Esa picadura es un fallo de la unión, no solo del material. La aleación del espárrago, la carga de asiento de la junta y la última apertura determinan conjuntamente si la picadura sigue creciendo o se detiene en la superficie.
Para una tapa de reactor, pida un juego de espárragos especificando el conjunto, no solo el nombre del material. Un juego solicitado solo por grado deja la junta, la longitud y la tuerca al azar, y una tapa que se abre en cada campaña expone cada omisión por turno. La tapa, la junta, la longitud del espárrago, la tuerca compatible y el procedimiento de apertura deben figurar en un pedido, porque una tapa abierta, limpiada y reasentada muchas veces falla de forma distinta a una brida atornillada una vez y dejada sin intervenir.
Figura: unión de tapa de reactor; cuatro rendijas con exposiciones distintas; las temperaturas de rendija G48 son valores de laboratorio y el pedido indica una aleación por posición.
01 Ácido mixto, rendijas y la tapa que vuelve a abrirse
Una corriente de reactor rara vez es un solo ácido limpio. Un lote puede contener un ácido reductor, una especie oxidante y cloruros en el mismo recipiente, y el equilibrio puede cambiar entre lotes. Una aleación que mantiene su película protectora en una condición puede perderla en otra; donde los cloruros, el líquido estancado o un cambio de carácter del ácido rompen la película, el ataque se concentra en ese punto.
Las rendijas son donde primero se rompe la película. Bajo una tuerca, bajo una arandela, en la cara de una junta o bajo un depósito, el líquido permanece inmóvil y pobre en oxígeno, y su composición interna se vuelve agresiva mientras la superficie abierta sigue pareciendo intacta. Cada agujero de perno, cara de arandela y borde de junta de una tapa de reactor es una de esas cavidades, que retiene líquido de lavado, líquido de proceso residual o condensado después de volver a cerrar la tapa. La página de la aleación HASTELLOY C-276 de Haynes International describe una resistencia excepcional a picaduras y ataque en rendijas en soluciones con cloruros, y a ácidos tanto oxidantes como no oxidantes, con datos de laboratorio sobre ácidos clorhídrico, bromhídrico, nítrico, fosfórico, sulfúrico y fluorhídrico.
La misma página informa de una comparación más marcada en cloruro férrico acidificado al 6% conforme a ASTM G48: una temperatura crítica de picaduras de 150°C y una temperatura crítica de corrosión en rendijas de 55°C para C-276, frente a 100°C y 40°C para 625, y 15°C y 0°C para 316L. Son valores de ensayo de laboratorio en una solución agresiva, no límites de diseño, y muestran por qué una temperatura de corrosión en rendijas, no una velocidad general de corrosión, suele determinar la decisión sobre la tapa. Antes de seleccionar una aleación, fije tres datos para cada posición de la tapa:
- Identifique la corriente en cada posición: indique los ácidos, el nivel de cloruros, la temperatura del espárrago y si la posición está expuesta a lavado, condensado o líquido retenido después de limpiar. Una descripción que solo diga «ácido mixto» no identifica ninguno de estos datos.
- Localice las rendijas: enumere los agujeros de pernos, las caras de arandelas, los bordes de juntas y las zonas de depósito donde el líquido queda inmóvil, y marque las zonas mojadas, de salpicadura y secas en el plano de posiciones.
- Registre el intervalo de apertura: indique con qué frecuencia se abre la tapa y qué se sustituye en cada apertura.
02 Las aleaciones candidatas y los límites de cada una
Hastelloy C-276, UNS N10276, en barra conforme a ASTM B574, es el punto de partida habitual para una tapa expuesta a ácidos mixtos. La página de la aleación HASTELLOY C-276 de Haynes International indica la siguiente composición nominal: níquel 57% (resto de la composición), cromo 16%, molibdeno 16%, hierro 5% y tungsteno 4%, con carbono limitado a 0.010% y silicio a 0.080%. El molibdeno y el tungsteno aportan resistencia frente a ácidos reductores y picaduras por cloruros; el cromo actúa frente a condiciones oxidantes, y el bajo carbono y silicio evitan la sensibilización de las zonas soldadas. La barra de C-276 con recocido de solubilización tiene mínimos conforme a ASTM B574 de 690 MPa de resistencia a tracción y 283 MPa de límite elástico; dimensione por tanto la unión de la tapa teniendo en cuenta ese límite elástico moderado, nunca mediante sustitución directa de un espárrago de alta resistencia. Confirme los mínimos frente a la edición aplicable de ASTM B574.
C-276 tiene un ámbito amplio, no ilimitado. Cuando la corriente tiende a ser fuertemente oxidante, por ejemplo ácido nítrico concentrado caliente o una alteración rica en cloruro férrico, compruebe el grado C-22 de mayor cromo para esa alteración. Cuando el ácido es sulfúrico diluido sin cloruros ni contenido clorhídrico, Alloy 20 puede ser la respuesta económica, pero solo dentro de su propio ámbito de concentración y temperatura. Inconel 625, UNS N06625, es una alternativa de solución sólida cuando domina el servicio oxidante, pero sus límites frente a picaduras por cloruros y ácidos reductores son inferiores a los de los grados C. Sus mínimos de barra ASTM B446 grado 1 son 827 MPa de resistencia a tracción y 414 MPa de límite elástico hasta 102 mm de diámetro, y 758 MPa de resistencia a tracción y 345 MPa de límite elástico por encima de ese diámetro, pendientes de confirmar frente a la edición aplicable de B446. Un juego de espárragos de 316L, UNS S31603, es el límite que debe evitarse en este servicio: su temperatura de corrosión en rendijas G48 de 0°C en la comparación de Haynes muestra lo pronto que sufre picaduras y corrosión en rendijas en ácido mixto con cloruros.
| Candidato | UNS y forma | Dónde encaja en una tapa de reactor | Límite que debe vigilarse |
|---|---|---|---|
| Hastelloy C-276 | UNS N10276, barra conforme a ASTM B574 | Ácidos mixtos y reductores con cloruros, apertura repetida | Alteración fuertemente oxidante; el límite elástico de 283 MPa es el valor con el que se dimensiona el espárrago |
| Hastelloy C-22 | UNS N06022, barra conforme a ASTM B574 | Ácido mixto de tendencia oxidante, cloruros férricos y cúpricos | Menor resistencia a ácidos reductores que C-276 cuando domina el ácido clorhídrico |
| Inconel 625 | UNS N06625, barra conforme a ASTM B446 grado 1 | Servicio oxidante, mayor límite elástico en estado recocido para el asiento | Límites frente a ácidos reductores y picaduras por cloruros inferiores a C-276; confirme los mínimos del grado 1 frente a la edición aplicable de B446 |
| Alloy 20 | UNS N08020, barra conforme a ASTM B473 | Ácido sulfúrico diluido, sin cloruros ni contenido clorhídrico | Ácido sulfúrico caliente de concentración intermedia y ácido mixto con cloruros fuera de su ámbito |
| 316L | UNS S31603, elementos de fijación roscados conforme a ASTM A193 B8M | Solo servicio poco agresivo, no una tapa para ácidos mixtos | Temperatura de corrosión en rendijas G48 de 0°C; sufre pronto picaduras y corrosión en rendijas en ácido mixto con cloruros |
La dilatación térmica merece una comprobación cuantificada en una tapa con distintas aleaciones. La página de la aleación HASTELLOY C-276 de Haynes International indica un coeficiente medio de 11.2 µm/(m·K) entre 24–100°C, que aumenta a 13.1 µm/(m·K) entre 24–400°C, mientras que la ficha técnica CarTech 20Cb-3 de Carpenter Technology indica 8.16 × 10⁻⁶ in/in/°F entre 77–212°F, unos 14.7 µm/(m·K), para Alloy 20. En una longitud de apriete de 100 mm y con un aumento de 100°C, el lado de C-276 se alarga unos 0.11–0.13 mm en ese intervalo y el de Alloy 20 unos 0.15 mm; por ello, un juego mixto en una tapa se descarga de forma desigual al calentarse, y el pedido debe indicar una aleación por posición, no una aleación por tapa.
ASTM B574, B446 y B473 son especificaciones de barra, no de espárragos terminados. Indique en el pedido las dimensiones de espárragos terminados para fijación de bridas conforme a ASME B16.5, el perfil de rosca, como roscas laminadas UNR o UNJ, y la secuencia de laminación de roscas respecto al tratamiento térmico final. Para estos grados con recocido de solubilización no hay etapa de envejecimiento, por lo que el pedido indica el estado recocido y el perfil de rosca en lugar de dejar cualquiera de ellos a criterio del taller.
03 La apertura repetida cambia el fallo, no solo la aleación
Una tapa que se abre en cada campaña desgasta sus espárragos de formas que no se dan en una brida montada una sola vez: daños de rosca, rayado de caras de arandelas, una tuerca que ya no gira libremente en cada apertura y una junta que asienta de forma desigual en cada cierre porque un espárrago del círculo se ha alargado, gripado o ha perdido precarga. El gripado es el riesgo de montaje que debe indicarse: las roscas de aleaciones de níquel pueden soldarse en frío y desgarrarse cuando la misma aleación gira contra sí misma bajo carga, de modo que las superficies roscadas se bloquean y la lectura de par deja de reflejar la precarga real. La nota técnica de Bossard sobre gripado describe la secuencia de rotura de la capa de óxido en roscas inoxidables; aplique el mismo rigor de lubricación a las roscas de aleaciones de níquel.
Defina el procedimiento de apertura junto con el juego, no después:
- Especifique el lubricante: indique el lubricante aprobado y compruebe su compatibilidad con cualquier prohibición de cobre, grafito o haluros en la zona de proceso.
- Fije la secuencia de apriete: indique la secuencia alrededor de la tapa y si se utiliza par o par-ángulo. El método par-ángulo, que consiste en apretar hasta un par indicado y después girar la tuerca un ángulo adicional indicado, proporciona un alargamiento más repetible que el par por sí solo cuando varía la fricción.
- Registre las sustituciones por posición: registre qué espárragos se sustituyeron en cada apertura e inspeccione los retirados según su posición. Las picaduras bajo la tuerca, las picaduras en la cara de la arandela, los daños de rosca y cualquier espárrago que haya sido necesario cortar apuntan cada uno a una solución distinta.
- Interprete el patrón de fallo: un juego con picaduras solo bajo las arandelas necesita un cambio de arandela, rendija o lubricante, mientras que un juego con picaduras por todas partes necesita otra aleación o una descripción distinta de la corriente.
04 Defina el juego: piezas mojadas, longitud y tuercas compatibles
Un juego para tapa de reactor no es un tamaño de espárrago repetido alrededor del círculo: algunas posiciones están en la zona mojada, otras en una zona de salpicaduras o condensación y otras secas fuera de la junta, y la aleación y el intervalo de inspección pueden diferir por posición dentro de una misma tapa. Indique el tipo y espesor de la junta, el tipo de arandela y si se requiere una bajo la tuerca, ya que el apilamiento de la junta determina la longitud de apriete: la longitud de espárrago que debe abarcar la tapa, la junta, la arandela y la tuerca, dejando suficiente rosca para el acoplamiento completo de la tuerca.
La longitud del espárrago es donde una longitud total correcta aún puede fallar: un espárrago suficientemente largo en total pero con poca rosca utilizable en el extremo de la tuerca no asentará la junta uniformemente, y uno largo en el extremo de la tuerca pero corto en la rosca de la tapa se arrancará del agujero roscado. Indique el espesor de la tapa, el apilamiento de la junta, el espesor de la arandela, la altura de la tuerca y el acoplamiento de rosca requerido en cada extremo; acote ambos extremos en el plano e indique por separado la aleación, el UNS y el estado de la tuerca. Un espárrago de C-276 con una tuerca sin especificar no es un juego, y una tuerca de otro grado puede cambiar la rendija, las condiciones galvánicas y el riesgo de gripado de la unión.
Envíe la descripción de la corriente, el plano de la tapa, el apilamiento de la junta y el intervalo de apertura al equipo de ingeniería de BYBOLT para una comprobación antes de pedir. Esa comprobación permite detectar un juego de C-276 subdimensionado para la carga de la tapa, una combinación con tuerca que cambia las condiciones de rendija o una longitud de espárrago que asienta la junta en un lado de la tapa y no en el otro.
En la recepción, la documentación de calidad de BYBOLT vincula cada juego de espárragos con su colada, su registro de recocido de solubilización y su informe de dureza del estado final. Solicite certificados EN 10204 3.1 y un informe dimensional de los espárragos reales, además de un informe de PMI cuando el proyecto lo requiera. Un certificado de barra por sí solo no demuestra que el espárrago terminado cumpla el estado sobre el que se dimensionó la tapa.
| Qué fijar antes del pedido | Por qué cambia la unión | Documento que debe solicitarse |
|---|---|---|
| Corriente por posición: ácidos, cloruros y temperatura | Determina C-276 frente a C-22, 625 o Alloy 20, y el intervalo de inspección | Ficha de la corriente por posición, con temperatura del espárrago indicada por separado |
| Posiciones mojadas, de salpicadura y secas | Un espárrago del lado seco no necesita la misma inspección que uno mojado | Plano de posiciones de la tapa, lista de juegos por posición |
| Apilamiento de la junta, arandela y altura de la tuerca | Determina la longitud de apriete y la rosca utilizable en cada extremo | Plano con apilamiento de la junta y ambos extremos acotados |
| Aleación, UNS y estado de la tuerca | Una tuerca no especificada cambia los riesgos de rendija, corrosión galvánica y gripado | Norma de la tuerca y estado en el certificado |
| Lubricante, método de apriete e intervalo de apertura | El gripado y el asiento desigual arruinan una elección acertada de aleación | Lista de lubricantes aprobados, procedimiento de apriete |
| Lista de juegos y registros | Los juegos mezclados en una tapa no pueden auditarse después de una fuga | Lista de juegos por posición de tapa, certificados EN 10204 3.1 y PMI cuando se especifique |
05 Solicite presupuesto indicando la tapa, no solo el grado
Si se redefinen las especificaciones de una tapa de reactor, o se considera un juego de C-276 para sustituir uno inoxidable con picaduras, envíe los datos de la tapa junto con el tamaño. Una nota como «Juego de espárragos y tuercas M20 de Hastelloy C-276 para una tapa de reactor químico, mezcla de ácidos sulfúrico y clorhídrico con cloruros, temperatura del espárrago de 120°C, apilamiento de la junta pendiente de confirmar en el plano, juego de 16 espárragos, apertura en cada campaña» proporciona al equipo de ingeniería de BYBOLT información suficiente para comprobar aleación, longitud, combinación con tuercas y procedimiento de apertura antes de presupuestar. Una fotografía de un espárrago retirado que muestre picaduras bajo la tuerca o la arandela ayuda a determinar si el último fallo comenzó en una rendija, en la cara de la arandela o en el borde de la junta.
Esa nota, junto con el plano si dispone de él, basta para comenzar. El equipo completará con usted los detalles faltantes de corriente, temperatura o acoplamiento y presupuestará un lote pequeño o un juego completo con trazabilidad EN 10204 3.1.