10CRMO9-10 Y INCOLOY 825,
COMPENSADORES DE DILATACIÓN PARA CENTRAL NUCLEAR

Se han instalado cuatro compensadores de dilatación atirantados fabricados con 10CrMo9-10 e Incoloy 825, con cubiertas protectoras especiales, en el sistema de extracción de vapor de las turbinas de una central nuclear del Norte de Europa.

 

EL PROBLEMA DEL CLIENTE
Los compensadores de dilatación debían sustituir las juntas de expansión antiguas, que habían llegado al fin de su vida útil. El cliente envió los planos de las juntas de expansión originales, ya que se necesitaba una sustitución exacta del diseño. La central nuclear estaba muy satisfecha con la solución y su funcionamiento, por lo que quiso una sustitución exacta de los compensadores de dilatación originales. Sin embargo, era crucial para la central nuclear que las cargas fueran lo más bajas posible, especialmente porque un extremo de las juntas de expansión se usaría para soportar las cargas del sistema de tuberías. Por eso, el cliente buscaba un fabricante con experiencia en el sector nuclear que pudiera diseñar y fabricar una solución de sustitución exacta. La central nuclear también necesitaba una solución con marcado CE para evitar presentar una nueva evaluación de diseño.

 

LA SOLUCIÓN DE BELMAN- compensadores de dilatación de 10CrMo9-10 e Incoloy 825
Para satisfacer los requisitos del cliente, Belman diseñó de manera experta una solución de sustitución exacta y se la envió al cliente para su aprobación. El diseño consiste en compensadores de dilatación atirantadas con fuelles dobles para absorber movimientos laterales de grandes dimensiones. Debido a la velocidad de flujo elevada, se necesitaba un interior liso; en consecuencia, se utilizó un diseño de camisa interior. Esto también ayudó a proteger los fuelles contra la velocidad de flujo elevada. Los fuelles están fabricados con Incoloy 825, mientras que las camisas interiores y los extremos de las tuberías están fabricados con 10CrMo9-10, ya que los compensadores de dilatación está soldada al tubo de acoplamiento en un extremo, también fabricado de 10CrMo9-10, mientras que el otro tubo de acoplamiento está hecho de P265GH. El medio es vapor; sin embargo, el cliente solicitó que las juntas de expansión se fabricaran con los materiales Incoloy 825 y 10CrMo9-10. El material es el mismo en ambos extremos para evitar añadir un tercer material a la construcción y, en consecuencia, nuevos procedimientos de soldadura. El 10CrMo9-10 es un material con alto límite elástico a altas temperaturas que requiere un tratamiento especial durante la soldadura, incluyendo precalentamiento y tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT).

El cliente solicitó cubiertas especiales, ya que necesitaba que fueran permanentes durante el funcionamiento y no sólo para la protección durante el transporte. Siendo los fuelles relativamente finos, es recomendable protegerlos en el exterior contra daños durante la construcción de la planta, el funcionamiento, el mantenimiento, etc. Naturalmente, las cubiertas de estas compensadores de dilatación están diseñadas para permitir el movimiento libre de la junta de expansión.

 

¿Por qué realizar un tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT)?
El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) se realiza para reducir la dureza en las secciones soldadas del 10CrMo9-10. El tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) es esencial para calidades de acero como 10CrMo9-10 (1.7380), un acero de aleación de cromo y molibdeno comúnmente usado en aplicaciones de alta temperatura y alta presión, como calderas, intercambiadores de calor y recipientes a presión. A continuación, se explica por qué el PWHT es necesario para el 10CrMo9-10:

1. Reducción de tensiones residuales: El 10CrMo9-10 se utiliza frecuentemente en entornos de alta tensión, y la soldadura crea tensiones residuales en las zonas afectadas por el calor (HAZ) debido al rápido calentamiento y enfriamiento. El tratamiento térmico posterior al calentamiento (PWHT) alivia estas tensiones, ayudando a prevenir deformaciones, grietas y posibles fallos, especialmente en aplicaciones con paredes gruesas.
2. Mejora de la resistencia y la ductilidad: Los aceros al cromo-molibdeno, como el 10CrMo9-10, tienden a volverse frágiles en las HAZ después de la soldadura debido a una transformación martensítica, una microestructura dura formada por un enfriamiento rápido. El PWHT refina la microestructura, restaurando la ductilidad y la resistencia en las zonas soldadas, lo que hace que el material sea menos propenso a la rotura por fragilidad.
3. Reducción de la fragilización y el agrietamiento por hidrógeno: El hidrógeno absorbido durante la soldadura puede provocar agrietamiento inducido por hidrógeno (también conocido como agrietamiento en frío) en los aceros aleados. El PWHT permite que el hidrógeno se difunda fuera de las áreas soldadas, reduciendo la susceptibilidad al agrietamiento retardado. Esto es especialmente importante en aplicaciones de alta presión donde un fallo podría ser catastrófico.
4. Relajación de tensiones a altas temperaturas: En aplicaciones con altas temperaturas, el 10CrMo9-10 debe mantener la integridad estructural bajo una carga sostenida. El PWHT garantiza que la resistencia a la fluencia del material (la capacidad de soportar estrés prolongado a altas temperaturas) esté optimizada, lo cual es fundamental para una vida útil prolongada en entornos con altas temperaturas.
5. Mayor resistencia a la corrosión: Aunque los aceros al cromo-molibdeno tienen buena resistencia a la oxidación, el PWHT mejora la resistencia a la corrosión estabilizando la microestructura del material. Esto es particularmente valioso en entornos donde el acero está expuesto a agentes corrosivos, ya que el PWHT puede reducir el riesgo de corrosión localizada en zonas soldadas.

En resumen, llevar a cabo el PWHT en el 10CrMo9-10 (1.7380) es crucial para asegurar la fiabilidad y longevidad de la unión soldada. Mejora la ductilidad, reduce las tensiones residuales, mitiga el riesgo de agrietamiento inducido por hidrógeno y aumenta la resistencia a la fluencia y la corrosión a altas temperaturas..

 

Exigentes requisitos para el aseguramiento de la calidad y garantía ampliada
Dada la naturaleza de la aplicación, el aseguramiento de la calidad era fundamental. Antes de la fabricación, el cliente solicitó los siguientes elementos para su revisión y aprobación: dibujos, listas de piezas, un modelo de los compensadores de dilatación que incluyera una cubierta en formato de archivos STEP o SAT para asegurar suficiente espacio y movimiento libre en la junta de expansión, los valores de rigidez de los compensadores de dilatación, etc. Tras recibir el visto bueno para el dibujo y los documentos relacionados, se celebró una reunión de lanzamiento y Belman procedió a la fabricación. El cliente solicitó revisar todos los WPS y que las juntas de expansión tuvieran el marcado CE. Además, los compensadores de dilatación se sometieron a pruebas de presión, pruebas de líquidos penetrantes, pruebas magnéticas, pruebas radiográficas, pruebas ultrasónicas, pruebas de fugas y pruebas visuales. Toda la fabricación, las pruebas, el aseguramiento de la calidad y la documentación se realizaron según la directiva 2014/68/UE y la normativa nacional, y los compensadores de dilatación obtuvieron el marcado CE.

Como documentación se entregaron dibujos y cálculos detallados para facilitar el futuro pedido de más compensadores de dilatación para esta ubicación de la central nuclear.

 

Belman: experiencia técnica inigualable en compensadores de dilatación para centrales nucleares
Belman ofrece una experiencia técnica inigualable en el diseño y la fabricación de compensadores de dilatación personalizadas, con más de 900.000 compensadores de dilatación fabricados para diversas aplicaciones en todo el mundo. Durante décadas, Belman ha respaldado proyectos en centrales nucleares de todo el mundo, construyendo una sólida trayectoria y un amplio conocimiento de las necesidades y requerimientos del sector nuclear. Entre los muchos proyectos interesantes, se pueden mencionar juntas de expansión con boca de acceso para la inspección interna de la tubería, entrega urgente de pedidos para una central nuclear con necesidad urgente y unas juntas de expansión DN 3000, diseñadas específicamente con una longitud de 8 metros para una central nuclear. Esto incluye una amplia variedad de diseños y solicitudes, pero para Belman es un trabajo cotidiano, lo que nos convierte en el fabricante de compensadores de dilatación con una experiencia técnica inigualable.