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Predicción de vida residual de tubos de horno de reforma
La predicción de vida remanente de tubos de horno es un elemento esencial del plan de mantenimiento y de los programas de extensión de vida en equipos que trabajan a alta temperatura y presión. Los principales mecanismos de da¤o que ocurren en tubos de horno de reforma son creep, fatiga, e interacción creep-fatiga. En este trabajo se describe un modelo para predecir el estado de tubos de horno de reforma desarrollado con simulaciones por computadora de tensiones y perfil de temperaturas en condiciones de servicio estacionarias; utilizando el programa Abaqus Versión 6.5-1 de elementos finitos para dos dimensiones. El da¤o por creep es determinado por el parámetro de Larson-Miller; mientras que el n£mero de ciclos hasta la falla del material, debido al da¤o por fatiga térmica inducido por los ciclos de arranque y parada del horno, es deducido de la relación de Coffin-Manson. La acumulación del da¤o total del tubo se estima por la suma lineal de la fracción del da¤o por creep (ley de Robinson) y del da¤o por fatiga (ley de Miner). Los resultados del modelo no evidencian un comienzo del da¤o dentro del espesor de pared del tubo como muchos investigadores han reportado. Las limitaciones de este modelo se atribuyen a que no se realizaron simulaciones del estado de tensión del tubo en el tiempo y no se tuvo en cuenta la influencia de la microestructura (microsegregaciones, defectos, morfología de los carburos, estructura) en la resistencia del material a alta temperatura.
English version: Predicting the remaining life of key equipment used in high-temperature/pressure service is an essential element of strategic plant maintenance and plant-life extension programs. The main mechanisms of degradation in reformer furnace tubes are creep, thermal fatigue, and interaction creep-fatigue. In this work, a model constructed to predict the integrity of reformer furnace tubes is described. The model is based on the computer simulation of the distribution of stresses and profile of temperature in stationary service conditions, and was carried on with the program Abaqus Version 6.5-1, using finite elements in a two-dimensional space. Creep damage is assessed by means of the Larzon-Miller parameter, whereas the number of cycles required for the thermal fatigue failure, due to the start and stop cycles of the furnace, is estimated with the Coffin-Manson relationship. The total damage accumulation is thus obtained summing the creep damage (Robinson law) with the fatigue failure process, in contrast with other investigations reported elsewhere. The limitations of this model are associated with the fact that it lacks simulations of the distribution of stresses as a function of time and that it was ignored the influence of microstructure (defects, microcavities, carbides morphology, structure) in the heat resistance of the material.
Trabajo de seminario para optar por el título de Ingeniero en Materiales, 2006. Director: Dr. Solari, Mario. Tutor: Ing. López, Raúl. Lugar de realización: Centro Atómico Constituyentes, CNEA. Argentina.