Rottura per fatica da corrosione dei tubi nelle caldaie a tubi d'acqua

La Divisione Industrie Chimiche di HSE è a conoscenza di tre guasti relativamente recenti associati alle caldaie a tubi d'acqua. Ognuno di questi sembra essere stato causato dalla fatica da corrosione dei tubi della parete esterna dell'acqua. Questo avviso, rivolto in particolare al settore delle industrie chimiche, descrive gli incidenti e delinea le azioni che dovrebbero essere intraprese dai soggetti obbligati.

Nota: la fatica da corrosione è causata da una combinazione di un meccanismo corrosivo e fatica generata da sollecitazioni meccaniche o termiche.

Tutte e tre le caldaie erano alimentate a gas, con tubo a "D" (mostrato a lato) e avevano circa 30 anni con pressioni di esercizio a 80 barg. In quel periodo hanno visto sia il servizio continuo che quello intermittente.

Due dei tre incidenti hanno provocato un guasto tipo "vetro di finestra", in cui un frammento di materiale è stato espulso dal tubo a parete della caldaia. Questi sono mostrati nelle fotografie qui sotto. Un tale guasto può comportare un rischio molto serio di lesioni, sia a causa del provino stesso che del conseguente rilascio di vapore ad alta pressione. Nel terzo incidente, una crepa longitudinale nel tubo ha provocato un rilascio di vapore all'interno della caldaia con energia sufficiente a far saltare una porta di passaggio.

In ogni caso i tubi danneggiati erano posizionati alle estremità estreme delle caldaie, vicino alla struttura principale. Due dei cedimenti si sono verificati in curve formate a freddo (uno in corrispondenza della curva superiore e uno in quella inferiore). Il terzo guasto si è verificato in un tratto rettilineo del tubo.

Un'ispezione dettagliata utilizzando boroscopi video, sonda angolare UT e test distruttivi ha rivelato che le crepe da fatica da corrosione (sebbene in diminuzione di entità) erano evidenti fino a circa 12 tubi dalle estremità.

Le indagini sugli incidenti suggeriscono che le parti dei tubi maggiormente sollecitate (come le curve o altre aree vicine ai tiranti o ai supporti) potrebbero essere le più vulnerabili. Ulteriori sollecitazioni termiche potrebbero essere imposte ai tubi terminali dei telai della caldaia.

Si ritiene che il precursore dell'attacco corrosivo derivi da controlli insoddisfacenti del lato acqua durante le interruzioni della caldaia piuttosto che da uno scarso trattamento dell'acqua in servizio (Riferimento 1). La corrosione penetra nello strato di magnetite che si forma naturalmente formando fosse. La morfologia del difetto suggerisce che la fessurazione per fatica abbia origine dalle cavità di corrosione che poi si uniscono per produrre cricche.

Le indagini hanno rivelato che, sebbene ciascuna caldaia avesse una lunga storia di ispezioni (la periodicità era rispettivamente quadriennale e triennale), tali ispezioni si concentravano prevalentemente sui cilindri di vapore e di fango. Sui tubi stessi sono state effettuate solo ispezioni molto limitate, incentrate prevalentemente sull'assottigliamento delle pareti causato dalla corrosione sotto l'isolamento. Sebbene negli schemi di esame sia stato fatto riferimento ad alcuni rilevamenti di cricche, ciò non ha tenuto conto della fatica o della fatica da corrosione rispetto ai tubi a parete d'acqua.

Sembra anche probabile che un certo numero di guasti ai tubi negli anni precedenti a questi incidenti potrebbero essere stati causati dalla fatica da corrosione, ma sono stati erroneamente attribuiti a guasti dovuti al surriscaldamento.

Sebbene sia dubbio che la condizione dei dispositivi di fissaggio della porta del tombino associati al terzo guasto abbia contribuito alla gravità dell'incidente, è stata riconosciuta l'importanza di stabilire adeguatamente la condizione e l'idoneità allo scopo di questi e di altri dispositivi di fissaggio durante le ispezioni relative alle interruzioni.

Al momento della stesura di questo articolo sembra che l'ispezione videoscopica delle parti interne del tubo più l'ispezione UT con sonda angolare dall'esterno siano le uniche tecniche appropriate. È in corso la ricerca per vedere se è possibile utilizzare altre tecniche come i metodi delle correnti parassite rotanti (simili a IRIS).

Le indagini HSE hanno inoltre rivelato che coloro che sono coinvolti nello svolgimento di revisioni tecniche e valutazioni di integrità basate sul rischio, insieme agli stessi ispettori, sebbene esperti e competenti negli impianti di processo chimico convenzionali, non erano specialisti in caldaie o stufe.