Guillermo Matamala R.'-', Pedro Cafiete S.*, Nelson Rodriguez E.**'~ Departamento de Ingenieria Metalurgica, Universidad de Concepcion, Chile** Petroquimica Dow S. A., Talcahuano, Chile

Se investigo el deterioro prematuro de bocinas de acero inoxidable 316 en contacto con sellos mecanicos, con-juntos que forma parte de bombas centrifugas impulsoras de medios agresivos, que contienen productos clo-rados del etileno y acido clorhfdrico. De los medios propuestos para minimizar estas fall as, motivadas por corro-sion friccion; se elimino en gran medida la vibracion del equipo aumentando la vida util de los equipos en un100%.

Friction-corrosion in mechanical seals of centrifugal pumpsThe prematured damage of 316 stainless steel bushing in contact with mechanical seals is the subject of thiswork. The bushing and the seals together form a part of medium impulsive pumps which contains products ofethylene chlorates and hydrochloric acid. To minimize the prematured damage motivated by friction corrosion, agreat deal of system vibration was eliminated, which, in turn, increased the usefull life of the equipment to 100%.

En la industria qufmica, petroqufmica, refinerfas depetroleo, celulosa, etc., existen una gran cantidad debomb as centrffugas, impulsoras de diferentes mediosagresivos; los cuales producen una variedad de pro-blemas de deterioros entre los que incluyen: "Cavita-cion", "Corrosion por Friccion", "Corrosion por Ero-sian", etc. [1].

Uno de los deterioros en bomb as centrffugas quenormalmente se descuida y que en general no se aso-cia a un problema de corrosion, 10 constituye el des-gaste de las bocinas en la zona de contacto con los se-llos mecanicos. En este trabajo se estudio el deteriorode bocinas de AISI-316 en contacto con sellos de Te-flon, en equipos que operaban en una planta de clorurode vinilo monomero (Petroqufmica Dow S. A.).

Las bocinas de AISI-316, cuyas dimensiones son de45 mm de diametro exterior por 125 mm de largo apro-ximadamente, rota ban solidariamente con el sello deteflon a 1.800 r.p.m. (Fig. 1).

El medio agresivo que rodea al sello era del mismolfquido impulsado, constituido en su mayor parte deproductos clorados del etileno, con un 2% de acidoclorhfdrico aproximadamente.

Despues de un tiempo de operacion, las piezas sedesmontan y la superficie deteriorada se observa al mi-croscopio. Simultaneamente se les hizo un amllisis quf-mico y de dureza al material de la bocina.

RESUL TADOS DE LOS ENSA YOS DELABORATORIO

como promedio 82 R.B. La observacion de la micro-estructura indica la presencia de una estructura auste-nftica monofasica, propia de un AISI-316.

Todas las superficies daiiadas fueron observadas mi-croscopicamente. Las figuras 2 y 3 presentan micro-graffas tfpicas de las zonas deterioradas; en todas ellasse puede apreciar un conjunto de rayas cortas y parale-las al eje de rotacion de la bocina, indicando la pre-sencia de movimiento relativo y vibracional entre la su-perficie de la bocina y el sello de teflon, en la direccionaxial [2].

La composicion qufmica del material utilizado corro-bora que se trataba de un AISI-316, es decir 16 Cr,12.5 Ni, 2.6 Mo, 2.0 Mn. Los ensayos de dureza dieron

Fig. 1. Microfotografia de Ia superficie erosionada que co-rresponde a Ia superficie de contacto con eI sello. Seobservan numerosas band as paraIeIas aI eje de Ia bo-dna, producidos por eI movimiento vibraciona!. Au-

mento 50 x.

Fig. 2. Microfotografia de Ia superficie deteriorada, obser-vandose band as de vibracion similar a Ia Figura NQ 1,asociado con corrosion por Picado; danos que engIo-ban a Ia Corrosion por Friccion de naturaIeza vibra-cion a!. Aumento 50 x.

A pesar que el media oxidante es energlco por lapresencia de acido clorhfdrico, desde el punta de vistade la corrosion electroqufmica pura, es diffcil explicarel gran deterioro observado del AISI-316, despues desolo una semana de operacion en algunos casos [3].

La micrograffa de la Figura N~ 3, permite apreciarun fuerte picado que puede explicarse por las siguien-tes razones:

a) El rompimiento continuo de la capa pasiva causa-do por el movimiento vibracional relativo, entreel sello y la superficie del metal; que produce unaumento de la velocidad de disolucion.

b) La formacion de microcanales debido a la vibra-cion en la superficie del metal, fomenta un meca-

nismo de picado, ya que a la reaccion de disolu-cion original:

10 sigue una reacclOn de hidrolisis dado por elequilibrio siguiente:

10 que produce un aumento de la acidez del me-dio, provocando una aceleracion del picado [4].Esta aceleracion de la corrosion se debe a la ma-yor dificultad para la difusion de los iones H+, de-bido a la presencia de los microcanales; similar aun mecanismo de corrosion cavernosa.

RECOMENDACIONES PARA MINIMIZAR ELDETERIORO

La minimizacion del deterioro por corrosIOn porfriccion, generalmente involucra utilizar un conjuntode tecnicas [5, 6]. Para el caso especffico de este estu-dio, se recomendaron las siguientes:

a) Mantenimiento del equipo que incluye un perfectoalineamiento, chequeo de rodamientos, buen mon-taje de sellos y contorl de tolerancias; con el finde lograr reducir al maximo las vibraciones. Estosignifica llevar un control periodico del equipo,para lograr evaluar su incidencia en el fenomenode corrosion por friccion.

b) Empleo de un recubrimiento metalico sobre la bo-cina, mucho mas blando que el metal base; demodo que el movimiento relativo vibracional en-tre el sello y la bocina, se traduzca en una defor-macion plastica del recubrimiento en vez de undeslizamiento con la consecuente erosion. Esto re-ducirfa el deterioro siempre y cuando, el metal delrecubrimiento resista electroqufmicamente al me-dio agresivo.

c) Utilizacion de un material con un potencial de di-solucion electroqufmica mas noble que el AISI-316, y de una mayor dureza, para prevenir la for-macion de microcanales por el movimiento vibra-cional relativo.

En Petroqufmica Dow S. A. (Planta Talcahuano), sesiguio primeramente la recomendacion (a), originandoa 10 menos siete chequeos de trabajo seguro en 10 queconcierne al estado mecanico del equipo, a saber:

1. Movimiento axial del eje2. Movimiento radial del eje (defleccion)3. Eje doblado4. Alineamiento caja prensa estopa5. Concentricidad prensa estop a6. Alineamiento sello estacionario7. Alineamiento del acoplamiento

Junto a esta eliminacion de la vibracion, realizadaa partir de Junio de 1979, se hizo un estudio de fre-cuencia de fallas en los afios 1978 y 1979, que se de-talla en tabla N? 1. [7]

Numero de CallasBomba area Totales Semestrales

P 202 A 10 5 7 3P 202 B 9 4 5 3P 204 A 6 1 3 1P 204 B 4 3 3 2P 300 A 4 1 3 1P 300 B 7 1 4 1P 301 B 10 4 2 3

Totales 50 19 27 14

Dentro de las fallas observadas en las bombas cen-trifugas, el 80% de ellas son en los sellos mecanicos;dado que se considera una falla del selIo, cuando estefiItra y produce contaminacion ambientaI.

La disminucion del movimiento vibratorio entre labocina y el sello de teflon, lograda con un cuidadosomantenimiento; ha aumentado la vida uti! del equipoen un 100%, resultados que se yen en el segundo se-mestre de 1979.

Sin embargo, se estima que una mayor operacion delequipo se puede obtener atm, analizando la elimina-cion de solidos 0 agresividad en el Ifquido de sello auna presion mayor que la de la carcaza de la bomba yutilizando una bocina de un material mas resistenteque el AISI-316.

Guillermo Matamala, Corrosion, Libro de la serie Metalur-gica Extractiva, Universidad de Concepci6n. Capitulo 9,(1978) .

2 Metals Handbook, Failure Analysis and Prevention, Ame-rican Society for Metals. Vol. 10, p. 440 (1975).

3 Guillermo Matamala, Pedro Caiiete, lnforme del lnstitutode Investigaciones Tecnol6gicas, Agosto (1979).

4 Jose R. Galvele. Journal and Electrochemical Society. 123(1976) 465.

5 J. J. Caubet et C. Amsallen, Corrosion Traitements Protec-tion Finition, 19, W 6, (1971).

6 Herbert H. Uhlig, Corrosion y Control de Corrosion, Edi-ciones Urmo, Bilbao, (1970).

7 Informe de Petroquimica Dow S. A., Jaime Gutierrez,(1980).