1. 2 1 | 08 | 12 Estudio de la integralidad y vida útil remanente de las Calderas Central Termozipa, EMGESA SA ESP Ing. Germán Buitrago López Profesional Experto Producción. Central Termozipa 21 | 08 | 12

2. ido, Termozipa, Planta de Generación a Carbón 235.5 MW 4 Unidades

3. ido, Objetivo Presentar las técnicas utilizadas para determinar el estado externo e interno de las diferentes zonas de presión de las calderas (lado agua – Vapor ) y el grado de ensuciamiento que presentan los generadores de vapor de las unidades 2, 3,4 y 5 de la Central Termozipa, por medio de inspección visual, ensayos no destructivos y destructivos. Caracterizar y cuantificar los depósitos internos adheridos y decantados en tuberías y componentes a presión de las calderas, determinar perdida de espesor y el grado de ensuciamiento producido por los gases de combustión sobre los elementos de transferencia de calor para evaluar a condición actual de la estructura interna de las calderas.

4. ido, INSPECCIÓN VISUAL DIRECTA INSPECCIÓN VISUAL REMOTA (BOROSCOPIO) MEDICIÓN DE ESPESORES CON ULTRASONIDO INSPECCIÓN CON PARTÍCULAS MAGNÉTICAS ENSAYOS MECÁNICOS METALOGRAFÍA DIRECTA INSPECCIÓN MEDIANTE LA TÉCNICA IRIS Metodología Metodología de Inspección ANÁLISIS DE DEPÓSITOS

5. ido, Documentos Aplicables API 573 Inspection of Fired Boilers and Heaters ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section I: Power Boilers ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section V: Nondestructive Examination ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section VIII, Division 1: Design and Fabrication of Pressure Vessels API 510 Pressure Vessel Inspection Code: In-Service Inspection, Rating, Repair, and Alteration API RP 572 Inspection of Pressure Vessels NB23-2007 National Board Inspection Code - NBIC ASTM E 1316. Standard Terminology for Nondestructive Examinations ASTM E114 - 95(2005) Standard Practice for Ultrasonic Pulse-Echo Straight-Beam Examination by the Contact Method ASTM E 213 Standard Practice for Ultrasonic Examination of Metal Pipe and Tubing ASTM A609 / A609M - 91 Standard Practice for Castings, Carbon, Low-Alloy, and Martensitic Stainless Steel, Ultrasonic Examination Thereof ASTM E709 - 08 Standard Guide for Magnetic Particle Testing ASM Handbook Volume 09: Metallography and Microstructures ASNT SNT-TC-1A-2006 : Personnel Qualification and Certification in Nondestructive Testing, ASME B31.1

6. ido, Se realizaron recorridos de inspección interna y externa verificando el estado general de las calderas, Tuberías del hogar, sobrecalentadores y colectores, y de sus componentes auxiliares con el fin de detectar corrosión, erosión, deformación, laminaciones u otros defectos localizados. Inspección Visual Directa

7. Acumulación de ceniza en tubos Risers Estructura interna superior del precalentador Inspección visual y medición de espesores a zona techo caldera. Tubo 18, se observa ampollamiento pérdida de integridad. Estructura interna del precalentador zona inferior Quemador de Carbón

8. Los elementos de sujeción y alineación de la tubería del sobrecalentador primario presentan deformación Los soportes y amarres de la parrilla 5 del sobrecalentador secundario se encuentran deformados y sueltos, lo cual ocasionó daño mecánico sobre la superficie de la tubería. Techo de la Caldera Verificación de perdida de espesor de la tubería Inspección Visual Directa

9. El boroscopio es un accesorio que se utiliza en las inspecciones visuales se introduce en el interior de la tubería, para observar deforma directa el estado general de la superficie interna por presencia de picadura generalizada, ataque químico debido al tratamiento del agua que circula por ellos. defectos superficiales, porosidades, grietas, corrosión, de laminaciones, protuberancias, fugas, pérdidas de recubrimientos protectivos, deformaciones y desgastes Zonas inspeccionadas: Banco principal, Colectores de la zona muerta frontal y posterior Tubos en el sobrecalentador secundario Tubos en las pared frontal y posterior. El boroscopio es un accesorio que se utiliza en las inspecciones visuales se introduce en el interior de la tubería, para observar deforma directa el estado general de la superficie interna por presencia de picadura generalizada, ataque químico debido al tratamiento del agua que circula por ellos. defectos superficiales, porosidades, grietas, corrosión, de laminaciones, protuberancias, fugas, pérdidas de recubrimientos protectivos, deformaciones y desgastes Zonas inspeccionadas: Banco principal, Colectores de la zona muerta frontal y posterior Tubos en el sobrecalentador secundario Tubos en las pared frontal y posterior. Inspección Visual Remota (Boroscopio) Sedimentos y depósitos Óxido, sedimentos y depósitos

10. Inspección de acuerdo a la norma ASTM E317 Standard Practice for Evaluating Performance Characteristics of Ultrasonic Pulse-Echo Testing Instruments La medición de espesores por ultrasonido se realiza mediante dos métodos: Scan A y Scan B. Los dos métodos se diferencian en que mediante Scan A se obtienen valores de espesor puntual, mientras que con el Scan B se obtiene una medición continua de espesores que permite observar la tendencia de la pieza inspeccionada, con esta metodología se realizaron mediciones en los siguientes puntos: Tubería de los sobrecalentadores Tubería del banco principal Tubería de la nariz inferior frontal y posterior Tubería de la nariz superior Colectores superiores e Inferiores Tubos riser Tubos feeder Cabezales de los sobrecalentadores Láminas del cuerpo y las cabezas de los tambores y tanques. Medición de espesores con ultrasonido

11. Medición de Espesores

12. Inspección con Partículas Magnéticas Estas inspecciones se realizaron en : Drum superior Drum inferior. Cabezales y colectores del Penthouse. Tanque Desairador. Uniones soldadas. juntas longitudinales y circunferenciales. Estas inspecciones se realizaron en : Drum superior Drum inferior. Cabezales y colectores del Penthouse. Tanque Desairador. Uniones soldadas. juntas longitudinales y circunferenciales. Código ASME Sección VIII, División 1, Apéndice 6. La inspección por partículas magnéticas es un tipo de ensayo no destructivo que permite detectar discontinuidades superficiales y subsuperficiales en materiales ferro magnético. El principio de este método consiste que cuando se induce un campo magnético en un material ferro magnético, se forman distorsiones en este campo si el material presenta una zona en la que existen discontinuidades perpendiculares a las líneas del campo magnético, por lo que éstas se deforman o se producen polos. Estas distorsiones o polos atraen a las partículas magnéticas que son aplicadas en forma de polvo o suspensión en la superficie a examinar y por acumulación producen las indicaciones que se observan visualmente de forma directa o empleando luz ultravioleta. Sin embargo los defectos que son paralelos a las líneas del campo magnético no se aprecian, puesto que apenas distorsionan las líneas del campo magnético.

13. Inspección con Partículas Magnéticas Código ASME Sección VIII, División 1, Apéndice 6. Standard Guide for Magnetic Particle Testing, dye, evaluation, examination, fluorescent, inspection, magnetic particle, nondestructive, testing Puntos 1 MT, 2 MT y 3 MT inspeccionados Norma ASTM -E-709 Evidencia de aplicación de partículas magnéticas en tubería taponada

14. Metalografía Directa Presencia de carburos El acero SA 213 T11 que compone el sobrecalentador secundario presenta una micro estructura correspondiente a matriz ferrítica reforzada por una dispersión de carburos. El acero SA 210 Gr. A1 que compone la tubería de las paredes frontal y posterior presenta una micro estructura típica de ferrita y perlita, en la cual no se observa precipitación de otras fases. Las incrustaciones observadas en la metalografía pueden ser de 4 tipos Tipo A: Sulfuros delgados o finos hasta 4 µm y gruesos hasta 6 µm. Tipo B: Aluminatos finos hasta 9 µm; y gruesos hasta 15 µm. Tipo C: Silicatos delgados o finos hasta 5 um y gruesos hasta 9 µm. Tipo D: Óxidos finos hasta 8 µm y gruesos hasta 12 µm SA 210 Gr. A1 SA 213 T11 Estas pruebas se realizaron en: Cabezal del sobrecalentador primario Cabezal del sobrecalentador finishing Cabezal del sobrecalentador secundario Colectores laterales superiores Pared frontal Pared posterior Pared derecha Pared izquierda Sobrecalentador secundario Sobrecalentador primario Sobrecalentador finishing Tambor superior Tubos Riser Es la ciencia que estudia las características estructurales o constitutivas de un metal o aleación relacionándolas con las propiedades físicas y mecánicas. Entre las características estructurales están el tamaño de grano, forma y distribución de las fases que comprenden la aleación y de las inclusiones no metálicas, así como la presencia de segregaciones y otras irregularidades que profundamente pue den modificar las propiedades mecánicas y el comportamiento general de un metal. ASTM 8 ASTM 7 Tamaño del Grano

15. SA 210 Gr. A1 SA 213 T11 Micrografía 1. Sobrecalentador primario tubo 15. Las flechas indican precipitación de carburos. Nital 5%. 100X. Micrografía 2. Sobrecalentador primario tubo 18. Las flechas indican precipitación de carburos. Nital 5%. 100X. El Nital es una solución de alcohol y ácido nítrico comúnmente usada para ataque químico de metales. Es especialmente adecuado para revelar la microestructura de aceros al carbono. El alcohol puede ser metanol, etanol o alcohol de quemar.alcoholácido nítricoataque químicometalesaceros al carbono metanoletanol Metalografía Directa

16. SA 213 T11 Inspección Mediante Técnica Iris Esquema típico de los tubos del banco principal de tubería La técnica IRIS (Sistema de Inspección Rotatoria Interna) por ultrasonido permitió inspeccionar la tubería del banco principal de las Calderas de la Unidades 2,3,4 y 5 del Central Termozipa. Es un sistema de inspección por inmersión basada en la técnica de eco/pulsación ultrasónica. Código ASME Sección I. Identificación de tubos del banco principal de tubería

17. Inspección Mediante Técnica Iris La técnica IRIS (Sistema de Inspección Rotatoria Interna ) por ultrasonido permitió inspeccionar la tubería del banco principal de las Calderas de la Unidades 2,3,4 y 5 del Central Termozipa. Es un sistema basada en la técnica de eco/pulsación ultrasónica. Se debe establecer el diámetro externo, su espesor nominal, su geometría y las discontinuidades que se esperaría encontrar. Seguidamente se inició la realización del ensayo introduciendo la sonda del equipo de inspección IRIS dentro de los tubos de la zona del banco principal de tubería desde el interior del tambor superior hacia el tambor inferior, registrando continuamente en medio magnético la información obtenida durante la inspección. DEFECTOS QUE DETECTA: Defectos en la lámina del tubo. Protuberancias, abolladuras y agujeros. Acanalamientos, erosión y fisuras. Deterioro y desgaste de las uniones. Soldaduras defectuosas. Desgate por roces o golpes a la tuberia.

18. Ensayos Mecánicos 1.TENSIÓN Los ensayos de tensión realizados a las probetas de la pared lateral derecha determinaron que el acero SA 178 Gr. A del que fueron fabricadas cumple con lo especificado en el Código ASME Sección II Parte I para este material en cuanto a esfuerzo mínimo de tracción, esfuerzo mínimo de fluencia y porcentaje de elongación. 2.DUREZA El promedio de dureza encontrado como resultado de la medición de dureza Brinell a la muestra de la pared lateral izquierda corresponde a 93,5 HB. La especificación del Código ASME Sección II Parte I El ensayo de la dureza Brinell, se realizo bajo la norma NTC 3, como HWT 2.5/187,5 Kgf que indica que se utiliza una esfera de 2,5 mm y una carga de 187,5 kgf durante 10 segundos. Se utilizo un bloque patrón Test Block Brinell, HBW 156+/5( W indica que la esfera es de Carburo de Tungsteno) Se desarrollaron ensayos de tensión, dureza, metalografía en laboratorio y análisis químico a las muestras obtenidas de la pared frontal, la pared posterior y el sobrecalentador secundario de las Calderas. Los resultados detallados de estos ensayos se realizo para los aceros correspondientes como por ejemplo: SA 178 Gr. A y SA 213 T22. El ensayo de tensión hasta la rotura se realizó en laboratorio lo que permitió determinar carga máxima, esfuerzo máximo, carga de fluencia, esfuerzo de fluencia, porcentaje de reducción de área y porcentaje de alargamiento para cada probeta analizada. Pruebas realizadas según el Código ASME Sección II Parte I, con las cuales se compararon dichos resultados.

19. Se tomaron probetas de las tuberías de caldera, para hacer ensayos en el laboratorio y determinar las condiciones mecánicas y químicas de las tuberías, ensayo de tensión hasta la rotura se realiza para determinar carga máxima, esfuerzo máximo, carga de fluencia, esfuerzo de fluencia, porcentaje de reducción de área y porcentaje de alargamiento para cada probeta analizada. Código ASME Sección II Parte I Ensayos Mecánicos ASTM A-370 Probeta Tubo exterior de la parrilla 5 cortado para ensayo Estado interno del tubo de la parrilla 5 cortado para ensayo Tubo 15 cortado para ensayos Formación de depósitos y ampollas sobre la superficie interna del lado caliente del tubo 15 - la flecha indica el lado caliente

20. Las incrustaciones que se encuentran en el interior de las muestras de los tubos de la caldera son originadas por dureza, es decir sales que se presentan en el agua empleada en su operación. La presencia de hierro en los depósitos analizados indica que además de la deposición de sales está ocurriendo un proceso de corrosión en el interior de la tubería debido a la condición de dureza del agua. Análisis de Depósitos Tubo 1A Sedimentos

21. Los resultados detallados de estos ensayos y las especificaciones para los aceros correspondientes de cada zona a inspeccionar como por Ej.: SA 178 Gr. A y SA 213 T22 según el Código ASME Sección II Parte I, con las cuales se compararon dichos resultados. los porcentajes de los elementos carbono, manganeso, fósforo- azufre y silicio se encuentran dentro de la especificación. Análisis Químico de Tubería Código ASME Sección II Parte I SA 178 Gr. A Se debe de Mantener Muestra de tubería de las diferentes zonas de la caldera.

22. Análisis Químico

23. Norma ASTM D-3483 Análisis Químico

24. Se debe de revisar la calidad del agua su DUREZA, para evitar presencia de Calcio, Sodio y magnesio. Calcio Sales Precipitación por fosfatos Sodio Desmineralizadores Control de pH Magnesio Desmineralizadores (Mantenimiento). La Dureza se presenta en los arranque de la Caldera. Cumplimiento de parámetros Y control ciclo vapor de agua. Para la U-2 por diseño se utilizaba entre 7 – 12 ppm. Antes del estudio de las calderas se utilizaba entre 5 – 7 ppm ppm corregida y analizada después del estudio de 2,5 a 3,5 ppm. Fosfatos Na/ PO4 Relación molar cerca de 3. Presencia de hierro Para evitar la formación de depósitos se recomienda: controlar y eliminar puntos calientes controlar los niveles y la calidad del agua que circula por la caldera y controlar el proceso de combustión. Inspeccione el tambor de vapor internos para verificar que se encuentren en buenas condiciones. En la figura adjunta que desarrolló Sheppard T. Powell Asociados ha sido adoptado por EPRI como guía para determinar cuándo se justifica realizar limpieza químicos. Tipo de Resina Conductividad. pH Sílice. Tuberías de Conducción Tks de Condensado. Desprendimiento de Magnetita. Análisis Químico

25. Análisis de la información teniendo en cuenta espesor del material.

26. Análisis de la información

28. Calculo ASME Sec. 1 Pg 27.2.1

29. Proyección de vida útil de la tubería con seguimiento Histórico

30. La misma proyección se realizo para la tubería de nariz superior e inferior. Proyección de vida útil de la tubería

31. Analizado y revisado el estudio de integralidad realizado a las calderas de las unidades de Termozipa se trazo un plan de mejoras y proyectos de inversión a ejecutar. 1. Automatización de la planta de tratamiento de agua. –Control en línea de Fosfatos, sílice, conductividad y pH. –Control en línea del ciclo de vapor de las calderas unidades 2,3,4, y 5. –Automatización del sistema de muestreo de vapor. –Automatización del control de nivel de las calderas de las unidades 2,3,4 y 5. 2.Revisión de procedimientos de tratamientos químicos de las calderas teniendo en cuenta las recomendaciones de la firma asesora. 3.Mejores practicas operativas. 4.Estudio de eficiencia de la combustión, ajustes y mejoras en todo su sistema calderas 2,3,4 y 5. 5. Plan de inversiones teniendo prioridad según estudio realizado para las tuberías de calderas, zonas y equipos auxiliares. 6.Revisión de los planes de mantenimiento de las calderas. 7.Mantenimiento General a las compuertas de aire secundario de las calderas 2,3,4 y 5. Experiencia Exitosa

32. Analizado y revisado el estudio de integralidad realizado a las calderas de las unidades de Termozipa se trazo un plan de mejoras y proyectos de inversión a ejecutar. Éxito en el desarrollo del proyecto, donde con el estudio realizado a las calderas y equipos auxiliares marco los alcances y trabajos en la ejecución de proyectos de inversión, según prioridades encontradas y evaluadas. 8.En cuanto a las unidades 2, 3, 4 y 5 se evaluó según estudio fugas en el sistema de evacuación de gases y se programo cambio de juntas y ductos. 9.Cambio de las 4 paredes del hogar de la caldera y de techo de la unidad 2. 10.Cambio del 100% de la tubería de convección 1584 tubos de la unidad 2. 11.Reparación del caising, refractario de la caldera de la unidad 2 12.Mantenimiento general a los soportes de la caldera de la unidad 2. 13.Programar cambio del 100% de la tubería de convección de la caldera de la unidad 3. 14.Programar cambio del 100% de la tubería de convección de la caldera de la unidad 4. Experiencia Exitosa