Incoloy 825 ou Hastelloy B-2 para tubos de permutadores de calor?

Quando os engenheiros comparam Incoloy 825 vs Hastelloy B-2 para tubagem de permutadores de calor, a verdadeira questão não é qual a liga que apresenta melhores características numa ficha técnica. A verdadeira questão é qual a liga que resiste às condições reais de corrosão, incluindo a contaminação na fase de arranque, a humidade na fase de paragem, os produtos químicos de limpeza, as zonas afetadas pelo calor da soldadura e composições químicas ocasionalmente fora das especificações. A INCOLOY 825 é uma liga de Ni-Fe-Cr reforçada para oferecer ampla resistência tanto em meios redutores como oxidantes, enquanto a Liga B-2 é um material de níquel-molibdénio concebido para serviços redutores severos, especialmente em ambientes do tipo ácido clorídrico, mas com uma tolerância muito fraca à contaminação oxidante.

Essa distinção é ainda mais importante no caso dos tubos. Os tubos dos permutadores de calor são produtos de parede fina, frequentemente submetidos a trabalho a frio, expandidos, curvados e soldados num sistema que raramente apresenta condições químicas perfeitamente estáveis ao longo de toda a sua vida útil. O INCOLOY 825 está disponível num vasto portfólio de normas para tubos e condutas, incluindo as normas ASTM B163, B423, B704, B705, B751, B775 e B829. A liga B-2 também está disponível em tubos sem costura e soldados, de acordo com as normas ASTM B622 e B626, entre outras, pelo que a escolha não se resume, normalmente, à existência ou não de tubos. Trata-se, sim, de saber até que ponto a metalurgia consegue tolerar a variabilidade do processo.

Onde o Incoloy 825 e o Hastelloy B-2 se distinguem realmente no que diz respeito aos tubos para permutadores de calor

Ao nível da composição, o INCOLOY 825 e a Liga B-2 foram concebidos com base em filosofias diferentes. O INCOLOY 825 contém uma quantidade significativa de crómio, além de níquel, molibdénio, cobre e titânio. É essa combinação que lhe confere resistência ao ácido sulfúrico e fosfórico, à fissuração por corrosão sob tensão induzida por iões cloreto, à corrosão por pite, à corrosão em fendas e a uma variedade de meios oxidantes, tais como nitratos e ambientes que contêm ácido nítrico. A liga B-2, em contrapartida, é essencialmente uma especialista em ácidos redutores à base de Ni-Mo: o restante é níquel, com cerca de 26 a 30% de molibdénio, e o crómio é deliberadamente mantido em níveis muito baixos. É precisamente essa composição química que explica o seu excelente desempenho em ácido clorídrico, cloreto de hidrogénio e outros sistemas ácidos não oxidantes.

Assim, em termos práticos de permutadores de calor, Incoloy 825 vs Hastelloy B-2 para tubagem de permutadores de calor é normalmente uma escolha entre amplitude e intensidade. A liga 825 oferece uma margem de segurança mais ampla quando o fluxo do processo pode oscilar entre condições redutoras e oxidantes, ou quando a contaminação por cloretos e o ataque em fendas constituem preocupações reais. A liga B-2 apresenta uma vantagem mais acentuada quando o fluido é fortemente redutor e está rigorosamente controlado, especialmente em aplicações com ácido clorídrico. O erro que vejo com mais frequência é a escolha da B-2 pelo facto de o meio de operação normal ser redutor, ignorando-se, no entanto, que as falhas nos permutadores de calor começam frequentemente durante a limpeza, a purga, a entrada de oxigénio, a contaminação férrica ou em condições de inatividade com presença de humidade. As próprias orientações relativas à liga B-2 são claras: mesmo vestígios de meios oxidantes podem aumentar significativamente a corrosão, pelo que esta liga não deve ser utilizada em ambientes oxidantes.

A lógica da corrosão nas tubagens não é a mesma que a lógica da corrosão nas chapas

Os feixes de tubos não falham apenas devido à perda uniforme de espessura da parede. Falham devido ao ataque em fendas sob depósitos, à fissuração induzida por tensão nas juntas expandidas, ao ataque local nas zonas afetadas pelo calor (HAZ) das soldaduras e aos gradientes químicos entre as extremidades quentes e frias. O INCOLOY 825 foi concebido para resistir tanto em ambientes redutores como oxidantes e destaca-se especificamente pela sua resistência à fissuração por corrosão sob tensão por cloretos e à corrosão localizada. Isso torna-o uma escolha padrão mais segura quando o permutador de calor está sujeito a serviços com ácidos mistos, contaminação por água com cloretos, fluxos contendo enxofre ou práticas de manutenção incertas em relação à limpeza e paragem da unidade.

A liga B-2 deve ser escolhida de forma mais criteriosa e deliberada. É excelente em ácido clorídrico numa ampla gama de concentrações e temperaturas, e também apresenta um bom desempenho em cloreto de hidrogénio, ácido sulfúrico e ácido fosfórico em condições redutoras. Mas a B-2 não é uma “liga CPI de uso geral”. É uma solução especializada para um problema específico. Na aplicação em permutadores de calor, isso significa normalmente ácido redutor puro de um lado, controlo rigoroso das espécies oxidantes e uma equipa da unidade que compreenda o que a liga não tolera.

A fabricação, a soldadura e a estabilidade térmica são, muitas vezes, determinantes para o resultado final

Para os fabricantes, Incoloy 825 vs Hastelloy B-2 para tubagem de permutadores de calor É também uma questão de saber até que ponto a vossa oficina e o empreiteiro no terreno conseguem manter a disciplina do processo. O INCOLOY 825 é descrito como tendo boa soldabilidade em todos os processos convencionais, sendo que as recomendações habituais de metal de adição incluem o INCONEL Filler Metal 625 para soldadura com gás de proteção. A Liga B-2 também pode ser soldada por TIG/MIG e, em comparação com a antiga Liga B, é menos suscetível à corrosão na zona de soldadura no estado de soldadura. Dito isto, a B-2 continua a exigir um controlo mais rigoroso da contaminação, a prática de recozimento em solução e uma atenção redobrada à exposição ao calor após a fabricação.

A questão mais profunda é a estabilidade térmica. A Corrosion Materials afirma que a liga B-2 não deve ser utilizada entre 1000 °F e 1600 °F, uma vez que as fases secundárias podem reduzir a ductilidade. A comparação feita pela Haynes entre a B-3 e a sua antecessora, a B-2, explica a metalurgia subjacente a esse aviso: as ligas do tipo B são propensas à formação de fases indesejáveis, e a B-2 pode sofrer uma rápida formação de Ni4Mo por volta dos 750 °C. Isso não significa que todos os permutadores de calor em B-2 irão falhar devido à exposição térmica. Significa que a margem de tolerância para a fabricação e a deformação é mais estreita do que muitos compradores supõem.

Tabela elaborada com base em informações do fabricante e em fichas técnicas relativas às formas e propriedades dos produtos relacionados com tubos de INCOLOY 825 e Liga B-2.

A minha recomendação de engenharia relativamente ao Incoloy 825 e ao Hastelloy B-2 para tubagem de permutadores de calor

Opte pelo INCOLOY 825 quando o permutador de calor estiver sujeito a exposição a ácidos mistos, contaminação por cloretos, utilização com ácido sulfúrico ou fosfórico com algum potencial oxidante, composição química incerta durante paragens ou limpezas químicas frequentes. Nesse tipo de ambiente real de instalação, a 825 proporciona-lhe normalmente uma maior margem de manobra operacional. É a liga que eu recomendaria em primeiro lugar quando os dados do fluido do cliente estão incompletos ou quando existe uma possibilidade real de que uma “pequena” contaminação oxidante venha eventualmente a tornar-se um problema de manutenção.

Opte pela liga B-2 quando a carga de serviço estiver a diminuir de forma clara e consistente, especialmente em ambientes com ácido clorídrico ou cloreto de hidrogénio, e quando o responsável pelo processo conseguir controlar rigorosamente as espécies oxidantes. Nessa janela restrita, a B-2 pode ser a solução de engenharia mais robusta. Mas trata-se de uma ferramenta de precisão, não de uma ferramenta tolerante. Para o departamento de compras, isso significa que o pedido de cotação deve incluir não só a química normal, mas também a química em condições anormais, os meios de limpeza, o risco de entrada de oxigénio, a contaminação férrica, os detalhes da soldadura entre tubos e a placa de tubos e o historial térmico de fabrico. É aí que começam muitas substituições inadequadas de ligas.

Conclusão

Para a maioria dos compradores, Incoloy 825 vs Hastelloy B-2 para tubagem de permutadores de calor deve ser determinado com base na resistência à corrosão em condições de não ideal condições, e não pelo nome do ácido indicado na ficha de processo. Se o serviço estiver sujeito a variações, contaminação, aeração ou limpezas agressivas, o INCOLOY 825 é normalmente a opção de tubagem mais robusta. Se o serviço for rigorosamente controlado, fortemente redutor e, especialmente, com ácido clorídrico, a Liga B-2 pode proporcionar um desempenho excecional. A resposta correta resulta da combinação da janela química, do processo de fabrico e do histórico de estampagem.

Para uma análise de seleção ao nível do projeto, envie a composição do fluido, a temperatura normal e a temperatura de sobrecarregamento, a pressão, os cloretos, os contaminantes oxidantes, o procedimento de limpeza e o processo de fabrico dos tubos. Isso costuma ser suficiente para transformar uma comparação genérica de ligas numa recomendação de material fundamentada.

Perguntas e respostas relacionadas

1) O Hastelloy B-2 é melhor do que o Incoloy 825 para tubos de permutadores de calor em contacto com ácido clorídrico?

Em aplicações com ácido clorídrico puro e fortemente redutor, a Liga B-2 é normalmente a opção mais resistente à corrosão, uma vez que foi concebida especificamente para o ácido clorídrico numa ampla gama de concentrações e temperaturas. No entanto, essa vantagem diminui rapidamente assim que contaminantes oxidantes entram no sistema.

2) O Incoloy 825 pode substituir o Hastelloy B-2 em permutadores de calor sujeitos a ácidos mistos?

Muitas vezes, sim. Quando o permutador de calor apresenta um comportamento misto de oxidação e redução, contaminação por cloreto ou incertezas quanto aos produtos químicos utilizados no desligamento ou na limpeza, o INCOLOY 825 é frequentemente a especificação mais segura, uma vez que a sua resistência à corrosão é mais abrangente, em vez de estar estritamente otimizada apenas para ácidos redutores.

3) O que deve o comprador fornecer antes de encomendar qualquer uma destas ligas sob a forma de tubos?

No mínimo: análise química completa dos fluidos, cloretos, contaminação por oxigénio férrico ou dissolvido, temperaturas de funcionamento e de anomalia, produtos químicos de limpeza, se os tubos são sem costura ou soldados e se são necessárias soldaduras entre os tubos e a placa de tubos. Esses detalhes determinam se Incoloy 825 vs Hastelloy B-2 para tubagem de permutadores de calor é uma decisão simples ou um palpite de alto risco. As normas relativas à tubagem e as orientações de fabrico diferem o suficiente para que estes aspetos sejam importantes desde o início.