Title

Falha em dessuperaquecedor associada à sobrepressão em caldeira aquatubular

Failure analysis of a desuperheater associated with overpressure in a water-tube boiler

Authorship

BORGES, BARBARA LIMA; SOUZA, JAMESON ARAÚJO DE; LOURENÇO, WELITON DE MATOS

BORGES, BARBARA LIMA

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SOUZA, JAMESON ARAÚJO DE

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LOURENÇO, WELITON DE MATOS

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DOI

10.5151/2594-5327-43759

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Abstract

Durante inspeção interna realizada em um dessuperaquecedor primário de uma caldeira aquatubular industrial, foram identificados danos mecânicos severos no conjunto interno do equipamento, incluindo fratura do tubo de alimentação de água do conjunto spray, danos no liner de proteção da tubulação e trincas no tubo de venturi. A investigação foi motivada por uma condição de sobrepressão no circuito de vapor da unidade, associada ao aumento anormal do diferencial de pressão no dessuperaquecedor. As análises operacionais, inspeções internas e avaliações metalográficas permitiram concluir que a causa primária da fratura foi a atuação combinada da configuração estrutural em balanço do tubo de alimentação de água, dos esforços cíclicos de flexão impostos durante a operação e das descontinuidades presentes na junta soldada, culminando em um mecanismo de Corrosion Fatigue Cracking (CFC). A ruptura do tubo permitiu a movimentação do conjunto spray, provocando impactos sucessivos contra o liner e o venturi, ocasionando restrição parcial ao escoamento de vapor, aumento significativo da perda de carga no circuito e limitação operacional da unidade. Após a substituição completa do conjunto interno do dessuperaquecedor, o diferencial de pressão retornou às condições normais de projeto e a unidade recuperou sua capacidade plena de operação. O trabalho demonstra a correlação entre a causa da falha, o mecanismo de fratura identificado e seus impactos sobre a confiabilidade operacional do dessuperaquecedor, apresentando recomendações para fabricação, inspeção e monitoramento de componentes críticos submetidos a esforços cíclicos.

During an internal inspection of a primary desuperheater installed in an industrial water-tube boiler, severe mechanical damage was identified in the equipment's internal assembly, including fracture of the spray water supply tube, damage to the internal pipe liner, and cracks in the venturi tube. The investigation was initiated due to an overpressure condition in the steam circuit associated with an abnormal increase in the pressure differential across the desuperheater. The integrated assessment of operational data, internal inspections, and metallurgical analyses demonstrated that the primary cause of the fracture was the combined effect of the cantilever structural configuration of the spray water supply tube, cyclic bending stresses developed during operation, and discontinuities in the welded joint, leading to a Corrosion Fatigue Cracking (CFC) failure mechanism. The tube fracture allowed excessive movement of the spray assembly, resulting in repeated impacts against the liner and venturi, causing partial steam flow restriction, a significant increase in pressure drop, and operational limitations of the unit. After complete replacement of the desuperheater internal assembly, the pressure differential returned to its original design values, and the boiler recovered its full operating capacity. This work demonstrates the correlation between the primary cause of the failure, the identified fracture mechanism, and their effects on the operational reliability of the desuperheater, providing recommendations for the design, fabrication, inspection, and monitoring of critical components subjected to cyclic loading.

Keywords

Dessuperaquecedor, Corrosion fatigue cracking, Sobrepressão

Desuperheater, Corrosion Fatigue Cracking, Overpressure