvik continua investindo em inovação, inaugurando recentemente um novo centro de serviços denominado Sandvik Service que permitirá entregar mais soluções aos seus clientes. Na tabela 1 está a relação dos serviços disponibilizados.

Caldeiras

Tabela 1 – Serviços ofertados pela Sandvik Service

Os desafios relacionados à corrosão nas caldeiras continuam…

As tendências por mais eficiência energética e segurança nos equipamentos são notórias em todos os setores. Particularmente, nas caldeiras de recuperação, já existe demanda para aumento de conteúdo de sólido seco, temperatura, pressão e também designs mais complexos em algumas partes da caldeira.

Além disso, variações de concentração de potássio e cloreto também atuam como agravantes a corrosão, causando um grande impacto no custo operacional da caldeira.

Têm-se muitas formas de mitigar a corrosão, uma delas é a seleção apropriada dos materiais, aumentando a margem de segurança dos equipamentos. Isso é importante principalmente quando os materiais são aplicados nas áreas mais expostas da caldeira como: entradas de ar primário, saída de smelt, piso da caldeira, superaquecedores e economizadores. A escolha adequada é essencial para diminuir os custos de manutenção ao longo da operação.

A Sandvik tem um amplo portfólio de ligas para atender a diferentes partes da caldeira. A tabela 2 apresenta a composição química nominal de todas as ligas disponíveis para tubos compostos.

Caldeiras

Tabela 2 – Composição química dos componentes externos e internos

Dentre áreas da caldeira mencionadas, serão analisados com mais detalhes os mecanismos de corrosão e materiais que apresentam melhor desempenho na fornalha baixa e no superaquecedor.

Fornalha baixa

Alguns dos principais mecanismos de corrosão evidenciados na fornalha baixa são: oxidação, fadiga térmica e corrosão sob tensão.
O Sanicro 67 (UNSN6690) foi desenvolvido pela Sandvik em parceria com a FPInnovations no Canadá, com a finalidade de aumentar à resistência a corrosão e diminuir a susceptibilidade a trincas nas entradas de ar primário e saída de smelt.

Devido ao alto percentual de níquel em sua composição química, UNS06690 tem menor expansão térmica quando comparado com tubos compostos Sanicro38 e 304L, comumente usados nessas posições. A baixa expansão térmica resulta em menor susceptibilidade a trincas. Outra característica do Sanicro 67 é uma melhor estabilidade estrutural quando comparado a outras ligas a base de níquel como, por exemplo, UNS N06625 (Alloy625).

Foram realizados testes com Sanicro 67 comparando a resistência à corrosão sob tensão e corrosão generalizada na caldeira da Metsä Fibre AB Joutseno na Finlândia. A pesquisa foi executada pela pelo projeto da “SKYREC”., com a intenção de identificar materiais para a próxima geração de caldeiras de recuperação química operando com temperaturas e pressões mais elevadas. Os seguintes materiais foram comparados, 304L (Sandvik 3R12), UNS N08825Mod (Sanicro 38), UNS N06625 (Alloy625) e HR11N. Em todos os testes o Sanicro 67 se mostrou mais resistente.

Desde a primeira instalação do Sanicro 67 em 2009, há um aumento considerável de instalações. Atualmente, 11 caldeiras em cinco países estão operando com tubos compostos em Sanicro 67. Totalizando 185 entradas de ar, quatro saída de smelt, bem como entradas de queimadores e porta de visitas da caldeira.
Caldeiras que substituíam as entradas ar e saída de smelt anualmente devido à fadiga térmica e corrosão sob tensão, conseguiram reduzir o custo de manutenção utilizando o Sanicro67, que já apresenta vida útil superior a cinco anos. Dessa maneira, em casos de corrosão sob tensão, fadiga térmica na fornalha baixa, o Sanicro 67 apresenta-se como uma ótima solução.

Superaquecedores

Desde há muitos anos vêm se pesquisando o comportamento de depósitos e a influência de potássio e cloreto nas propriedades de fusão das cinzas. O entendimento do processo de corrosão nos tubos de superaquecedor é extremamente complicado devido à multiplicidade de reações. No entanto, analisando cuidadosamente as características metalúrgicas de materiais inoxidáveis austeníticos, junto à longa experiência da Sandvik na seleção de materiais inoxidáveis e ligas especiais, consegue-se considerações importantes para uma escolha adequada da liga a ser utilizada.

Alguns dos principais mecanismos de corrosão nos tubos de superaquedor são: sulfidação, oxidação, corrosão sob tensão e corrosão a quente por depósitos fundidos.

O cromo é principal elemento para o aumento da resistência em ambientes sulfitantes e oxidantes. Como o Sanicro 28 tem alto teor nominal de Cromo (27%), este material se apresenta como uma alternativa interessante.

Materiais 304L e 316L são suscetíveis à corrosão sob tensão em soluções contendo cloretos em temperaturas acima de 60°C. Essa susceptibilidade diminui quando se aumenta o teor de Níquel da liga. Além do Níquel, teores de Cromo acima de 20% também trazem benefícios. Desta forma, o Sanicro 28, por ser uma liga com 27% de Cromo e 31% Níquel, possui boa resistência à corrosão sob tensão.

Alguns dos gases gerados na área do superaquecedor podem acelerar o processo de corrosão, com o Cl2, HCl, mecanismo este conhecido como corrosão ativa. O Sanicro 28 tem boa resistência a HCl e cloretos, portanto, pode contribuir para o aumento da margem de segurança de operação. Adicionalmente, pesquisas indicam que elementos como Cr, Mo e Mn, são importantes para a resistência da liga a depósito fundido. Já Nitrogênio e Níquel também são elementos benéficos acima de 600°C.

A liga Sanicro 28 (UNS08028) está instalada em mais de 100 caldeiras. Dentre essas caldeiras, 20 foram grandes projetos, como por exemplo: um novo superaquecedor, reparos ou expansão. Temos estudos de casos que comprovam esse desempenho, onde o Sanicro 28 após oito anos em operação apresentou baixas taxas de perda de espessura de parede. Considerando uma corrosão linear, o material pode alcançar mais de 20 anos na operação.

Em suma, devido à composição química da liga Sanicro 28, e suas referências de instalações nos superaquecedores, podem afirmar que o Sanicro 28 designa-se como uma opção interessante.
Ademais, o Sanicro 28 está disponível com diferentes ligas como componente interno, como por exemplo: AS 210 A1, SA213 T22, SA 213 T9, SA 213 T24 e SA 213 T23. Dentre essas ligas, tanto o SA 213 T24 quanto o SA 213 T23 possuem a vantagem de não necessitar de tratamento térmico após soldagem, dependendo da espessura do tubo que será utilizado.

A Sandvik está disponível para ajudar com todo o suporte de soldagem e curvamentos dos tubos compostos, bem como informações referentes à corrosão e seleção de materiais.

 

Fonte: Claudemir Ribeiro – Engenheiro de Aplicação e Vendas

 

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