¿Incoloy 825 o Hastelloy B-2 para los tubos de los intercambiadores de calor?

Cuando los ingenieros comparan Incoloy 825 frente a Hastelloy B-2 para tubos de intercambiadores de calor, la verdadera cuestión no es qué aleación presenta mejores características en la ficha técnica. La verdadera cuestión es qué aleación resiste las condiciones reales de corrosión a las que se ve sometida, incluyendo la contaminación durante la puesta en marcha, la humedad durante la parada, los productos químicos de limpieza, las zonas afectadas por el calor de la soldadura y las ocasionales variaciones químicas fuera de especificación. El INCOLOY 825 es una aleación de Ni-Fe-Cr reforzada para ofrecer una amplia resistencia tanto en medios reductores como oxidantes, mientras que la aleación B-2 es un material de níquel-molibdeno diseñado para servicios reductores severos, especialmente en entornos con ácido clorhídrico, pero con una tolerancia muy baja a la contaminación oxidante.

Esa distinción cobra aún más importancia en el caso de los tubos. Los tubos de los intercambiadores de calor son productos de pared delgada que, a menudo, se someten a trabajo en frío, se expanden, se doblan y se sueldan para formar un sistema que rara vez presenta unas condiciones químicas perfectamente estables a lo largo de toda su vida útil. El INCOLOY 825 está disponible en una amplia gama de normas para tubos y conductos, entre las que se incluyen las normas ASTM B163, B423, B704, B705, B751, B775 y B829. La aleación B-2 también está disponible en forma de tubos y tuberías sin costura y soldados según las normas ASTM B622 y B626, entre otras, por lo que la elección no suele depender de si existen tubos adecuados, sino de cuánta variabilidad en el proceso puede tolerar la metalurgia.

En qué aspectos se diferencian realmente el Incoloy 825 y el Hastelloy B-2 en lo que respecta a los tubos para intercambiadores de calor

A nivel de composición, el INCOLOY 825 y la aleación B-2 se diseñaron siguiendo filosofías diferentes. El INCOLOY 825 contiene una cantidad significativa de cromo, además de níquel, molibdeno, cobre y titanio. Esa combinación es la razón por la que resiste al ácido sulfúrico y fosfórico, a la corrosión por tensión con iones de cloruro, a la corrosión por picaduras, a la corrosión intercrestal y a una amplia gama de medios oxidantes, como los nitratos y los entornos que contienen ácido nítrico. La aleación B-2, por el contrario, es esencialmente una aleación de Ni-Mo especializada en ácidos reductores: el resto es níquel, aproximadamente entre un 26 y un 30% de molibdeno, con un contenido de cromo deliberadamente muy bajo. Esa composición química es precisamente la razón por la que ofrece un rendimiento tan bueno en ácido clorhídrico, cloruro de hidrógeno y otros sistemas ácidos no oxidantes.

Así pues, en lo que respecta a los intercambiadores de calor, Incoloy 825 frente a Hastelloy B-2 para tubos de intercambiadores de calor suele ser una elección entre amplitud y intensidad. La aleación 825 ofrece un margen de seguridad más amplio cuando la corriente del proceso puede oscilar entre condiciones reductoras y oxidantes, o cuando la contaminación por cloruro y el ataque en hendiduras son riesgos reales. La aleación B-2 ofrece una ventaja más marcada cuando el fluido es fuertemente reductor y está estrictamente controlado, especialmente en aplicaciones con ácido clorhídrico. El error que veo con más frecuencia es elegir la aleación B-2 porque el medio de funcionamiento habitual es reductor, ignorando el hecho de que los fallos del intercambiador suelen iniciarse durante la limpieza, la purga, la entrada de oxígeno, la contaminación férrica o en condiciones de inactividad en húmedo. Las propias recomendaciones de la aleación B-2 son contundentes: incluso trazas de medios oxidantes pueden aumentar significativamente la corrosión, por lo que no debe utilizarse en entornos oxidantes.

La lógica de la corrosión en los tubos no es la misma que la de las chapas.

Los haces de tubos no fallan únicamente por una pérdida uniforme del espesor de la pared. Fallan por corrosión en hendiduras bajo los depósitos, por agrietamiento asistido por tensiones en las juntas dilatadas, por corrosión localizada en las zonas afectadas por la soldadura (HAZ) y por gradientes químicos entre los extremos caliente y frío. El INCOLOY 825 se diseñó para resistir tanto en entornos reductores como oxidantes y destaca especialmente por su resistencia a la corrosión bajo tensión por cloruros y a la corrosión localizada. Esto lo convierte en una opción predeterminada más segura cuando el intercambiador se enfrenta a un servicio con ácidos mixtos, a la contaminación del agua con cloruros, a corrientes que contienen azufre o a un mantenimiento irregular en lo que respecta a la limpieza y las paradas.

La aleación B-2 debe elegirse con mayor rigor y de forma más deliberada. Es excelente en ácido clorhídrico en un amplio rango de concentraciones y temperaturas, y también ofrece un buen rendimiento en cloruro de hidrógeno, ácido sulfúrico y ácido fosfórico en condiciones reductoras. Pero la B-2 no es una “aleación CPI general”. Es una solución especializada para un problema específico. En el ámbito de los intercambiadores de calor, esto suele implicar la presencia de ácido reductor puro en un lado, un control riguroso de las especies oxidantes y un equipo de planta que comprenda lo que la aleación no perdona.

La fabricación, la soldadura y la estabilidad térmica suelen ser factores decisivos para el resultado final

Para los fabricantes, Incoloy 825 frente a Hastelloy B-2 para tubos de intercambiadores de calor También depende del grado de disciplina en los procesos que puedan mantener tanto tu taller como el contratista de obra. Se describe que el INCOLOY 825 presenta una buena soldabilidad mediante todos los procesos convencionales, y entre las recomendaciones habituales de metal de aportación se incluye el INCONEL Filler Metal 625 para la soldadura con gas de protección. La aleación B-2 también se puede soldar mediante TIG/MIG y, en comparación con la antigua aleación B, es menos susceptible a la corrosión de la zona de soldadura en su estado recién soldado. Dicho esto, la B-2 sigue exigiendo un control más estricto de la contaminación, la aplicación de un recocido en solución y una mayor atención a la exposición al calor tras la fabricación.

El problema de fondo es la estabilidad térmica. En ’Corrosion Materials» se afirma que la aleación B-2 no debe utilizarse entre 1000 °F y 1600 °F, ya que pueden formarse fases secundarias que reduzcan la ductilidad. La comparación que hace Haynes entre la aleación B-3 y su predecesora, la B-2, explica los fundamentos metalúrgicos que subyacen a esa advertencia: las aleaciones de tipo B son propensas a la formación de fases indeseables, y la B-2 puede sufrir una rápida formación de Ni4Mo en torno a los 750 °C. Esto no significa que todos los intercambiadores de calor de B-2 vayan a fallar por exposición térmica. Significa que el margen de tolerancia en cuanto a fabricación y deformación es más estrecho de lo que muchos compradores suponen.

Tabla elaborada a partir de la información facilitada por el fabricante y de las fichas técnicas sobre las formas y propiedades de los productos relacionados con los tubos de INCOLOY 825 y aleación B-2.

Mi recomendación técnica sobre el Incoloy 825 frente al Hastelloy B-2 para los tubos de los intercambiadores de calor

Elija INCOLOY 825 cuando el intercambiador vaya a estar expuesto a una mezcla de ácidos, a contaminación con cloruros, a un servicio con ácido sulfúrico o fosfórico con cierto potencial oxidante, a una composición química incierta durante las paradas o a limpiezas químicas frecuentes. En ese tipo de entorno real de planta, el 825 suele ofrecer un mayor margen de tolerancia operativa. Es la aleación que yo recomendaría en primer lugar cuando los datos sobre los fluidos del cliente son incompletos o cuando existe una posibilidad real de que una “pequeña” contaminación oxidante acabe provocando una intervención de mantenimiento.

Elija la aleación B-2 cuando el servicio se vea claramente y de forma constante en declive, especialmente en entornos con ácido clorhídrico o cloruro de hidrógeno, y cuando el responsable del proceso pueda controlar estrictamente las especies oxidantes. En ese estrecho margen, la B-2 puede ser la solución de ingeniería más sólida. Pero se trata de una herramienta de precisión, no de una que perdone errores. Para el departamento de compras, esto significa que la solicitud de presupuesto debe incluir no solo las condiciones químicas normales, sino también las condiciones químicas en situaciones de alteración, los medios de limpieza, el riesgo de entrada de oxígeno, la contaminación férrica, los detalles de soldadura entre tubos y placa de tubos, y el historial térmico de fabricación. Ahí es donde comienzan muchos errores en la sustitución de aleaciones.

Conclusión

Para la mayoría de los compradores, Incoloy 825 frente a Hastelloy B-2 para tubos de intercambiadores de calor debería determinarse en función de la resistencia a la corrosión en condiciones de no ideal condiciones, y no por el nombre del ácido que figura en la ficha de proceso. Si el servicio puede sufrir desviaciones, contaminación, aireación o limpiezas agresivas, el INCOLOY 825 suele ser la opción de tubería más resistente. Si el servicio está estrictamente controlado, es fuertemente reductor y, sobre todo, si se trata de ácido clorhídrico, la aleación B-2 puede ofrecer un rendimiento excepcional. La respuesta correcta se obtiene teniendo en cuenta conjuntamente el rango químico, el proceso de fabricación y el historial de conformado.

Para una revisión de selección a nivel de proyecto, envíe la composición del fluido, la temperatura normal y la temperatura de sobrecarga, la presión, los cloruros, los contaminantes oxidantes, el procedimiento de limpieza y el proceso de fabricación de los tubos. Por lo general, eso basta para convertir una comparación genérica de aleaciones en una recomendación de material bien fundamentada.

Preguntas y respuestas relacionadas

1) ¿Es el Hastelloy B-2 mejor que el Incoloy 825 para los tubos de los intercambiadores de calor que utilizan ácido clorhídrico?

En aplicaciones con ácido clorhídrico puro y fuertemente reductor, la aleación B-2 suele ser la opción más resistente a la corrosión, ya que se diseñó específicamente para el ácido clorhídrico en un amplio rango de concentraciones y temperaturas. Sin embargo, esa ventaja se reduce rápidamente en cuanto entran contaminantes oxidantes en el sistema.

2) ¿Puede el Incoloy 825 sustituir al Hastelloy B-2 en intercambiadores de calor con ácidos mixtos?

A menudo, sí. Cuando en el intercambiador se observa un comportamiento mixto de oxidación y reducción, contaminación por cloruro o una química de parada/limpieza incierta, el INCOLOY 825 suele ser la especificación más segura, ya que su resistencia a la corrosión es más amplia, en lugar de estar optimizada exclusivamente para ácidos reductores.

3) ¿Qué debe facilitar el comprador antes de realizar un pedido de cualquiera de estas aleaciones en forma de tubos?

Como mínimo: análisis químico completo del fluido, cloruros, contaminación por hierro o oxígeno disuelto, temperaturas de funcionamiento y de anomalías, productos químicos de limpieza, si los tubos son sin costura o soldados, y si se requieren soldaduras entre los tubos y la placa tubular. Estos detalles determinan si Incoloy 825 frente a Hastelloy B-2 para tubos de intercambiadores de calor es una decisión sencilla o una suposición muy arriesgada. Las normas relativas a los tubos y las directrices de fabricación difieren lo suficiente como para que estos datos sean importantes desde el principio.