Preguntas y respuestas sobre el diseño de recipientes a presión (II)

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Pregunta 1: ¿Cómo se eligen los materiales de soldadura para metales de tipos diferentes? Respuesta: Soldadura de aceros inoxidables austeníticos y aceros ferríticos (incluidos los aceros de bajo carbono, los aceros de alta resistencia con bajas aleaciones, los aceros resistentes al calor de tipo perlítico y los aceros inoxidables ferríticos). (1) En la soldadura de aceros ferríticos, se debe utilizar, en la medida de lo posible, material de soldadura con la misma estructura y composición. Pero cuando se considera el uso de materiales de soldadura de tipo austenítico, con el fin de evitar el tratamiento térmico para eliminar las tensiones residuales después de la soldadura o mejorar el proceso de soldadura, es necesario tener en cuenta los siguientes factores: 1) Existe una gran diferencia en los coeficientes de expansión lineal entre los aceros austeníticos y los aceros ferríticos; por lo tanto, en condiciones de altas temperaturas o cuando las temperaturas cambian frecuentemente, deben tenerse en cuenta las tensiones térmicas que esto puede generar ； 2) Durante el proceso de soldadura por fusión, la migración del carbono que ocurre en la línea de unión entre el metal de la soldadura austenítica y el material base de acero ferrítico genera una capa de descarbonización (en el lado del material base de acero ferrítico) y una capa de cementación (en el lado del metal austenítico fundido). Esto conduce a una disminución en la resistencia y la plasticidad a altas temperaturas. (2) Al soldar acero ferrítico con materiales de soldadura de tipo austenítico, la temperatura de precalentamiento puede reducirse en aproximadamente 100 °C en comparación con el caso de utilizar materiales de soldadura con composición aleatoria similar para soldar acero ferrítico; generalmente, no es necesario realizar un tratamiento térmico posterior a la soldadura. (3) Para la unión por soldadura de aceros inoxidables austeníticos con aceros ferríticos, generalmente se debe utilizar el electrodo A302. Sin embargo, cuando la temperatura de uso es superior a 450–550 °C y la unión soldada está sometida a altos niveles de estrés, se deben utilizar electrodos austeníticos con alto contenido de níquel, como A502, A507 y A607. Cuando la temperatura de uso supera los 550 °C y la unión soldada también está sometida a altos niveles de estrés, entonces se deben utilizar materiales de soldadura a base de níquel. En la soldadura por arco con electrodo, se pueden utilizar los materiales ENiCrFe-3 y ENiCrFe-2, que cumplen con las especificaciones de AWS A5.11. Pregunta 2: ¿Cuáles son los requisitos para el diseño de entornos propensos a la corrosión por hidrógeno? Respuesta: (1) Entorno de corrosión: Se considera un entorno de corrosión por hidrógeno cuando la temperatura de diseño de los recipientes a presión químicos es mayor o igual a 200 °C y estos están en contacto con una atmósfera de hidrógeno. En entornos de corrosión por hidrógeno, cuando coexisten también factores como la corrosión por azufre a altas temperaturas, la fluencia a altas temperaturas, el efecto multiplicador entre la fluencia y la corrosión por hidrógeno, así como la fragilidad por revenido, también es necesario considerar el impacto de estos factores en las propiedades mecánicas del acero a altas temperaturas. (2) Requisitos y limitaciones de los materiales 1) El estado en el que se utiliza el acero en entornos de corrosión por hidrógeno debe cumplir con las especificaciones establecidas en las normas, y se debe realizar un tratamiento térmico para eliminar las tensiones residuales después del soldado ； 2) Los límites de temperatura de uso del acero ferrítico en entornos de corrosión por hidrógeno se determinan según la curva de Nelson, y debe existir un margen de seguridad de al menos 20 °C por encima de dicha temperatura ； 3) El acero inoxidable austenítico no sufre corrosión por hidrógeno cuando se utiliza a las temperaturas y presiones parciales de hidrógeno indicadas en la curva de Nelson; por lo tanto, no es necesario realizar un tratamiento térmico de alivio de tensiones después del soldado. Pregunta 3: ¿Cuándo es necesario realizar un tratamiento térmico para restaurar las propiedades mecánicas? Respuesta: Para recuperar las propiedades mecánicas del material que se han perdido debido a la endurecimiento por enfriamiento, la norma GB150.4 establece que los componentes sometidos a presión que cumplan ciertas condiciones deben someterse a un tratamiento térmico para recuperar dichas propiedades mecánicas. El tratamiento térmico para restaurar las propiedades mecánicas y el tratamiento térmico de eliminación de tensiones después de la soldadura pertenecen ambos al recocido desestresante (recocido a bajas temperaturas). Por lo tanto, cuando sea necesario, se puede combinar el tratamiento térmico para restaurar las propiedades mecánicas de las materias primas con el tratamiento térmico para eliminar las tensiones residuales en los productos de recipientes a presión. Los requisitos de tratamiento térmico para recuperar las propiedades mecánicas de los materiales suelen pasarse por alto en el diseño de los tramos cortos de las escotillas de los tanques. Pregunta 4: ¿Qué es el tratamiento de eliminación de hidrógeno después del soldado? Respuesta: Durante el proceso de soldadura, el hidrógeno proveniente del electrodo de soldadura, del agente de soldadura y de la humedad del aire se descompone a altas temperaturas en átomos que se disuelven en el metal líquido. Cuando la soldadura se enfría, la solubilidad del hidrógeno en el acero disminuye drásticamente. Dado que la soldadura se enfría rápidamente, el hidrógeno no tiene tiempo de escapar y permanece en el metal de la soldadura. Con el paso del tiempo, este hidrógeno se acumula en la zona de soldadura o en la línea de unión. Al acumularse hasta cierto grado, bajo la acción de las tensiones de soldadura, se generan grietas en frío en la zona de soldadura o en la zona afectada por el calor; es decir, grietas retardadas. Por lo tanto, se requiere que la varilla de soldadura sea precalentada primero, y que posteriormente la zona soldada se someta a un calentamiento posterior a 200 °C. El tiempo necesario para este calentamiento es, normalmente, de 16 horas. De esta manera, se reduce la velocidad de enfriamiento de la zona soldada, lo que permite que el hidrógeno se escape completamente. Este proceso se denomina tratamiento de eliminación de hidrógeno después de la soldadura. Los recipientes que requieren un tratamiento de eliminación de hidrógeno después del soldado, pueden eximirse de este tratamiento si se realiza inmediatamente un tratamiento térmico posterior al soldado. Pregunta 5: ¿Cuál es el problema relacionado con la densidad del medio en los cálculos para recipientes horizontales? Respuesta: La densidad del medio debe ser la densidad del medio real; no se puede utilizar la densidad del agua. Pregunta 6: ¿Cómo se pueden resolver los problemas relacionados con los recipientes a presión hechos de placas compuestas de acero inoxidable austenítico, que, si cumplen con las normas GB150, requieren un tratamiento térmico para eliminar las tensiones residuales? Respuesta: Si el equipo está fabricado con placas compuestas de acero inoxidable austenítico, y se utiliza para resistir la corrosión intergranular causada por ciertos medios químicos, se debe considerar con cuidado si es necesario realizar un tratamiento térmico para eliminar las tensiones residuales. La temperatura necesaria para este tratamiento (620 °C ±20 °C) coincide exactamente con la zona de sensibilización del acero inoxidable (400 °C a 850 °C). Esto puede provocar una disminución en la cantidad de cromo en la estructura cristalina del acero inoxidable, lo que a su vez reduce su capacidad para resistir la corrosión intergranular. Por lo tanto, no se recomienda realizar dicho tratamiento. Durante la fabricación, se puede considerar el uso de electrodos pequeños, una corriente eléctrica baja y varias capas de soldadura. Si es solo por requisitos de limpieza, se puede considerar realizar un tratamiento de eliminación de tensiones. Pregunta 7: ¿Se pueden utilizar juntas de enrollado metálico en las bridas de tipo A de los recipientes a presión? Respuesta: En el caso de las bridas de soldadura plana de tipo A, según los requisitos para las bridas de recipientes a presión, solo se pueden utilizar juntas blandas no metálicas; usar juntas enrolladas es incorrecto. En cambio, en el caso de las bridas de tipo B y de cuello alto, se pueden utilizar juntas enrolladas. Las bridas de tipo A, al igual que las bridas de tuberías de tipo PL, tienen poca rigidez y un bajo rendimiento en cuanto al sellado. Si el medio que se almacena es extremadamente o altamente peligroso, o si no se permiten fugas mínimas, sería más adecuado utilizar bridas de cuello alto, junto con juntas enrolladas o juntas revestidas de metal. Pregunta 8: ¿Cuáles son los problemas de diseño estructural en los intercambiadores de calor con placa de tubos fija vertical? Respuesta: En los intercambiadores de calor con placa de tuberías fija vertical, se deben utilizar soportes tipo “oreja” siempre que sea posible, y estos deben colocarse en la carcasa del lado del recipiente. La superficie de soporte de los soportes tipo “oreja” en los intercambiadores de calor con placa de tuberías fija verticalmente, generalmente debe estar por encima del centro de gravedad del equipo y de los manguitos de expansión. En los intercambiadores de calor de placa fija vertical, las barras de sujeción deben tener su extremo fijo en la placa superior, siempre y cuando se cumplan los requisitos de montaje, independientemente de si la entrada del medio en el lado del casco está ubicada en la parte superior o inferior. Pregunta 9: ¿Cuál es el diseño estructural de las placas de soporte en el lado del casco de un condensador con placa de sujeción fija en posición horizontal, cuando el medio de condensación fluye a través de él? Respuesta: Desde el punto de vista de la transferencia de calor, en un condensador en el que el medio de condensación circula por el exterior del cuerpo del condensador, no es necesario instalar deflectores. Sin embargo, con el fin de aumentar la rigidez de los tubos de intercambio de calor y evitar una flexión excesiva o vibraciones en los mismos, cuando la distancia entre los puntos de soporte de los tubos supera los valores establecidos en las normas, es necesario instalar unas pocas placas de soporte. Las placas de soporte deben colocarse verticalmente, de izquierda a derecha, y debe haber una abertura para el líquido en la parte más baja.