Antecedentes: Este intercambiador de calor de alimentación caliente / efluente tiene un historial de fugas que se remonta a hace 10 años e incluye sujeción y sellado de fugas por contratistas externos, así como el cambio de los estilos de junta en al menos dos ocasiones a estilos "mejorados" sugeridos por los fabricantes. El cambio más reciente, en 2010, fue a una junta kamprofile con elementos de sellado de mica/grafito/mica. En ese momento, se inspeccionaron las superficies de la brida, se instalaron las nuevas juntas y se apretó la brida según los procedimientos de la refinería. Sin embargo, la junta Tubesheet-to-Shell desarrolló una pequeña fuga poco después de la puesta en marcha, y se instaló un anillo de vapor.
Se trata de un intercambiador BEU tipo TEMA con una sola junta (canal - placa tubular - carcasa), con dos juntas y un juego común de espárragos. El material de los espárragos era originalmente B7, pero se ha mejorado a B16. La junta utiliza 64 espárragos de 1-1/8" que fueron apretados a un valor final de 700ft.lb.
Análisis: La información proporcionada por el cliente se cargó en el libro de trabajo de juntas de intercambiadores para analizar la tensión de asiento de las juntas en condiciones operativas. Salvo que haya componentes defectuosos, ya sean bridas o juntas, los intercambiadores de calor presentan fugas debido a una baja tensión en el asiento de la junta. Por este motivo, siempre analizamos en primer lugar la tensión de asiento de la junta a plena presión de funcionamiento. Independientemente del valor "Y" de la junta, hemos comprobado que un sellado fiable de las juntas con revestimiento de grafito requiere una tensión de la junta de entre 10.000 y 40.000 psi. Si es posible, trabajamos para conseguir una tensión en la junta de entre 20.000 y 25.000 psi. Esta tensión no sólo es suficiente para proporcionar un buen sellado en el arranque, sino también para compensar la inevitable relajación que se produce en las juntas de los intercambiadores de calor.
Dado el historial de fugas de esta unidad, preveíamos una tensión baja en las juntas. Sin embargo, las juntas de este intercambiador se cargaron a niveles casi ideales. (La última página de este análisis es una instantánea del cuaderno de trabajo de las juntas del intercambiador). La cuestión que debe resolverse es cómo un intercambiador que está diseñado para ofrecer una tensión de junta de 25.000 psi puede empezar a tener fugas poco después de la puesta en marcha. ¿Qué factores pueden haber contribuido (históricamente) a las condiciones de baja tensión que permitieron la fuga?
Una revisión completa de los planos del equipo y de los documentos relacionados nos llevó a dos factores significativos relacionados con los diseños del equipo y de la junta
, y dos factores adicionales relacionados con el montaje. El principal de estos factores era la placa tubular roscada.
Los planos del equipo muestran (abajo) que los 64 orificios de la placa tubular están roscados para los espárragos de 1-1/8".
En su configuración actual, la parte del espárrago del lado del canal actúa independientemente de la parte del espárrago del lado de la carcasa. El estiramiento total del espárrago es de 0,0245". Sin embargo, si se taladrara la placa tubular, la longitud total del espárrago se estiraría bajo tensión, proporcionando 0,0321" de estiramiento - ¡un aumento del 31%! Para una brida que tiene fugas habitualmente, esto supone una enorme mejora de la respuesta del espárrago.
Es interesante observar que la tensión de la junta disminuye más que la tensión del espárrago, debido al efecto de la carga hidrostática final sobre la junta. La tabla siguiente resume la tensión resultante de la junta si se produjera una relajación de 0,006" en cada lado de la placa tubular (no es una estimación excesiva). (No es una estimación excesiva.) Cada lado se considera independientemente, porque están aislados entre sí por la placa tubular roscada. Observe que el estiramiento del espárrago y la tensión del espárrago
están directamente relacionados, porque el espárrago es un muelle lineal. Pero la tensión de la junta disminuye mucho más, debido a la tensión del espárrago que se desvía para compensar la fuerza hidrostática final en la junta.
La tabla siguiente muestra el mismo escenario: una relajación de 0,006" a cada lado de la placa tubular, lo que supone una relajación total de 0,012". Sin embargo, en este caso la placa tubular se ha taladrado, lo que permite que todo el estiramiento del espárrago interactúe con ambas juntas. En comparación con el gráfico anterior, el porcentaje de estiramiento del espárrago y la tensión del espárrago disminuyen mucho menos, y las tensiones resultantes de las juntas mejoran entre un 30 y un 50%.
Evidentemente, los espárragos cortos amplifican la pérdida de tensión de la junta cuando se produce la relajación. Debido a esta dinámica, ERIKS recomienda taladrar todas las placas tubulares roscadas. El propósito del espárrago es estirarse para mantener la tensión de la junta, y las placas tubulares roscadas limitan la capacidad del espárrago para hacerlo. Tenemos clientes que ahora taladran rutinariamente las placas tubulares cada vez que se encuentran con ellas.
Si un refinador considera que necesita conservar la capacidad de mantener apretada la junta Tubesheet-to-Shell mientras retira el Canal, puede hacerlo con sólo un espárrago de cada cuatro. Por lo tanto, incluso si se considera que no es prudente taladrar todos los orificios, taladrar tres de cada cuatro orificios mejoraría la carga de los espárragos sobre la junta, al tiempo que preservaría la capacidad de retirar el Canal de forma independiente.
Resumen: Aunque un simple análisis numérico parecía indicar que había una tensión de asiento adecuada en las juntas para evitar fugas, el hecho de que se produjeran fugas con regularidad indicaba problemas subyacentes que daban lugar a una baja tensión en las juntas.
Aparte de los problemas relacionados con el tipo específico de junta utilizado, la reutilización de los espárragos y la falta de reapriete tras la puesta en marcha, el factor que más contribuyó a la pérdida de tensión de la junta fue la placa tubular roscada, que en este caso era anterior a cualquier cambio en el tipo de junta. Esta conclusión coincide con las observaciones sobre el terreno de fugas relacionadas con placas tubulares roscadas.
Recomendación: Taladre los 64 orificios de la placa tubular roscada para permitir que el espárrago se estire al máximo con la tensión calculada para el espárrago. Además, esto facilitará el montaje, ya que el espárrago no tendrá que apretarse desde ambos extremos.
