Guasto dei componenti di raffreddamento in rame: cause e indagine

Una perdita è un sintomo, non una conclusione sulla causa radice

Una piastra, un pannello, una camicia, uno stave o un assieme in rame raffreddato ad acqua che ha subito un guasto fa parte di un sistema termico, idraulico, meccanico e operativo. Una perdita visibile identifica una condizione da controllare; da sola non dimostra se la causa iniziale sia stata un’ostruzione del flusso, ebollizione locale, fatica termica, erosione, corrosione, giunzione, fabbricazione, vincolo di montaggio, perdita di refrattario, impatto o una modifica operativa.

Tenere distinti tre termini:

• Sintomo: ciò che è stato osservato, come perdita, deformazione, punto caldo, perdita di pressione, riduzione della portata, criccatura, perdita di spessore o separazione di una giunzione.
• Meccanismo: il processo fisico che ha prodotto il danno, come fatica, erosione-corrosione, surriscaldamento, abrasione, sovraccarico o propagazione di una cricca.
• Causa radice: la condizione del sistema, o combinazione di condizioni, che ha consentito al meccanismo di verificarsi e rimanere incontrollato.

L’indagine deve verificare le spiegazioni plausibili rispetto alle evidenze, anziché attribuire una causa in base al solo aspetto.

1. Mettere in sicurezza l’apparecchiatura e preservare le evidenze

• Isolare e depressurizzare il circuito interessato secondo la procedura di sicurezza approvata del sito.
• Registrare posizione installata, orientamento, condizione del refrattario o dell’involucro adiacente, disposizione delle connessioni, supporti, depositi, segni d’impatto e posizione della perdita prima della pulizia o riparazione.
• Fotografare l’assieme completo, le interfacce, la zona danneggiata, la frattura o apertura, le condizioni dei canali interni, le saldature, i raccordi, i punti di montaggio e i depositi rimossi con riferimenti dimensionali.
• Conservare le parti rimosse, i depositi, il materiale di ostruzione, i campioni d’acqua, le tenute, i fissaggi e i componenti di manutenzione pertinenti quando possono supportare l’analisi.
• Marcare le posizioni di taglio e l’orientamento prima del sezionamento. Molatura, pulizia, saldatura o taglio non controllati possono eliminare evidenze di frattura, corrosione, superficie o deposito.

La conservazione delle evidenze fa parte dell’indagine tecnica. Una superficie riparata può ripristinare temporaneamente la funzione e, nello stesso tempo, rendere più difficile la verifica del meccanismo originario.

2. Ricostruire la sequenza operativa

Raccogliere il disegno approvato e il relativo indice di revisione, i registri dei materiali e della fabbricazione, la data di installazione, le riparazioni, le modifiche al circuito, i registri del trattamento dell’acqua, pressione, portata, temperature di ingresso e uscita, allarmi, arresti automatici, anomalie di processo, storico di avviamenti e arresti, lavori sul refrattario e modifiche alle apparecchiature adiacenti.

Confrontare l’evento con:

• messa in servizio e primo esercizio;
• normale funzionamento a regime;
• avviamenti, arresti, eventi di bassa portata, scatti e riavvii;
• variazioni del carico termico di processo, della carica del forno, del bagno, della scoria, della fiamma, della lancia o della posizione dell’arco;
• variazioni della fonte d’acqua, della chimica, della filtrazione, della pompa, della valvola, del flessibile, del collettore o del bilanciamento del circuito;
• modifiche di manutenzione, pulizia, saldatura, supporto, allineamento o refrattario.

I dati di tendenza devono essere interpretati rendendo visibili posizione del sensore, frequenza di campionamento, stato di taratura e periodi mancanti. Una lettura normale sul collettore non dimostra che ogni passaggio interno avesse una portata locale adeguata.

3. Mappare il danno prima di selezionare le prove

Creare una mappa del danno che metta in relazione la condizione osservata con il disegno del componente e il suo orientamento in servizio:

• lato caldo, lato freddo, bordo, angolo, transizione, connessione, saldatura, zona termicamente alterata, canale lavorato, tappo o punto di montaggio;
• posizione singola, schema ripetuto, schema specifico di un circuito o schema esteso all’intero sistema;
• assottigliamento locale, scanalatura, vaiolatura, deposito, ostruzione, rete di cricche, deformazione, impatto o frattura;
• relazione con la direzione dell’acqua, punti alti e bassi, curve, zone morte, variazioni di sezione, vincoli, vuoti nel refrattario e fonte di calore.

Le misure dello spessore di parete, i controlli dimensionali, le registrazioni boroscopiche, l’analisi dei depositi, i controlli superficiali, la metallografia, l’analisi chimica, la durezza, la conducibilità, l’esame della frattura o altre prove possono essere selezionati dopo aver definito la domanda a cui l’evidenza deve rispondere. Il controllo con liquidi penetranti PT può rilevare discontinuità affioranti su una superficie idonea non porosa, ma non individua discontinuità interne chiuse e non fornisce criteri di accettazione.

4. Verificare gruppi di cause, non una sola spiegazione preferita

Condizioni del circuito di raffreddamento

Esaminare la condizione di ingresso, la pressione disponibile, la portata effettiva, il bilanciamento del circuito, le dimensioni dei passaggi, le curve, le perdite locali, lo sfiato, il drenaggio, il rischio di ebollizione, i depositi, le incrostazioni, le ostruzioni, la velocità di erosione, il comportamento di pompe o valvole e le restrizioni alle connessioni. Una prova di pressione o di tenuta sul componente rimosso dimostra soltanto il confine e le condizioni di prova definiti; non riproduce il carico termico installato né dimostra la distribuzione della portata in esercizio.

Condizioni termiche e meccaniche

Esaminare la distribuzione del flusso termico, gli avviamenti e gli arresti, i gradienti termici, i vincoli, la dilatazione differenziale, le transizioni di sezione, il surriscaldamento locale, il supporto del refrattario, il montaggio, la deformazione, gli impatti, le vibrazioni e i carichi esterni. Una cricca vicina a una transizione o a un attacco può avere più meccanismi concorrenti.

Chimica dell’acqua, erosione e corrosione

Esaminare la fonte e il trattamento dell’acqua, la conducibilità, il pH o altri parametri chimici controllati dal progetto, i solidi disciolti o sospesi, l’ossigeno, i cloruri o altre specie pertinenti, la velocità, i contatti galvanici, i depositi, gli interstizi e le condizioni di fermata. Non dedurre un meccanismo di corrosione universale dal solo colore o aspetto dei depositi; sono determinanti il punto di campionamento e il metodo di analisi.

Materiale, fabbricazione e giunzioni

Verificare identità e condizione del materiale, forma del prodotto, percorso di fusione o lavorazione plastica, realizzazione dei canali, transizioni di parete, progettazione di saldature o brasature, materiale d’apporto e procedura ove applicabili, trattamento termico, lavorazione meccanica, pulizia, fase di ispezione, storico delle riparazioni e tracciabilità. Un’indicazione non è automaticamente il difetto iniziale, e un certificato del materiale da solo non dimostra l’integrità idraulica né le prestazioni in servizio del componente finito.

Installazione e modifiche operative

Controllare allineamento, supporti, dispositivi di fissaggio, tubi flessibili, collettori, valvole, guarnizioni, superfici di tenuta, carichi imposti, contatto con il refrattario, gioco di montaggio, pratiche di pulizia, modifiche di processo e modifiche non autorizzate. La sola sostituzione del componente non correggerà una causa esterna al sistema.

5. Utilizzare una matrice di verifica

Per ogni causa plausibile, registrare:

Mantenere osservazione, interpretazione e conclusione in campi separati. Quando le evidenze sono state distrutte o i dati operativi sono incompleti, dichiarare l’incertezza invece di trasformarla in certezza.

6. Controllare l’azione correttiva

L’azione correttiva può riguardare pulizia o riprogettazione del circuito, controllo dell’acqua, strumentazione, montaggio, refrattario, procedura operativa, geometria del componente, transizione di sezione, materiale, giunzione, ispezione o manutenzione. Collegare ogni azione a una causa verificata o classificata in base al rischio.

Una modifica al disegno del ricambio non costituisce automaticamente un miglioramento. Registrare la base della modifica, le interfacce interessate, le implicazioni idrauliche e termiche, il piano di ispezione, l’approvazione e il monitoraggio dopo l’installazione. Un singolo campione guasto non stabilisce una regola universale di vita utile per ogni componente o impianto.