Caracterização da camada de óxido formada na superfície externa das colunas de fornos de reforma a vapor

Submitted by Aglair Aguiar (aglair@ct.ufrj.br) on 2019-09-02T17:22:45Z No. of bitstreams: 1 876942.pdf: 4218730 bytes, checksum: 831d5737bd3e3458cc33af559e6ba78a (MD5) Made available in DSpace on 2019-09-02T17:22:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 876942.pdf: 4218730 bytes, checksum: 831d5737bd3e3458cc33af559e6ba78a (MD5) Previous issue date: 2017-04 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. 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.