Dissertação
Caracterização da camada de óxido formada na superfície externa das colunas de fornos de reforma a vapor
Autor
Silveira, Rosa Maria Sales da
Institución
Resumen
Steam reforming furnaces are constituted by harps of centrifugally cast HP steel
tubes, added with Nb and in some cases Ti microalloyed. These tubes are exposed to
severe operating conditions by working at high temperatures for a long period, resulting
in the characteristic aging of the alloy and in damages, which occur mainly by creep.
Therefore, studies have been carried out for the development of non-destructive
inspection techniques by magnetic methods to be applied in the field. However, once the
outer surface is in contact with an oxidizing environment and high temperature caused
by the burners, the formation of an oxide layer occurs on it, which can influence the
measurements made on the inspection. The objective of the present work is to
characterize the external surface of the HP tubes removed from operation of different
refining units of Petrobras and to relate their characteristics with the aging stage of the
tube, as well as with its the magnetic response. The characterization of different tubes
removed after long operating times was performed by optical and scanning electron
microscopy, energy dispersive spectrometer and X-ray diffraction, considering different
heights of the reforming column, associated with its characteristic aging conditions. The
magnetic response was analyzed by magnetic force microscopy and scanning magnetic
susceptometry. The results showed that the oxidation process at high temperatures
results in the formation of a complex oxide layer formed by a standard sequence of
different oxides. In addition, a microstructural modification was observed in its
subsurface, due to the impoverishment of chromium in this region. A relation between
both the thickness of the oxide and the transformed layer with the aging state and the
magnetic response of the samples was obtained. The origin of the magnetic response of
the external surface was identified by magnetic force microscopy. Fornos de reforma a vapor são compostos por harpas formadas por tubos de aços
HP fundidos por centrifugação, modificados ao Nb e em alguns casos, microligados ao
Ti. Estes tubos são expostos a condições severas de operação por trabalhar em altas
temperaturas por um longo período, resultando no envelhecimento característico da liga
e em danos que ocorrem principalmente por fluência. Desta forma, estudos vêm sendo
realizados para o desenvolvimento de técnicas de inspeção não destrutiva por métodos
magnéticos para ser aplicadas em campo. Entretanto, uma vez que a superfície externa
fica em contato com um ambiente oxidante e de alta temperatura resultante da ação dos
queimadores, ocorre a formação de uma camada de óxido na mesma, que pode
influenciar nas medidas feitas na inspeção. O objetivo do presente trabalho é
caracterizar a superfície externa dos tubos HP retirados de serviço de diferentes
unidades de refino da Petrobras e relacionar suas características com o estado de
envelhecimento do tubo, bem como com a resposta magnética da mesma. A
caracterização de diferentes tubos retirados de serviço após longo tempo de operação,
foi realizada por microscopia ótica e eletrônica de varredura, espectroscopia de energia
dispersiva e difração de raios-X, considerando diferentes alturas da coluna de reforma,
associadas aos seus característicos estados de envelhecimento. A caracterização da
resposta magnética foi realizada pelo microscópio de força magnética e susceptômetro
magnético de varredura. Os resultados mostraram que o processo de oxidação em altas
temperaturas resulta na formação de uma camada de óxido complexa formadas por
uma sequência padrão de diferentes óxidos. Além disso observou-se uma modificação
microestrutural na sua subsuperfície, devido ao empobrecimento de cromo nesta região.
Foi obtido uma relação da espessura do óxido e da camada transformada com o estado
de envelhecimento e com a resposta magnética das amostras. A origem da resposta
magnética da superfície externa foi identificada por microscopia de força magnética.