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Inspección de Tubos en Hornos o Calentadores y la Evaluación de Vida Remanente

Una entrevista con Rich Roberts, Quest Integrity Group

Como se ve en el volume de Mayo/Junio 2014 del Inspectioneering Journal

El entender las variaciones asociadas con el análisis de vida remanente de los tubos de hornos o calentadores, es un elemento crítico para la calidad y la exactitud de sus predicciones. Los hornos o calentadores son equipos vitales, en la mayoría de las plantas. Una falla en un tubo de un horno o calentador puede tener como consecuencia la pérdida de vidas humanas, perdidas millonarias en producción y los costos asociados con el reemplazo de los elementos fallados. Generalmente las inspecciones se realizan para obtener datos que permitan reducir las variaciones en los análisis de ingeniería cuando se determina el nivel actual de daño y la vida remanente del equipo, permitiendo tomar acciones apropiadas, mucho antes de alcanzar una falla en un tubo. Las inspecciones típicas incluyen medición por ultrasonido de espesores de pared, medida de la circunferencia (diámetro), metalografía de terreno, replicas, etc. A veces, se limita la inspección de un tubo de horno o calentador, debido a su accesibilidad. La siguiente entrevista con Rich Roberts, entrega respuestas a algunas preguntas que nuestros lectores pueden tener, con respecto a estas pequeñas herramientas (pigs), muy especialmente diseñadas, con tecnología de ensayo no destructivo, que pueden inspeccionar prácticamente todo el tubo, desde su interior. Esperamos que encuentren valor en esta entrevista. Favor de enviarnos un correo electrónico, si tienen consultas adicionales respecto a este tópico o cualquier otro tópico relacionado con la gestión de integridad de activos. Trataremos de obtener las respuestas solicitadas.

IJ: Cuales son las más recientes técnicas de ensayos no destructivos (y como ellas están) ayudando a entregar información crítica para la evaluación de ingeniería de los serpentines en los hornos o calentadores de proceso?

RR: La inspección de los serpentines en los hornos o calentadores de proceso, ha sido históricamente, un reto para los dueños/operadores de ellos, debido a un acceso físico limitado, especialmente en la zona convectiva. Las alternativas tradicionalmente disponibles de ensayos no destructivos (por ejemplo: ultrasonido manual), tratan de inspeccionar desde la superficie exterior de los tubos, pero el acceso esta normalmente disponible solo para los tubos de la sección radiante, dejando sin inspección la zona convectiva. Aún más importante, los ensayos no destructivos convencionales requieren disponibilidad de tiempo y los resultados cubren solo el 2 a 3% de la superficie de los serpentines. Los ingenieros que tratan de realizar una evaluación de "fitness-for-service” con base a mediciones manuales, deben asumir una gran cantidad de data, para completar el requerimiento de información. El uso de la tecnología de inspección basada en ultrasonido del "Smart pig” elimina la necesidad de asumir información, para realizar la evaluación, ya que entrega una cobertura del 100% tanto de los tubos de la convectiva como de la radiante. Esta técnica de inspección, con su mayor nivel de confiabilidad del análisis de "fitness-for-service”, permite que las plantas operen los hornos o calentadores por periodos más prolongados y generalmente, con una mayor demanda.

IJ: Cuantos sensores ultrasónicos (UT) son necesarios en el "Smart pig”, para asegurar una cobertura de inspección adecuada, cuando se inspeccionan serpentines en hornos o calentadores?

RR: El diámetro de los tubos del serpentín, debe dictar el número de sensores UT con que debe contar el "Smart pig”. Por ejemplo, un horno o calentador que tenga tubos de 3” de diámetro nominal en el serpentín, debe tener a lo menos, cuarenta y ocho (48) sensores en la circunferencia, mientras que un tubo de 12” diámetro nominal debe tener ciento sesenta y ocho (168) lecturas tomadas en la circunferencia. Adicionalmente, el "Smart pig” debe tomar cuatro (4) muestras por cada pulgada (25 mm) de avance, en el eje axial.

IJ: Cual es el máximo diámetro del sensor ultrasónico (UT) en el "Smart pig” que asegure al mismo tiempo, una adecuada resolución y una adecuada sensibilidad de inspección?

RR: La dimensión física de los mecanismos de deterioro, como ser: picaduras, corrosión localizada o daño mecánico, pueden ser muy pequeños y en posiciones donde es imposible el acceso manual exterior del ultrasonido manual. El "Smart pig” aplicado desde la superficie interior debe tener sensores UT con un máximo de ¼” de diámetro (o ser menor), para asegurar una adecuada resolución y sensibilidad, que permita detectar estos defectos. Ambos elementos claves en la detección, pueden ser comprometidos si los sensores UT tienen un diámetro mayor.

IJ: Que mejor información / data necesitamos, con esta técnica avanzada de ensayos no destructivos, para que las evaluaciones de ingeniería sean más adecuadas, en los serpentines de los hornos o calentadores?

RR: Es el balance crítico y delicado de mantener tanto la exactitud como el cubrimiento de superficie de inspección. Si uno o ambos de estos críticos elementos no están  presentes, los resultados de la evaluación de ingeniería estarán comprometidos. Los mecanismos de deterioro en los serpentines de hornos o calentadores están generalmente localizados en un área específica del serpentín y las dimensiones físicas del defecto (ejemplo: picadura, abolladura) pueden ser muy pequeños. Sin una cobertura del 100% de la inspección, un defecto puede ser no detectado, generando una falla prematura del serpentín.

IJ: Cual desarrollo adicional, en las técnicas de ensayos no destructivos, son requeridos para mejorar las evaluaciones de ingeniería en los hornos o calentadores?

RR: La tecnología del "Smart pig”, diseñada específicamente para la inspección de los serpentines de los hornos o calefactores, ha avanzado rápidamente durante los últimos años y continua haciéndolo hoy en día. Muchos hornos o calentadores en la industria química o petroquímica, tienen serpentines con tubos de 2” diámetro nominal. El "Smart pig” para estos tubos pequeños estáen proceso de desarrollo y se espera que esté disponible en unos cuantos meses.

IJ: Que hornos o calentadores industriales típicos justifican estos análisis de vida remanente complejos e inspecciones especializadas?, Por qué?

RR: Existen muchos tipos diferentes de hornos o calentadores de proceso a través de refinerías y plantas químicas. Sus diseños son específicos para el proceso en que se utilizaran. Muchos hornos o calentadores operan a temperatura y presiones elevadas, haciendo que los serpentines sean susceptibles tanto a corrosión como a deformación por fluencia (creep). La herramienta de tecnología UT "Smart pig” es capaz de detectar y cuantificar el daño causado por ambos. El tener la habilidad de importar toda la data de inspección que capturo el "Smart pig” a un programa computacional y poder desde allí, realizar una evaluación de ingeniería, es crítico para entender la degradación del serpentín y su vida remanente.

IJ: Se debe entregar información de ingeniería por adelantado, para dar la dirección necesaria para crear la estrategia de inspección?

RR: Antes de comenzar cualquiera inspección, es crítico que los operadores de la planta que gestionan los hornos o calentadores, compartan información relacionada con alteraciones en la operación del horno o calentador, como ser temperaturas elevadas, salidas de operación, etc. Esto asegura que el analizador de la data y el ingeniero, los cuales están trabajando con la data de inspección, coloquen atención y se focalicen en el posible daño que se podría haber ocasionado, como resultado de la historia operacional del activo. Adicionalmente, es crítico que la empresa que brinda el servicio de inspección tenga una fuerte base de ingeniería y de conocimiento técnico de los hornos o calentadores, para asegurar al cliente, que todos estos elementos combinados, entregaran el mejor resultado respecto a la inversión realizada.

IJ: Que dicta el grado de exactitud requerida en la inspección y en los resultados?

RR: Como lo dice el antiguo proverbio "si entra basura, sale basura”. Si la exactitud de los resultados de la inspección son cuestionados, asítambién lo seráel resultado de la evaluación de ingeniería. El seleccionar un método de inspección con un historial probado de exactitud y que tenga resultados repetibles, es crítico para asegurar que las recomendaciones de ingeniería sean confiables. Muchos clientes hoy en día, conducen proactivamente, evaluaciones en vivo de los rendimientos de los proveedores de los servicios de "Smart pig”, lo que yo creo es esencial para calificar tanto la tecnología como la capacidad del proveedor, antes de que este llegue a terreno.

IJ: Que dicta la cantidad de área a ser inspeccionada?

RR: Los serpentines en los hornos o calentadores están constantemente expuestos a altas temperaturas y medio ambiente corrosivo tanto en el interior (lado de proceso) como en el exterior (lado ambiente). Los mecanismos de deterioro pueden variar ampliamente sobre el total largo del serpentín como su superficie. Sin una inspección del 100% de la superficie, es prácticamente imposible el poder asegurar al dueño / operador un buen control respecto al deterioro presente y por cuanto tiempo, el horno o calentador puede continuar operando, sin un riesgo de falla.

IJ: Que tipo de acceso es necesario, considerando los distintos tipos de tecnologías de inspección de tubos, en hornos o calentadores?

RR: Los diseños de los serpentines en hornos o calentadores estándares típicamente tienen bridas en ambos extremos, lo que permite realizar una limpieza mecánica de las superficies interiores. El uso del "Smart pig” para la inspección de este tipo de diseño de serpentín es bastante directo, especialmente que el "Smart pig” se envía a través del serpentín directamente después que los "pigs” de limpieza han realizado su trabajo. Hornos o calentadores más complejos, que tienen Cabezales Comunes, eran un desafío, tanto para la limpieza como para la inspección, pero con el sistema de "snorkel (Header Deliver System)”, que está disponible en el mercado, la limpieza y la inspección de estos hornos o calentadores han pasado a ser de rutina.

IJ: Cuanto tiempo se demora una inspección?

RR: El "Smart pig” viaja a una velocidad típica de 2 pies por segundo (0.6 metros por segundo), proveyendo al mismo tiempo, una cobertura del 100% de la superficie. Un largo típico de un serpentín, del orden de 366 metros (1200 pies), requiere unos 10 minutos, para correr de un extremo al otro.

IJ: Cuales son los requerimientos de preparación de la superficie?

RR: El interior de los serpentines se limpia regularmente (decoquificado) para asegurar la eficiencia en la transferencia de calor. Esta limpieza es también un requerimiento antes de utilizar la inspección con el "Smart pig”. La tecnología del "Smart pig” es también capaz de confirmar que todo material extraño (ejemplo: laminilla, coque, etc.) ha sido removido desde el interior del serpentín.

IJ: Cual es el costo total de la implementación del ensayo no destructivo y la evaluación de ingeniería?, Cuanto valor tiene para el operador?

RR: El costo esta manejado por varias variables como ser la complejidad y el largo del serpentín, diámetro de tubos, etc. Un operador interesado en conocer el costo del servicio debe proveer planos o dibujos detallados de los serpentines y completar el PJQ (pre-job-questionnaire); estos elementos permitirán al representante comercial de Quest Integrity, calcular el valor fijo base para la inspección y para la evaluación de ingeniería. Retro-alimentación de varios clientes indican que el costo de aplicar la inspección del "Smart pig” es una pequeña fracción del costo comparado con una falla súbdita del horno o calentador o una falla catastrófica, en el peor escenario.

IJ: Considerando que la tecnología del "Smart pig” significa instrumentos complejos, que tipo de procedimientos formales y entrenamiento técnico debe una empresa entregar a su personal de terreno, en orden de asegurar resultados exactos en los informes de inspección?

RR: Sin duda, los "Smart pigs” tienen tecnología de avanzada, que requiere entrenamiento especializado, para operarlos durante la recolección de data. Procedimientos detallados formales son un requerimiento natural de la comunidad de ensayos no destructivos; pero aún más, la importancia de un proceso bien documentado es esencial al aplicar estos instrumentos complejos. Más importante aún, el entrenamiento del analista de datos es crítico para asegurar que ellos entienden el proceso y las características específicas de los mecanismos de deterioro encontrados comúnmente en los serpentines de los hornos o calentadores. Hemos concluido que hay una estrecha relación entre el personal interno nivel III y los ingenieros de confiabilidad de hornos o calentadores en las plantas, cuando se prepara el plan de entrenamiento del personal de terreno. También solicitamos a los clientes, auditar a los vendedores de esta tecnología, para asegurar que ellos tengan procedimientos robustos, entrenamiento adecuado y certificados de examinación.

IJ: Como usted ve el futuro de las empresas que proveen el servicio de inspección y servicios de evaluación de ingeniería, en hornos o calentadores?

RR: Veo una relación mucho más estrecha entre los clientes y las empresas de ensayos no destructivos y servicios de ingeniería. La creación de relaciones con el dueño / operador de los hornos o calentadores aumenta la familiaridad con el equipo y el personal a cargo, mejorando el tipo de información a entregar. La relación también asegura al cliente, el acceso a los datos históricos y las evaluaciones de ingeniería que se proveyeron en el pasado, que normalmente el proveedor der servicio guarda en archivos.
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