INSTALACION DE REVESTIMIENTOS
REFRACTARIOS
INSPECCIÓN
Elaborado por: Ing. Marcos Sandoval
C.I.V - 29665
CERTIFICADO API 936 - 49571
Agosto 2020
INSTALACION DE REVESTIMIENTOS REFRACTARIOS. INSPECCION
1.- GENERALIDADES.
La importancia de realizar una buena inspección al revestimiento refractario, instalado
por primera vez, o instalado después de una reparación es muy importante para aumentar
la vida útil y el comportamiento del mismo en operación. Los posibles daños ocurridos al
revestimiento refractario pueden provocar fuertes fugas de calor, el cual va a actuar sobre
la carcasa metálica del equipo produciéndoles, en muchos casos, daños severos.
La inspección la podemos realizar durante dos (2) estados del equipo, uno con el equipo
en operación y el otro con el equipo fuera de operación. Tenemos además tres momentos
para realizar la inspección:
. - el primer momento es cuando se está realizando el control de calidad durante la
preparación del material refractario.
. - un segundo momento, cuando se está realizando la instalación del material refractario.
. - un tercer momento es después de haber realizado el curado y secado (Dry out) del
revestimiento instalado.
Debido a su importancia, estos tres momentos los trataremos en un articulo posterior.
Mediante la inspección podemos determinar las posibles causas que han afectado el
desempeño del revestimiento refractario y que puedan ocasionar daños humanos, al
ambiente, al equipo y económicos, como, por ejemplo, ejemplo de estas causas son los
cambios bruscos de temperatura, corrosión por productos generado de una mala
combustión, erosión por flujos de gases con partículas en movimiento, desgastes por
acción de la llama o roce de metales, mala preparación, mala instalación, etc.
Definidas las causas que generaron el daño, debemos preparar una estrategia de
inspección y monitoreo para evitar accidentes imprevistos y daños mayores que se
puedan ocasionar. De igual manera las causas nos van a indicar, además, como preparar el
mantenimiento a ejecutar, y de ser posible, mejorar la calidad del revestimiento
refractario a instalar lo cual vendría a generar una mayor y mejor operatividad del equipo.
Una falla en un revestimiento refractario puede ocasionar daños muy severos a la
industria.
2.- OBJETIVO
Dar a conocer algunos métodos empleados para realizar inspecciones del
revestimiento refractario instalado en un equipo con el fin de determinar las posibles
causas que hacen que pierda sus propiedades y falle, al mismo tiempo y conocidas las
causas podemos elaborar un mejor y más completo programa de mantenimiento de
refractarios del equipo (Cantidad a reparar, materiales a procurar en calidad y cantidad),
rediseñar el revestimiento en caso de ser requerido, en beneficio del tiempo de operación
del equipo.
3.- ALCANCE
En forma general, la inspección abarca todos aquellos equipos que para realizar un
proceso (Transformación de la materia prima) requieren de altas temperaturas. Las
Calderas, Reformadores de hidrogeno, Reactores, Regeneradores, Hornos de
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Calentamiento de procesos, Equipos de Proceso de Craqueo Catalítico, líneas de
Transferencia, etc, son equipos que requieren ser inspeccionados de manera constante.
4.- INSPECCIÓN
Consiste en observar, de cerca, el revestimiento refractario instalado en el equipo, para
determinar fallas y defectos sucedidos durante el tiempo que estuvo en operación.
La misión del INSPECTOR es realizar una buena inspección, visual y/o mediante el uso de
un instrumento o herramienta, debe tener la experiencia, los conocimientos y la
correspondiente aptitud para ejecutar la inspección.
Para realizar una buena inspección, el INSPECTOR, debe plantearse las siguientes
interrogantes:
a) ¿Que fallas se espera encontrar?
b) ¿Que motivos que generaron las fallas?
4.1.- INSPECCIÓN DEL EQUIPO DURANTE LA OPERACIÓN.
Cuando el equipo a inspeccionar está en operación, la inspección es bastante
restringida y puntual ya que no se puede ingresar al recinto del equipo. Sin embargo,
existen métodos y mecanismos para realizar una buena inspección y comenzar a
formarnos criterios de reparaciones venideras, igualmente podemos adelantarnos a algún
posible evento de daño o accidente.
Mediante la inspección visual podemos detectar cualquier aspecto extraño en el equipo,
por ejemplo, el cambio de color de la pintura de la carcasa del equipo, o el desconchado
de la misma, también mediante el uso de equipos con los cuales podemos medir la
temperatura exteriormente, e interiormente del equipo, (Cámara termográfica, Pirómetro
óptico u otro) podemos detectar puntos calientes (Hot spot)
Sabemos que internamente dentro del equipo está sucediendo un fenómeno de
transporte de calor a través de cualquiera de sus manifestaciones, radiación, convección,
conducción y la combinación entre ellas, recordemos que el calor viaja desde el lado más
caliente al más frío, entonces mediante el muestreo de la temperatura en diferentes
puntos de la carcasa del equipo podemos definir si el revestimiento refractario está
cumpliendo o soportando los parámetros de operación exigidos o si los parámetros de
operación están por encima de los requeridos por el proceso. En el caso de que los
parámetros de operación estén por encima de los normales o requeridos por el proceso,
se debe acudir al operador para que los normalice, si los parámetros se encuentran
normales y las mediciones de temperatura, registradas, están por encima de las calculadas
podemos deducir que el revestimiento ha perdido propiedades de aislamiento, esto nos
indica que debemos comenzar a realizar un monitoreo más seguido para detectar puntos
calientes (Hot spot) y prevenir cualquier sobre calentamiento o fusión de la carcasa
metálica. Fig.1
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Fig. 1 Cambio de Sector de carcasa fundida - Punto caliente (Hot spot)
Estos puntos calientes deben quedar identificados en un plano del equipo, indicando la
temperatura del registro de manera que lo podamos identificar cuando se vaya a realizar
la inspección con el equipo fuera de operación.
Para complementar esta inspección y hacerla más precisa debemos irnos al punto más
caliente que nos indique el estudio termográfico, debemos realizar un “registro” de las
temperaturas alrededor de dicho punto, cada 30 cm, aproximadamente, alejándose del
centro, hasta conseguir la temperatura más baja, (Fig. 2) estos registros debemos
hacerlos, de ser posible cada 60°. La idea de realizar esta inspección es la de obtener una
aproximación del área afectada y con esta medida poder calcular la cantidad de material
refractario, anclajes, etc, así como la magnitud o cantidad de trabajo que se debe realizar.
También se puede tomar la temperatura interna de las paredes, sobre todo alrededor de
las mirillas, y luego tomar la temperatura exterior en la carcasa y en el mismo punto y por
diferencia de temperaturas podemos determinar si hay alta transferencia o fuga de calor.
T1
Fig. 2 Monitoreo de un punto caliente
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La inspección visual interna del equipo la podemos realizar a través de las mirillas, aquí
podemos observar los siguientes puntos para detectar posibles daños:
Quemadores: Debemos observar el color de la llama, ya que una mala combustión puede
generar sustancias (CO) que van a accionar químicamente con los componentes del
revestimiento generando su degradación por corrosión, o ataque químico. La disposición
de la llama también es importante ya que esta produce erosión y desgaste donde choca
con el refractarios, llámense piezas de mufla o nicho del quemador, paredes deflectoras,
paredes de radiación, de igual manera podemos observar si estas inciden sobre las
tuberías de proceso. Fig. 3
Fig. 3 Llama de quemadores y trozos de refractario en el piso.
Piso: Si detectamos temperaturas elevadas en la parte inferior de los hornos es un
indicativo de que el revestimiento refractario del piso está fallando lo que hace que la
transferencia de calor hacia el exterior de la carcasa aumente, aquí entra en juego la
importancia de chequear la temperatura de la superficie externa del equipo en todas sus
zonas. También se pueden observar las faltas de juntas de expansión en la capa de
ladrillos, lo cual hace que aumente la transferencia de calor hacia el exterior del equipo.
También podemos observar sobre el piso restos de material refractario desprendido, lo
cual es un indicativo de los daños que pueden haberse sucedido en las zonas superiores
del equipo.
Paredes de radiación: A través de las mirillas podemos observar, en algunos casos el
estado de las mismas, como por ejemplo rotura de ladrillos, ausencias de juntas de
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expansión, algunas grietas, exposición de anclajes por desgaste o rotura del revestimiento
refractario, fibra cerámica encogida, con desprendimiento y anclajes sin protección
expuestos directamente al calor, módulos cerámicos abiertos o desprendidos, parte
interna de las mirillas con grietas o rotas.
Tragante y zona de choque: Esta zona se refiere a la conexión de la zona radiante y la zona
de convección con la primera sección llamada de choque ya que allí el gas entra en
contacto con la primera sección de tubos de la zona convectiva, en esta zona se crea
mucha turbulencia por el movimiento de los gases al conseguir la primera camada de
tubos generando desgaste y rotura del material refractario. Se puede observar a través de
las mirillas superiores y detectarse desprendimientos, grietas, exposición de anclajes,
laminaciones, etc.
Zona de convección y Chimenea: es difícil de inspeccionar estas partes con el equipo en
operación ya que la disposición de la tubería en la zona de convección no nos lo permite,
sin embargo, se pueden observar los primeros distribuidores del flujo de gases (Corbels) y
si estos presentan algún daño.
Debido a la falta de acceso al interior de la chimenea, esta se inspeccionará cuando el
equipo este fuera de operación.
4.2.- INSPECCIÓN DEL EQUIPO FUERA DE SERVICIO.
El Inspector, antes de ingresar al equipo, debe estar seguro que el mismo está en
condiciones aptas para su ingreso para proceder a realizar la inspección visual y física
mediante el uso de Cinta métrica, galgas, martillo de bola de 450 grs de peso, espátula.
Dentro de los daños más frecuentes que podemos observar en un revestimiento
refractario tenemos:
a) Grietas y juntas de expansión
b) Fractura y desprendimiento de refractario
c) Erosión y abrasión con exposición de anclajes
d) Ataque por hidrolisis
e) Encogimiento de manta de fibra cerámica y Separación de módulos cerámicos
4.2.1.- INSPECCIÓN DE DAÑOS
4.2.2.1.- DAÑOS POR GRIETAS.
Es el daño más común que existe en los revestimientos refractarios y que son
generadas, por él mismo, debido a las fuerzas de expansión y contracción que se producen
cuando están en proceso de curado, secado y temperaturas de operación.
Debido a que no se tiene a ciencia cierta cuál sería el % de grietas a tolerar, sin embargo,
la experiencia del Inspector nos permiten tomar decisiones al momento de intervenirlas.
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El inspector debe realizar la inspección visual de las grietas, tomar sus dimensiones,
ancho, profundidad, longitud y calcular en un metro cuadrado cual sería la densidad,
es decir cantidad de grietas por cada metro cuadrado. La norma API 936 nos indica
que las grietas que se deben intervenir o reparar son aquella que cumplan las
siguientes condiciones:
Ancho ≥ 3 mm
Profundidad ≥ 50% del espesor del revestimiento
Generalmente la aparición de grietas está influenciada por los poros, los anclajes, los
choques térmicos, las juntas de expansión, estos juegan un papel muy importante en
en los revestimientos refractarios ya que, los poros actúan como absorbedores de las
fuerzas de tensión generadas internamente permitiendo que las grietas se expandan.
Para aliviar la formación de grietas se deben realizar juntas de expansión o
construcción que viene a ser como una grieta direccionada la cual servirá de aliviadero
a las tensiones generadas durante los ciclos de calentamiento-enfriamiento al cual se
somete el revestimiento. Las juntas de expansión permiten al revestimiento expandir y
contraer sin romperse por ello se debe calcular bien las juntas de expansión durante la
instalación del revestimiento refractario. Con el tiempo el relleno de las juntas se
pierde dejando una separación entre los paños del concreto o entre las uniones de los
ladrillos. Estas deben ser inspeccionadas, se deben limpiar completamente y luego
rellenar nuevamente con el material recomendado.
Por otro lado, el material de los anclajes dilata 2 ½ % mas que el refractario, de allí la
necesidad de colocarles en sus extremos una junta de expansión (Tapón, papel de
tirro, brea, etc.) para que estos en su dilatación no presionen el refractario, generando
tensiones formadoras de grietas.
Una junta de expansión mal diseñada ocasiona daños severos en los revestimientos
refractarios. Fig. 4.1 y Fig. 4.2
Fig. 4.1 Grietas en pared de ladrillos, piso y pared de aislantes monolíticos
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Fig. 4.2 Juntas de expansión abiertas – Juntas de expansión mal diseñadas en pared de
ladrillos.
4.2.2 DAÑOS POR CHOQUE TERMICO
Otra de las causas de caída del material refractario son los choques térmicos, ello
crea un frente (Cara de trabajo) muy caliente, sometido a fuerzas de expansión y un
frente menos caliente sometido a fuerzas de contracción, eso hace que el material
vaya generando grietas hasta que el material se fractura y desprende por pedazos.
Esto ocurre, sobre todo en los ladrillos refractarios de alta densidad. Fig. 5.
Fig. 5 Grietas, rotura y caída de revestimiento refractario por choque térmico
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4.2.3 DAÑOS POR EROSIÓN Y ABRASIÓN
Este tipo de daño se sucede cuando partículas sólidas viajan en el flujo de gas a alta
velocidad, generando en desgaste en la superficie del revestimiento y cuando las partes
metálicas rozan o están en contacto con la superficie del revestimiento refractario. Este
desgaste o perdida de material del revestimiento, hace que los anclajes queden expuestos
sometidos directamente al calor ocasionándoles su deterioro. Fig. 6
Fig. 6 Erosión producto de la llama del quemador - Exposición de anclajes por perdida de material
Un caso especial es el desgaste y rotura de los materiales refractarios sometidos al flujo
del catalizador (Zeolita) y carbón (Coke) en los equipos de Crakeo Catalitico Fluidizado
(FCC). Fig. 7
Fig. 7 Desgaste de refractario con exposición de anclajes S-bar, malla hexagonal y V
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4.2.4 DAÑO POR HIDROSLISIS.
Para detectar este daño, el inspector debe pasar el dedo o la espátula por la
superficie del revestimiento que está inspeccionando y detectar la formación de talco o
revestimiento en forma de concha, igualmente debe observar si hay desprendimiento
como el observado en la Fig.8
Este fenómeno ocurre, principalmente, en los revestimientos refractarios aislantes por
ser altamente porosos, cuando están sometidos o soportan unas condiciones especiales.
La presencia de elementos alcalinos como el potasio (K) que forman KOH, la humedad del
ambiente, la presencia del CO2 en la atmosfera en sitios con poca ventilación y
temperaturas superiores a los 20°C, hacen que el cemento refractario (Aluminato de
calcio hidratado) reaccione químicamente con la humedad del ambiente generando
carbonatos de potasio y de calcio hasta terminar con la presencia del cemento refractario
(Aluminato de calcio hidratado) perdiendo la adhesión al resto del revestimiento hasta
desprenderse en forma de capas (10 mm de espesor). Este fenómeno se puede prevenir
en forma definitiva, sometiendo el revestimiento, después de curado a una curva de
calentamiento o secado (Dray Out), durante la siguiente semana de instalado, hasta
eliminar la presencia de agua en el mismo.
En caso de que el equipo no entre en operación después de una semana de instalado, se
debe aplicar un sellante, compatible con el refractario, luego de terminada la instalación.
Este sellante evitará la penetración del CO2 y la humedad del ambiente retrasando la
formación de Álcalis y Carbonatos.
Fig. 8 Daños causados por la hidrolisis alcalina
4.2.5 ENCOGIMIENTO DE MANTA DE FIBRA CERÁMICA y SEPARACIÓN DE MÓDULOS
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Las fibras cerámicas cuando son sometidas a temperaturas elevadas, con el tiempo,
van sufriendo transformaciones por cambio de estructura amorfa vitrificada a forma
cristalina desvitrificada. Esta transformación genera un rizado o encogimiento de la fibra,
desprendiéndose de los anclajes. De igual manera los módulos, por estar construidos con
fibra cerámica sufren la misma transformación dejando separación entre ellos. Dicho
espacio puede ser rellenado con más fibra cerámica hasta alcanzar nuevamente la
dimensión inicial. Llega un momento en que tanto la manta de fibra cerámica como los
módulos se van vitrificándose en la superficie de trabajo haciéndoles perder poder de
aislamiento y resistencia mecánica. Esto lo detectamos al pasar la mano sobre su
superficie y observamos que se transforma en una especie de polvillo o vidrio finamente
molido. Fig. 9
Fig. 9 Encogimiento de fibra cerámica - Encepado de separación entre módulos
Marcos Sandoval
Ingeniero Metalurgico
C.I.V 29665
API 936 Refractory Installations Quality Control
Certified Inspector Nº 936 - 49571
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