Com es comporten els tubs soldats en entorns industrials d'alta pressió?

Introducció

Els sistemes industrials d’alta pressió requereixen canonades capaces de suportar la pressió interna, els canvis de temperatura, les tensions mecàniques i l’exposició a fluids de procés exigents. Una fallada en una canonada pot provocar aturades de la producció, fuites de fluids, danys en l’equipament o riscos greus per a la seguretat. Per aquest motiu, la selecció del material i el disseny de les canonades són fonamentals en sectors com el petrolier i el gasístic, el processament químic, la generació d’energia, la indústria petroquímica i la fabricació industrial.

Canonada sense costura es considera àmpliament per a aplicacions d’alta pressió perquè es fabrica sense costura longitudinal soldada. La seva estructura contínua pot reduir les preocupacions relacionades amb defectes a la zona soldada i el fa adequat per a serveis de pressió exigents quan es seleccionen correctament el material, l’gruix de la paret, l’estàndard de fabricació i les condicions de disseny.

Tanmateix, la construcció sense solapes per si sola no garanteix un rendiment segur. Cal seleccionar la canonada segons la pressió de funcionament real, la temperatura, l’entorn corrosiu, les dimensions i el codi d’enginyeria aplicable.

Què és una canonada sense solapes?

La canonada sense solapes es produeix a partir d’un lingot d’acer sòlid. El lingot es calefacciona i es perfora per crear una secció buida, que després es laminat, es dimensiona, es tracta tèrmicament o es treballa en fred segons les especificacions requerides.

A diferència de les canonades soldades, la canonada sense solapes no conté una soldadura longitudinal. Això proporciona una estructura metàl·lica contínua al voltant de la circumferència de la canonada i elimina la necessitat d’avaluar una soldadura longitudinal com a part del límit de pressió.

Les canonades sense solapes estan disponibles en diversos materials i qualitats, incloent-hi:

• Acer al carboni
• Acer d'aliatge
• Acer inoxidable austenític
• Acer inoxidable ferrític
• Acer inoxidable duplex
• Acer inoxidable super duplex
• Aliatges basats en níquel

El material adequat depèn de la pressió, la temperatura, el fluid de procés, l’exposició a la corrosió i la vida útil requerida.

1. La construcció contínua recolza la resistència a la pressió

Una dels principals avantatges del tub sense costura és la seva construcció contínua. Com que no hi ha cap soldadura longitudinal, el tub no té cap zona soldada que pugui convertir-se en un problema sota determinades condicions de pressió, temperatura, corrosió o fatiga.

Això pot ser especialment valuós en sistemes exposats a:

• Alta pressió interna
• Cicles repetits de pressió
• Expansió i contracció tèrmica
• Vibració
• Càrrega mecànica
• Medis corrosius de procés

Una estructura sense costura pot oferir un rendiment de pressió més consistent quan es fabrica i inspecciona correctament. No obstant això, la capacitat real de pressió encara depèn de l’escorça, el diàmetre exterior, la resistència del material, la temperatura de funcionament i el codi de disseny.

Per tant, cal seleccionar el tub sense costura basant-se en càlculs d’enginyeria, i no només per la paraula «sense costura».

2. El tub sense costura funciona bé sota cicles de pressió

Els sistemes industrials de canonades poden no operar a una pressió constant. Alguns sistemes experimenten cicles repetits d’arrencada i aturada, pics de pressió, pulsacions o canvis en les condicions de flux.

Aquestes modificacions repetides poden generar una tensió per fatiga a la paret del tub. Amb el temps, la fatiga pot provocar fissures o fallades si el tub no està dissenyat adequadament.

El tub sense costura pot ser avantatjós en entorns amb cicles de pressió, ja que evita una soldadura longitudinal que podria requerir una avaluació addicional. La seva estructura contínua pot ajudar a reduir certs riscos relacionats amb les costures, especialment quan el tub es fabrica segons una especificació adequada.

El rendiment en cicles de pressió també depèn de:

• Material del tub
• Espessor de paret
• Qualitat de superfície
• Concentració d'esforç
• Soldadura durant la instal·lació
• Separació dels suports
• Control de vibracions
• Temperatura d'Operació
• Freqüència de les fluctuacions de pressió

Fins i tot un tub sense costura pot fallar si el sistema no té suports adequats o si s’exposa a condicions de pressió superiors a la seva classificació de disseny.

3. L’escorça determina la capacitat de pressió

La resistència a la pressió d’un tub sense costura està fortament influenciada per l’escorça. Una escorça més gruixuda normalment ofereix una major resistència a la pressió interna, però l’escorça per si sola no és suficient per determinar-ne l’idoneïtat.

Els enginyers també han de tenir en compte:

• Diàmetre exterior
• DIAMETRE INTERIOR
• Pressió de disseny
• Temperatura de disseny
• Tensió admisible del material
• Tolerància per a la corrosió
• Tolerància de fabricació
• Càrregues externes
• Codi de disseny aplicable

En alguns projectes industrials, les dimensions de les canonades es seleccionen mitjançant la mida nominal de canonada i l’horari. En altres aplicacions, cal un càlcul detallat de l’escorça basat en les condicions reals de disseny.

Una canonada amb una pressió nominal adequada a temperatura ambient pot tenir una pressió admisible inferior a temperatures elevades, ja que la resistència del material pot disminuir quan augmenta la temperatura.

Per aquest motiu, els compradors B2B han de facilitar tota la informació sobre pressió i temperatura quan sol·licitin una oferta.

4. La qualitat del material influeix en el rendiment a alta pressió

Diferents qualitats d’acer inoxidable i d’aliatges ofereixen combinacions diferents de resistència, resistència a la corrosió, tenacitat i comportament a temperatura.

acer inoxidable 304 i 304L

l'acer inoxidable 304 i 304L s'utilitza habitualment en aplicacions industrials generals i en entorns corrosius. Poden ser adequats per a molts sistemes de procés, aplicacions d'aigua, línies de processament d'aliments i equips industrials.

Tanmateix, podrien no ser la millor opció per a tots els entorns que contenen clorurs o a altes temperatures.

acer inoxidable 316 i 316L

l'acer inoxidable 316 i 316L conté molibdè, que generalment millora la resistència a certes condicions de corrosió relacionades amb clorurs, comparat amb les qualitats 304.

Sovent es consideren per:

• Processament de químics
• Entorns relacionats amb la mar
• Equipament farmacèutic
• Processament d'aliments
• Tractament d'aigua
• Sistemes industrials de fluids

La selecció final de la qualitat ha de basar-se encara en el medi de procés real i les condicions operatives.

Acer inoxidable duplex

Les qualitats duplex combinen característiques dels acers inoxidables austenítics i ferrítics. Poden oferir una resistència superior i una millor resistència a certs mecanismes de corrosió.

Els graus duplex i superduplex es poden considerar per:

• Sistemes petrolers i gasístics
• Equipament offshore
• Processament de químics
• Desalinització
• Entorns amb alts nivells de clorurs
• Tuberies de pressió d’alta resistència

Els materials d’alta aliatge poden augmentar el cost inicial, però poden ser adequats quan els requisits de corrosió o mecànics superen les capacitats dels graus estàndard.

5. El servei a altes temperatures requereix una selecció cuidadosa

Els sistemes d’alta pressió sovint s’exposen a temperatures elevades. Exemples en són les canonades de vapor, els sistemes de refineria, els intercanviadors de calor, l’equipament de calderes i les unitats de processament petroquímiques.

La temperatura afecta tant la resistència del material com el seu comportament davant la corrosió. A mesura que la temperatura augmenta, l’esforç admès d’un material pot canviar. Alguns materials també poden experimentar:

• Oxidació
• Fatiga tèrmica
• Fluència
• Embrittlement
• Acceleració de la corrosió
• Canvis dimensionals

El tub sense soldadura es pot utilitzar en aplicacions a altes temperatures quan el material i l’especificació seleccionats són adequats. Per exemple, l’ASTM A312 cobreix els tubs d’acer inoxidable austenític per a serveis a altes temperatures i amb corrosió general, mentre que altres normes s’apliquen als tubs d’acer aliats o als productes especialitzats per a calderes i intercanviadors de calor.

L'acomprador ha de confirmar:

• Temperatura màxima de funcionament
• Temperatura de disseny
• Servei continu o intermitent
• Cicle tèrmic
• Tractament tèrmic requerit
• Tensió admisible
• Codi aplicable per a canonades sotmeses a pressió

Un tub d’alta pressió mai no s’ha de seleccionar només en funció de la pressió, sense tenir en compte la temperatura.

6. La resistència a la corrosió ajuda a mantenir el rendiment a llarg termini

La corrosió interna pot reduir l’escorça i debilitar progressivament la frontera de pressió. També pot aparèixer corrosió externa en entorns humits, marins, químics o exteriors.

El tub de metall inoxidable sense soldadura pot oferir resistència a la corrosió gràcies a la seva composició d’aliatge, especialment al seu contingut de crom. Algunes qualitats contenen també níquel, molibdè, nitrogen o altres elements d’aliatge per millorar el rendiment en entorns específics.

La resistència a la corrosió és important perquè un tub que inicialment compleix els requisits de pressió pot esdevenir insegur si la corrosió redueix progressivament el gruix de la seva paret.

La qualitat adequada depèn de les condicions del procés, incloent-hi:

• Concentració de clorurs
• Acidesa o alcalinitat
• Humitat
• Composició química
• Velocitat del fluid
• Temperatura d'Operació
• Exposició a l'oxigen
• Productes de neteja
• Condicions atmosfèriques externes

Per a serveis severes, els compradors poden necessitar una avaluació addicional de la corrosió, proves del material o un marge de corrosió.

7. El tub sense soldadura pot suportar aplicacions industrials crítiques

El tub sense soldadura s’utilitza en una gamma d’entorns industrials exigents quan l’especificació aplicable ho permet.

Les aplicacions comunes inclouen:

Petrol i gas

El tub de sense soldadura es pot utilitzar en canonades de procés, sistemes de recollida, línies de fluids d’alta pressió i connexions d’equipaments. La selecció del material ha de tenir en compte la pressió, la temperatura, els hidrocarburs, el sulfur d’hidrogen, els clorurs i altres condicions de servei.

Processament de químics

Les plantes químiques poden requerir canonades que resisteixin tant la pressió com mitjans de procés agressius. Es poden considerar tubs de sense soldadura d’acer inoxidable i d’aliatges quan la resistència a la corrosió i el rendiment mecànic són importants.

Generació d'energia

Les centrals tèrmiques utilitzen canonades de pressió per al vapor, l’aigua, l’aigua d’alimentació i altres serveis d’alta temperatura. El tub ha de complir els requisits de les normes pertinents sobre canonades i materials per a centrals tèrmiques.

Processament petroquímic

Les refineries i les plantes petroquímiques sovint treballen a temperatures elevades, amb canvis de pressió i substàncies corrosives. El tub de sense soldadura es pot seleccionar per a línies específiques de procés i d’utilitat.

Equip Industrial

El tub de sense soldadura es pot utilitzar en sistemes hidràulics, intercanviadors de calor, equips de pressió, maquinària i muntatges industrials especialitzats.

L'aplicació correcta depèn de l'estàndard del producte i del disseny d'enginyeria. No tots els tubs sense soldadura són adequats per a tots els sistemes de pressió.

8. La qualitat de fabricació afecta la fiabilitat

El rendiment del tub sense soldadura depèn molt de la qualitat de fabricació. Fins i tot sense una soldadura, el tub pot contenir defectes causats per una mala qualitat de la blanca, una conformació inadequada, un tractament tèrmic inadient o un acabat deficient.

Els controls importants de fabricació poden incloure:

• Inspecció de Matèria Prima
• Verificació de la composició química
• Perforació i laminació controlades
• Control del tractament tèrmic
• Inspecció dimensional
• Inspecció superficial
• Proves mecàniques
• Prova hidrostàtica
• Proves no destructives
• Traçabilitat del Material

Els requisits de qualitat s'han d'acordar abans de la producció. Els compradors també haurien de confirmar si el fabricant pot facilitar informes d'inspecció, certificats de material i documentació de proves.

Un proveïdor fiable hauria de ser capaç d'identificar el número de calor del material i relacionar el tub lliurat amb els seus registres de producció i inspecció.

9. Les proves ajuden a verificar el rendiment a pressió

Les proves proporcionen evidències que la canonada compleix els requisits tècnics acordats. Les proves exactes depenen de l’estàndard del producte, el grau, la mida, l’aplicació i l’especificació del projecte.

Les proves possibles inclouen:

Anàlisi Química

L’anàlisi química verifica si la composició del material coincideix amb el grau especificat.

Proves de tracció

La prova de tracció avalua propietats com la resistència a la tracció i la resistència al límit elàstic.

Prova de duresa

La prova de duresa pot ser necessària per a certs materials o aplicacions.

Prova hidrostàtica

La prova hidrostàtica utilitza pressió líquida per comprovar la integritat a pressió i identificar fugues o defectes inacceptables.

Proves no destructives

Les proves no destructives poden incloure corrents de fuga, ultrasons o altres mètodes per detectar discontinuïtats sense danys al producte.

Inspecció dimensional

Les comprovacions dimensionals confirmen el diàmetre exterior, el gruix de la paret, la longitud, l’ovalitat i altres toleràncies requerides.

Verificació del tractament tèrmic

Els registres del tractament tèrmic poden ser importants per a l’acer inoxidable, l’acer d’aliatge i les aplicacions especialitzades a altes temperatures.

Per exemple, l’ASTM A312 inclou requisits relacionats amb la composició química, les propietats mecàniques, el tractament tèrmic i les proves hidrostàtiques o no destructives elèctriques per a productes de canonades d’acer inoxidable cobertes.

10. Les normes aplicables defineixen els requisits del producte

Els compradors industrials haurien d’especificar la norma correcta en lloc de demanar només «canonades sense costura d’alta pressió».

Segons l’aplicació, les normes rellevants poden incloure:

• ASTM A312 per a canonades d’acer inoxidable austenític
• ASTM A213 per a tubs per a calderes, sobrecalentadors i intercanviadors de calor
• ASTM A269 per a determinades aplicacions de tubs d’acer inoxidable
• ASTM A790 per a canonades d’acer inoxidable duplex
• ASTM A106 per a canonades d’acer al carboni sense costura per a serveis a alta temperatura
• API 5L per a canonades de transport d’oli i gas
• EN 10216-5 per a determinats tubs d’acer inoxidable sense costura
• ASME B31.1 per a canonades de potència
• ASME B31.3 per a canonades de procés
• ASME B31.4 per a canonades de transport de líquids
• ASME B31.8 per a canonades de transport de gas

L’estàndard correcte depèn del tipus de canonada i de l’ús previst. Les canonades, els tubs, els equips de pressió i les canonades principals poden tenir requisits diferents en matèria de dimensions, proves i documentació.

Cal confirmar l’edició aplicable més recent durant les fases d’enginyeria i adquisició.

11. La qualitat de la instal·lació també és important

Fins i tot una canonada sense costura de gran qualitat pot presentar problemes si la instal·lació no es controla adequadament.

Els riscos potencials durant la instal·lació inclouen:

• Procediments de soldadura incorrectes
• Alineació deficient
• Doblegament excessiu
• Suports de canonada inadients
• Muntatge inadequat de brides
• Selecció incorrecta d’empalmes
• Residual
• Vibració
• Restriccions per a l’expansió tèrmica
• Contaminació durant la fabricació

Tot i que la canonada en si no té cap cordó de soldadura longitudinal, pot ser necessària la soldadura in situ per connectar-la a altres components. Els procediments de soldadura, la calor aplicada, el tractament post-soldadura i la inspecció han de complir els requisits del projecte.

S’ha d’avaluar tot el sistema de canonades, no només la canonada individual.

12. Els suports adequats redueixen l’esforç mecànic

La pressió interna és només un tipus de càrrega que actua sobre les canonades industrials. El sistema de canonades també pot patir:

• Pes de la canonada
• Pes del fluid
• Expansió Tèrmica
• Càrregues de vent
• Vibració
• Càrregues sísmiques
• Moviment de l’equipament
• Pic de pressió
• Impacte extern

Una separació inadequada entre suports pot generar tensions de flexió i deformacions locals. Les vibracions excessives també poden contribuir a la fatiga i la fallada.

Els enginyers haurien de tenir en compte la ubicació dels suports, les ancoratges, les guies, els bucles d’expansió i les connexions flexibles quan sigui adequat.

Una canonada sense soldadura seleccionada per a altes pressions s’ha d’integrar en un sistema complet dissenyat per suportar totes les càrregues previstes.

Què haurien d’incloure els compradors B2B en una sol·licitud de pressupost?

En comprar tubs sense soldadura per a serveis industrials d’alta pressió, la sol·licitud de pressupost ha d’incloure tanta informació tècnica com sigui possible.

Detalls importants inclouen:

• Tipus de producte
• Construcció sense soldadura o estirada en fred
• Qualificació del material
• Norma Aplicable
• Diàmetre exterior
• Diàmetre nominal de la canonada
• Gruix de la paret o programa (schedule)
• Longitud del tub
• Pressió de disseny
• Temperatura de disseny
• Medi de procés
• Condicions de corrosió
• Acabat superficial requerit
• Requeriments de tractament tèrmic
• Requeriments d’assaig hidrostàtic o d’ensajos no destructius (NDT)
• Proves mecàniques
• Certificats de materials
• Documentació d’inspecció
• Requisits d'embalatge
• Destinació de l'entrega
• Quantitat requerida

Com més completa sigui la sol·licitud de pressupost, més fàcil serà per al fabricant recomanar un producte adequat i preparar un pressupost precís.

Conclusió

Els tubs sense soldadura poden funcionar eficaçment en entorns industrials d’alta pressió perquè la seva construcció contínua elimina la soldadura longitudinal i permet un rendiment fiable sota pressió en condicions exigents. Són àmpliament considerats per a aplicacions en sectors com el petrolier i gasístic, el processament químic, la indústria petroquímica, la generació d’energia i l’equipament industrial.

Tanmateix, la construcció sense solapes és només una part d’una solució de canonades segura. El rendiment final depèn de la qualitat del material, del gruix de la paret, de la temperatura de funcionament, de la resistència a la corrosió, de la qualitat de fabricació, de les proves, de la instal·lació i del codi de disseny aplicable.

Per als compradors industrials, l’aproximació òptima consisteix a seleccionar canonades sense solapes segons l’especificació completa del servei, en lloc de basar-se únicament en les classificacions de pressió o en els noms dels materials. Un fabricant qualificat hauria de poder proporcionar les dimensions requerides, les qualitats, les proves, la documentació i el suport per a personalitzacions necessaris per al projecte.