Os reatores de hidroprocessamento utilizados em refinarias de petrÃleo sÃo, geralmente, compostos de um metal de base revestido com dupla camada de aÃo inoxidÃvel austenÃtico. Estes materiais tÃm diferentes propriedades termo-elÃsticas, que causam elevadas tensÃes de revestimento durante o desligamento do reator, podendo levar à nucleaÃÃo e propagaÃÃo de trincas. AlÃm disso, a parede do reator està sujeita a um ambiente corrosivo, rico em hidrogÃnio, a alta pressÃo e temperatura. Desta forma, existe a possibilidade de fragilizaÃÃo por hidrogÃnio, o que causaria uma reduÃÃo da ductilidade, da intensidade de tensÃo limite para propagaÃÃo de trincas e do tempo de falha do material. Para um melhor estudo destes problemas, o trabalho foi dividido em duas partes: simulaÃÃo computacional da parede do reator e ensaios experimentais.
Primeiramente, foi realizada uma simulaÃÃo computacional da parede de um reator de hidroprocessamento tÃpico, composto pelo metal de base 21/4Cr-1Mo (ASTM A387 Grau 22 Classe 2) e dupla camada de revestimento de aÃo inoxidÃvel da tipo 309 (amanteigamento) e 347. Esta simulaÃÃo mostrou, atravÃs da distribuiÃÃo de tensÃes ao longo da parede do reator, com e sem a presenÃa de trinca, a potencialidade das tensÃes tÃrmicas de revestimento em propagar trincas.
Na parte experimental, o aÃo em estudo (21/4Cr-1Mo) foi caracterizado no estado hidrogenado e comparado com os resultados obtidos para o estado nÃo-hidrogenado. AlÃm disso, a fragilizaÃÃo por hidrogÃnio foi quantificada por meio da determinaÃÃo da tenacidade à fratura do material, nos dois estados, atravÃs do uso da integral-J.
Os resultados computacionais comprovaram a alta probabilidade de uma trinca de revestimento chegar na interface com o metal de base apÃs alguns ciclos liga-desliga. No entanto, possivelmente esta trinca là permaneceria plastificada. Jà os resultados experimentais confirmaram a alta suscetibilidade à fragilizaÃÃo por hidrogÃnio do material em estudo. / Os reatores de hidroprocessamento utilizados em refinarias de petrÃleo sÃo, geralmente, compostos de um metal de base revestido com dupla camada de aÃo inoxidÃvel austenÃtico. Estes materiais tÃm diferentes propriedades termo-elÃsticas, que causam elevadas tensÃes de revestimento durante o desligamento do reator, podendo levar à nucleaÃÃo e propagaÃÃo de trincas. AlÃm disso, a parede do reator està sujeita a um ambiente corrosivo, rico em hidrogÃnio, a alta pressÃo e temperatura. Desta forma, existe a possibilidade de fragilizaÃÃo por hidrogÃnio, o que causaria uma reduÃÃo da ductilidade, da intensidade de tensÃo limite para propagaÃÃo de trincas e do tempo de falha do material. Para um melhor estudo destes problemas, o trabalho foi dividido em duas partes: simulaÃÃo computacional da parede do reator e ensaios experimentais.
Primeiramente, foi realizada uma simulaÃÃo computacional da parede de um reator de hidroprocessamento tÃpico, composto pelo metal de base 21/4Cr-1Mo (ASTM A387 Grau 22 Classe 2) e dupla camada de revestimento de aÃo inoxidÃvel da tipo 309 (amanteigamento) e 347. Esta simulaÃÃo mostrou, atravÃs da distribuiÃÃo de tensÃes ao longo da parede do reator, com e sem a presenÃa de trinca, a potencialidade das tensÃes tÃrmicas de revestimento em propagar trincas.
Na parte experimental, o aÃo em estudo (21/4Cr-1Mo) foi caracterizado no estado hidrogenado e comparado com os resultados obtidos para o estado nÃo-hidrogenado. AlÃm disso, a fragilizaÃÃo por hidrogÃnio foi quantificada por meio da determinaÃÃo da tenacidade à fratura do material, nos dois estados, atravÃs do uso da integral-J.
Os resultados computacionais comprovaram a alta probabilidade de uma trinca de revestimento chegar na interface com o metal de base apÃs alguns ciclos liga-desliga. No entanto, possivelmente esta trinca là permaneceria plastificada. Jà os resultados experimentais confirmaram a alta suscetibilidade à fragilizaÃÃo por hidrogÃnio do material em estudo. / The hydroprocessing reactors used in petroleum refineries are usually composed of a base metal coated with a double layer of austenitic stainless steel. These materials have different thermo-elastic properties that cause high stress coating during shutdown of the reactor, leading to nucleation and propagation of cracks. Furthermore, the wall of the reactor is subject to a corrosive environment, hydrogen-rich, high pressure and temperature. Thus, there is the possibility of hydrogen embrittlement, which would reduce the ductility, the stress intensity threshold for the propagation of cracks and the failure time of the material. For a better study of these problems, the work was divided into two parts: computer simulation of the reactor wall and experimental.
First, we conducted a computer simulation of the wall of a typical hydroprocessing reactor, comprising the base metal 21/4Cr-1Mo (ASTM A387 grade 22 Class 2) and double layer coating of stainless steel type 309 (buttering) and 347 . This simulation showed by the stress distribution along the wall of the reactor, with and without the presence of a crack, the potential of the thermal stress cracks spread coating.
In the experimental part, the steel under study (21/4Cr-1Mo) was hydrogenated in the state characterized and compared with results obtained for the non-hydrogenated state. Furthermore, the hydrogen embrittlement was quantified by determining the fracture toughness of the material, in both states, through the use of J-integral.
The computational results confirmed the high probability of a crack reaching the interface coating with the base metal after a few cycles on-off. However, there remain possibly this crack plasticized. Since the experimental results confirm the high susceptibility to hydrogen embrittlement of the material under study. / The hydroprocessing reactors used in petroleum refineries are usually composed of a base metal coated with a double layer of austenitic stainless steel. These materials have different thermo-elastic properties that cause high stress coating during shutdown of the reactor, leading to nucleation and propagation of cracks. Furthermore, the wall of the reactor is subject to a corrosive environment, hydrogen-rich, high pressure and temperature. Thus, there is the possibility of hydrogen embrittlement, which would reduce the ductility, the stress intensity threshold for the propagation of cracks and the failure time of the material. For a better study of these problems, the work was divided into two parts: computer simulation of the reactor wall and experimental.
First, we conducted a computer simulation of the wall of a typical hydroprocessing reactor, comprising the base metal 21/4Cr-1Mo (ASTM A387 grade 22 Class 2) and double layer coating of stainless steel type 309 (buttering) and 347 . This simulation showed by the stress distribution along the wall of the reactor, with and without the presence of a crack, the potential of the thermal stress cracks spread coating.
In the experimental part, the steel under study (21/4Cr-1Mo) was hydrogenated in the state characterized and compared with results obtained for the non-hydrogenated state. Furthermore, the hydrogen embrittlement was quantified by determining the fracture toughness of the material, in both states, through the use of J-integral.
The computational results confirmed the high probability of a crack reaching the interface coating with the base metal after a few cycles on-off. However, there remain possibly this crack plasticized. Since the experimental results confirm the high susceptibility to hydrogen embrittlement of the material under study.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.teses.ufc.br:5223 |
| Date | 02 August 2002 |
| Creators | Alexandre Campos Bezerra |
| Contributors | Ãnio Pontes de Deus, Pedro de Lima Neto, Dirceu Spinelli |
| Publisher | Universidade Federal do CearÃ, Programa de PÃs-GraduaÃÃo em Engenharia e CiÃncia de Materiais, UFC, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFC, instname:Universidade Federal do Ceará, instacron:UFC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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