Técnica de reparo de vazamentos em selos de alta temperatura nos cilindros das turbinas a vapor

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I. Introdução às turbinas a vapor As turbinas a vapor (também conhecidas como turbinas de vapor) são máquinas rotativas que convertem a energia do vapor em trabalho mecânico. É utilizado principalmente como motor primário para geração de energia. Também pode acionar diretamente diversos tipos de bombas, ventiladores, compressores e hélices de navios. Além disso, é possível utilizar o vapor expelido pela turbina ou o vapor extraído durante seu funcionamento para atender às necessidades de aquecimento em processos industriais e no dia a dia. Durante a operação da turbina, vazamentos e deformações no cilindro são os problemas mais comuns relacionados aos equipamentos. A estanqueidade das superfícies de conexão do cilindro afeta diretamente o funcionamento seguro e econômico da unidade. Portanto, é importante realizar manutenções para garantir que essas superfícies estejam bem seladas. Ao lidar com vazamentos nessas superfícies, é necessário analisar cuidadosamente as causas do problema. Dependendo do grau de deformação e do tamanho dos espaços entre as superfícies, podem ser utilizados vários métodos para garantir que elas fiquem bem seladas. II. Causas da vazamento de ar no cilindro da turbina a vapor 1. O cilindro é fabricado por fundição. Após ser produzido, ele precisa passar por um processo de tratamento térmico, ou seja, deve ser armazenado por algum tempo, para que as tensões internas geradas durante o processo de fundição sejam completamente eliminadas. Se o período de tempo é curto, então os cilindros processados podem se deformar durante seu funcionamento posterior. É por isso que alguns cilindros continuam a vazar ar mesmo após o primeiro reparo das fugas. Porque o cilindro continua se deformando constantemente. 2. A situação de esforços que atuam sobre o cilindro durante seu funcionamento é bastante complexa. Além da diferença de pressão entre os gases dentro e fora do cilindro, bem como dos pesos das peças que nele estão instaladas, o cilindro também precisa suportar a força exercida pelo vapor que sai das pás estáticas, além das forças exercidas pelos tubos de conexão, dependendo se eles estão em estado quente ou frio. Devido à interação dessas forças, o cilindro sofre deformações plásticas, o que pode causar vazamentos. 3. A variação rápida da carga no cilindro, especialmente durante partidas e paradas rápidas, bem como em situações de mudança nas condições de operação, causa grandes variações de temperatura. Além disso, métodos inadequados para aquecer o cilindro, além da abertura prematura da camada isolante durante as manutenções, também geram grandes tensões térmicas e deformações térmicas no cilindro e nas flanges. 4. Durante o processo de usinagem dos cilindros, ou após reparos por soldagem, surgem tensões nos mesmos. No entanto, não se procede ao tratamento térmico necessário para eliminar essas tensões, o que faz com que os cilindros mantenham grandes tensões residuais. Isso causa deformações permanentes durante o funcionamento dos cilindros. 5. Durante a instalação ou manutenção, devido aos processos e técnicas utilizadas, podem ocorrer problemas que fazem com que as folgas de expansão do cilindro interno, da divisória do cilindro, dos revestimentos da divisória e dos selos do cilindro não sejam adequadas. Além disso, as folgas de expansão das placas de fixação também podem não ser adequadas. Isso faz com que, durante a operação, forças enormes de expansão sejam geradas, causando deformações no cilindro. 6. O selante utilizado para os cilindros é de má qualidade, contém muitas impurezas ou não é do modelo correto ； Se houver partículas sólidas e impurezas no selante do cilindro, isso dificultará que as superfícies de vedação se unam adequadamente. O selante de alta temperatura BoKos é o mais recente material de vedação para cilindros de turbinas a vapor. Pode ser utilizado em cilindros de alta, média e baixa pressão, evitando vazamentos nos cilindros devido à escolha inadequada do modelo. 7. A força de aperto dos parafusos do cilindro é insuficiente, ou o material dos parafusos não é de qualidade adequada. A estanqueidade da junta entre os cilindros é garantida principalmente pela força dos parafusos. A tensão térmica e as altas temperaturas geradas durante a partida e parada da unidade, ou ao aumentar ou diminuir a carga, podem causar relaxamento da tensão nos parafusos. Se a tensão for insuficiente, a força de aperto dos parafusos diminuirá gradualmente. Se o material dos parafusos do cilindro não for de boa qualidade, eles se alongam ao longo do tempo de funcionamento, devido às tensões térmicas e à expansão do cilindro. Isso pode causar deformação plástica ou quebra dos parafusos, resultando em uma falta de aperto suficiente e, consequentemente, vazamentos no cilindro. 8. A ordem de aperto dos parafusos do cilindro está incorreta. Geralmente, os parafusos do cilindro são apertados simultaneamente, do meio para as extremidades, ou seja, no ponto onde a curvatura é maior ou onde há maior deformação devido às forças aplicadas. Dessa forma, o espaço entre as partes que mais se deformam é transferido para as extremidades anteriores e posteriores do cilindro, até que esse espaço desapareça completamente. Se houver pressão de ambos os lados em direção ao centro, as lacunas se concentrarão na parte central. Isso faz com que a superfície de junção dos cilindros forme uma espécie de arco, o que provoca vazamentos de vapor. III. Métodos de tratamento de vazamentos nos cilindros das turbinas a vapor. As causas de deformação e vazamentos nas superfícies de junção dos cilindros são diversas, e o local onde ocorrem esses problemas, bem como o grau de deformação e vazamento, também variam. Primeiramente, é necessário usar uma fita métrica e um espelho de inspeção para verificar o grau de deformação nas superfícies de junção dos cilindros. Durante a manutenção, devem ser adotadas medidas adequadas, dependendo da causa do vazamento e do grau de deformação. O método específico é o seguinte: 1. Nas superfícies de junção onde há grande deformação do cilindro ou vazamento significativo de ar, utiliza-se o método de lixamento dessas superfícies. Se a deformação da superfície de junção do cilindro superior estiver dentro da faixa de 0,05 mm, utiliza-se essa superfície como referência. Em seguida, aplica-se vermelho-siderúrgico na superfície de junção do cilindro inferior ou se imprime papel azul nela; com base nessas marcas, procede-se ao lixamento da superfície de junção do cilindro inferior. Se a superfície de junção do cilindro sofrer grande deformação, aplique vermelho de minério sobre o cilindro e use uma régua plana para deixar marcas, de modo a nivelar o cilindro. 2. Utilizar materiais de vedação adequados para os cilindros. Atualmente, não existem padrões ou normas uniformes para os selantes utilizados nos cilindros das turbinas. Além disso, as matérias-primas e as fórmulas utilizadas variam, o que faz com que a qualidade dos produtos seja irregular ； Ao escolher o selante para cilindros de turbinas a vapor, é necessário optar por fabricantes confiáveis, cujo produto tenha qualidade garantida, a fim de assegurar a estanqueidade do cilindro após as manutenções. Como o selante de alta temperatura Bokos da Alemanha, trata-se de um selante em pasta, de composição monocomponente, destinado a uso industrial. É uma mistura de selagem de alta qualidade, adequada para condições de temperatura e pressão elevadas em superfícies de selagem lisas e planas (juntas de conexão). 3. Método de soldagem local: Como as superfícies de junção dos cilindros são danificadas pelo vapor ou por corrosão, formando sulcos, utiliza-se um eletrodo adequado para nivelar esses sulcos. Em seguida, usa-se uma placa plana ou um nível para alinhar as superfícies de soldagem e de junção no mesmo plano. Quando há uma grande deformação na superfície de junção dos cilindros ou quando há vazamentos significativos, é necessário soldar uma ou duas faixas com espessura de 10–20 mm na superfície de junção do cilindro inferior, a fim de eliminar o espaço entre eles. Em seguida, utiliza-se uma régua para medir e se aplica vermelho para lixar a área, até que o espaço seja completamente eliminado. O processo para realizar essa operação também é muito simples: antes da soldagem, o cilindro é pré-aquecido a 150°C. Em seguida, a soldagem é feita em etapas, à temperatura ambiente. Devem ser utilizados eletrodos de aço austenítico, como A407 e A412. Após a soldagem, deve-se cobrir a área com pano de amianto para manter o calor e acelerar o resfriamento. Após esfriar à temperatura ambiente, proceda com a lixagem e o polimento. 4. Revestimento ou pintura da superfície de junção dos cilindros Quando há vazamentos significativos de ar na superfície de junção dos cilindros, com um espaçamento de aproximadamente 0,50 mm, para reduzir o trabalho necessário para lixar essa área, pode-se utilizar o método de revestimento. Usando o cilindro como ânodo e o revestimento como cátodo, a solução eletrolítica é aplicada repetidamente sobre a superfície de junção do cilindro. A espessura da camada de revestimento deve ser determinada de acordo com o tamanho das fendas na superfície de junção do cilindro. O tipo de revestimento, por sua vez, depende do material do cilindro e do processo de reparo utilizado. A pintura por pulverização é um método em que se utiliza uma pistola de chama de alta temperatura especial para aquecer o pó metálico até que ele fique derretido ou atinja um estado plástico, sendo então pulverizado sobre a superfície do cilindro já tratado, formando assim uma camada com as propriedades desejadas. Suas características são: equipamento simples, operação fácil, revestimento firme. Após a pulverização, a temperatura do cilindro fica entre 70°C e 80°C, o que impede que o cilindro se deforme. Além disso, é possível obter um revestimento resistente ao calor, à abrasão e à corrosão. É importante notar que, antes da aplicação do revestimento e da pintura, a superfície do cilindro deve ser lixada, desengordurada e texturizada. Após a aplicação do revestimento e da pintura, é necessário lixar a camada aplicada, a fim de garantir uma boa aderência entre as superfícies. 5. Método de uso de almofadas nas superfícies de conexão: Se a vazão de ar nas áreas locais de conexão não for muito grande, pode-se utilizar uma malha de cobre com tamanho de poros entre 80 e 100. Essa malha é submetida a tratamento térmico para diminuir sua dureza. Em seguida, ela é cortada em formatos adequados e colocada nas áreas onde há vazamento de ar. Depois disso, é aplicado um selante especial para cilindros. Se houver um grande espaço entre as superfícies de conexão, causando vazamentos graves, é possível fazer fendas com 50 mm de largura e 5 mm de profundidade nas superfícies superior e inferior. Em seguida, pode-se inserir uma almofada em forma de dente feita de IGr18Ni9Ti no meio dessas fendas. A espessura da almofada deve ser aproximadamente 0,05–0,08 mm maior que a profundidade da fenda. Também é possível usar pastilhas de aço inoxidável com formato semelhante para fazer os ajustes necessários. 6. Métodos para controlar a tensão nos parafusos: Se a deformação na superfície de junção do cilindro for pequena e uniforme, é possível substituir os parafusos danificados por outros novos, ou aumentar adequadamente a força de aperto dos parafusos existentes. Aperte os parafusos simultaneamente, do meio para as extremidades, ou seja, no ponto onde o arco vertical é maior ou onde há maior deformação devido à carga. Teoricamente, a força de aperto do parafuso de controle pode ser calculada usando a fórmula d/L ≤ A. No entanto, como os dados necessários para esse cálculo e os métodos de medição ainda estão em fase de estudo, essa abordagem não foi amplamente adotada. Atualmente, a escolha da força de aperto é feita com base na experiência, dentro dos limites de tensão máxima permitida para o parafuso. IV. Instruções de uso do selante termoelástico BIRKOSITDichtungskitt 1. Breve descrição técnica O selante termoelástico BIRKOSITDichtungskitt é utilizado principalmente para selamentos em superfícies expostas a altas temperaturas, como em turbinas, flanges resistentes ao calor e válvulas, entre outros dispositivos que exigem esse tipo de selamento. No exterior, este produto foi reconhecido e certificado por fabricantes como Siemens, Alstom e GE. O selante termoelástico BIRKOSITDichtungskitt é um selante em pasta, de composição monocomponente, destinado a uso industrial. Trata-se de uma mistura de alta qualidade para selagem, adequada para condições de trabalho em que são exigidas altas temperaturas e pressões, em superfícies lisas e planas (juntas de conexão). Use uma espátula de gesso ou uma espátula de borracha para aplicá-lo sobre a superfície seca. Como os produtos selantes não solidificam, sua consistência muda ligeiramente, mantendo-se flexível e elástico. Portanto, não há necessidade de esperar algum tempo para seu uso; após a aplicação, eles podem ser imediatamente colocados em funcionamento, sem necessidade de aguardo. Para reparar superfícies de vedação resistentes a altas temperaturas danificadas por arranhões, deve-se utilizar os produtos de reparo da série F para altas temperaturas da BOCOS. 2. Dados técnicos: (1) Resistência à temperatura: resistente a vapor quente e gases a até 900°C, água quente e fria, combustíveis leves, lubrificantes, petróleo bruto e gás natural. (2) Resistência à pressão: A excelente aderência nas superfícies de selagem e nas conexões garante uma resistência à pressão de até 250 bar (255 kg/cm²). As flanges sem anel de selagem conseguem suportar uma pressão de até 450 bar (459 kg/cm²), enquanto as conexões por parafusos suportam uma pressão de até 550 bar (561 kg/cm²). (3) Deformação plástica: a deformabilidade é ilimitada; portanto, mesmo nas condições mais exigentes, a membrana de vedação não se rompe. (4) Áreas de aplicação: Turbinas a vapor e a gás, usinas elétricas (usinas nucleares), fábricas de gás e de água, refinarias, fábricas de metalurgia, estaleiros, indústrias de pintura e borracha, fábricas químicas, entre outras. Também é utilizado para selar as superfícies dos cilindros das turbinas a vapor e a gás, bem como das turbinas de gases em usinas elétricas (incluindo as nucleares). Além disso, é usado para o selamento de flanges em máquinas industriais e de tubos termoelétricos, bem como para o selamento de roscas sob altas temperaturas. Especialmente adequado para conexões metálicas seladas: turbinas a vapor e a gás, compressores, bombas, carcaças, conexões por flange, etc. (5) Tempo de vida útil: Para turbinas de alta pressão, garantimos que o produto seja capaz de suportar vapor a altas temperaturas de até 900°C, pressões de até 250 bar, além de água quente e fria, combustíveis leves, lubrificantes, óleos minerais e gás natural. Quando utilizados de acordo com as instruções de aplicação e operando normalmente, para turbinas a vapor e turbinas a gás, garantimos que a vida útil das tampas de vedação (juntas de conexão) seja de 10 anos. V. Exemplos de aplicação: Descrição da aplicação em campo pelo empresa Alstom Power (Suíça) do selante de alta temperatura Megalox-Bocose nos conectores entre turbinas a vapor e turbinas a gás. 1. Testes de vedação dos conectores das seguintes turbinas utilizando o selante Megalox-Bocose: (1) Turbinas de alta pressão. As turbinas de alta pressão possuem dois superfícies de vedação: uma superfície interna e outra externa. A superfície de vedação interna é a superfície que suporta as cargas (vedação interna). (2) Nas turbinas de pressão média e baixa, as conexões entre as partes da turbina de pressão média (IPT) e da turbina de pressão baixa (LPT) formam uma vedação contínua, com um orifício central. A superfície de vedação interna é a superfície que suporta o peso, estendendo-se até o orifício central. . 2. Danos seletivos na superfície de vedação das conexões: (1) Os pontos danificados com espessura ≥0,5–1,0 milímetro devem ser tratados da seguinte maneira: misture-se o Meijiahua-Bokosi com materiais à base de grafite, criando assim uma mistura elástica e altamente resistente, capaz de nivelar pontos danificados com espessura de até 1,0 milímetro. (2) Os pontos de danos com espessura ≥1,0–2,0 milímetros devem ser tratados com uma mistura de cerâmica e metal; após a cura, é possível submetê-los a processos mecânicos como moagem, lixamento, etc. 3. Instruções de uso: Nas inspeções que estão prestes a começar, pode-se observar corrosão nas juntas horizontais da carcaça interna da turbina de pressão média; a corrosão ocorre na entrada da turbina. O representante do cliente sugeriu a reparação por soldagem adicional, enquanto o nosso departamento de turbinas a vapor recomendou o uso do selante de alta temperatura Megagard-Bocose. No início, os clientes temiam que o selante fosse levado pela água. No entanto, após aproximadamente 25.000 horas de funcionamento, durante a próxima inspeção, a durabilidade e confiabilidade da Meijiahua-Bocosis foram comprovadas. Através das fotos, é possível ver com grande clareza as áreas de corrosão. 4. Áreas de aplicação
1. Aplicações em turbinas a vapor e turbinas a gás
2. Aplicações em compressores
3. Aplicações em equipamentos de expansão
4. Aplicações em equipamentos geradores
5. Aplicações em flanges e anéis de vedação para altas temperaturas e pressões
6. Aplicações em outros tipos de equipamentos