Como se comportan os tubos soldados en entornos industriais de alta presión?

Introdución

Os sistemas industriais de alta presión requiren tubaxes capaces de soportar a presión interna, os cambios de temperatura, a tensión mecánica e a exposición a medios de proceso exigentes. Unha falla nun tubo pode provocar paradas na produción, fugas de fluídos, danos no equipamento ou riscos graves para a seguridade. Por esta razón, a selección do material e o deseño do tubo son fundamentais nas industrias do petróleo e o gas, o procesamento químico, a xeración de enerxía, a petroquímica e a fabricación industrial.

Tubo sen costura considérase amplamente para aplicacións de alta presión porque se fabrica sen costura soldada lonxitudinal. A súa estrutura continua pode reducir as preocupacións asociadas con defectos na zona soldada e fai que sexa adecuado para servizos de presión exigentes cando se seleccionan correctamente o material, o grosor da parede, a norma de fabricación e as condicións de deseño.

Non obstante, a construción sen costura por si soa non garante un funcionamento seguro. O tubo debe coincidir coa presión de funcionamento real, a temperatura, o ambiente corrosivo, as dimensións e o código de enxeñaría aplicable.

Que é un tubo sen costura?

O tubo sen costura prodúcese a partir dun lingote de aceiro sólido. O lingote escántase e perfórase para crear unha sección oca, que despois se laminará, dimensionará, tratará termicamente ou traballará en frío segundo as especificacións requiridas.

Ao contrario que os tubos soldados, os tubos sen costura non conteñen unha liña de soldadura lonxitudinal. Isto proporciona unha estrutura metálica continua ao redor da circunferencia do tubo e elimina a necesidade de avaliar unha costura de soldadura lonxitudinal como parte do límite de presión.

Os tubos sen costura están dispoñíbeis en distintos materiais e graos, incluídos:

• Acero ao carbono
• Aceiro aleado
• Aco inoxidábel austenítico
• Aceiro inoxidábel ferrítico
• O acero inoxidábel dúplex
• Acero inoxidable super dúplex
• Aleacións base de níquel

O material apropiado depende da presión, a temperatura, o fluído do proceso, a exposición á corrosión e a vida útil requirida.

1. A construción continua apoia a resistencia á presión

Unha das principais vantaxes do tubo sen costura é a súa construción continua. Ao non ter unha costura longitudinal de soldadura, o tubo non ten unha zona soldada que poida converterse nun problema baixo certas condicións de presión, temperatura, corrosión ou fatiga.

Isto pode ser particularmente valioso en sistemas expostos a:

• Alta presión interna
• Ciclos repetidos de presión
• Expansión e contracción térmica
• Vibración
• Cargas mecánicas
• Medios procesuais corrosivos

Unha estrutura sen costura pode ofrecer un rendemento máis consistente en canto á presión cando se fabrica e inspecciona correctamente. Non obstante, a capacidade real de presión depende aínda da grosor da parede, do diámetro exterior, da resistencia do material, da temperatura de funcionamento e do código de deseño.

Por tanto, os tubos sen costura deben seleccionarse en función de cálculos de enxeñaría e non só polo termo «sen costura».

2. Os tubos sen costura funcionan ben baixo ciclos de presión

Os sistemas de tubaxes industriais poden non operar a unha presión constante. Algúns sistemas experimentan ciclos repetidos de arranque e parada, picos de presión, pulsacións ou cambios nas condicións de fluxo.

Estes cambios repetidos poden provocar unha fatiga no muro do tubo. Co tempo, a fatiga pode causar grietas ou fallos se o tubo non está deseñado adequadamente.

Os tubos sen costura poden ser vantaxosos en ambientes con cíclos de presión porque evitan unha costura longitudinal que podería require unha avaliación adicional. A súa estrutura continua pode axudar a reducir certos riscos relacionados coas costuras, especialmente cando o tubo se fabrica segundo unha especificación axeitada.

O rendemento en cíclos de presión tamén depende de:

• Material do tubo
• Grosor da parede
• Calidade superficial
• Concentración de tensións
• Soldadura durante a instalación
• Separación dos soportes
• Control de vibracións
• Temperatura de funcionamento
• Frecuencia das fluctuacións de presión

Incluso un tubo sen costura pode fallar se o sistema non está ben soportado ou se expón a condicións de presión superiores á súa clasificación de deseño.

3. O grosor da parede determina a capacidade de presión

A resistencia á presión dun tubo sen costura está fortemente influenciada polo seu grosor de parede. Unha parede máis grasa xeralmente ofrece maior resistencia á presión interna, pero o grosor por si só non é suficiente para determinar a súa idoneidade.

Os enxeñeiros tamén deben considerar:

• Diámetro exterior
• Diámetro interior
• Presión de deseño
• Temperatura de deseño
• Tensión admisible do material
• Margen para corrosión
• Tolerancia de fabricación
• Cargas externas
• Norma de deseño aplicable

Para algúns proxectos industriais, as dimensións das tuberías selecciónanse empregando o tamaño nominal da tubería e o seu programa. Outras aplicacións requiren un cálculo detallado do grosor da parede baseado nas condicións reais de deseño.

Unha tubería cunha clasificación de presión adecuada a temperatura ambiente pode ter unha presión admisible máis baixa a temperaturas elevadas, pois a resistencia do material pode diminuír ao aumentar a temperatura.

Por esta razón, os compradores B2B deben fornecer información completa sobre a presión e a temperatura ao solicitar unha oferta.

4. O grao do material inflúe no rendemento a alta presión

Diferentes graos de aceiro inoxidábel e aleacións ofrecen distintas combinacións de resistencia, resistencia á corrosión, tenacidade e rendemento a temperaturas.

aceiro inoxidábel 304 e 304L

o 304 e o 304L úsanse habitualmente para servizos industriais xerais e corrosivos. Poden ser adecuados para moitos sistemas de proceso, aplicacións con auga, liñas de procesamento de alimentos e equipos industriais.

Non obstante, poden non ser a mellor opción para todos os ambientes que conteñan cloretos ou a altas temperaturas.

aceiro inoxidábel 316 e 316L

o 316 e o 316L conteñen molibdeno, o que xeralmente mellora a resistencia a certas condicións de corrosión relacionadas con cloretos en comparación cos graos 304.

Xeralmente considéranse para:

• Procesamento Químico
• Ambientes relacionados co mar
• Equipamento farmacéutico
• Procesamento de alimentos
• Tratamento de auga
• Sistemas industriais de fluídos

A selección da calidade final debe basearse aínda nas condicións reais do medio de proceso e das condicións de funcionamento.

O acero inoxidábel dúplex

As calidades dúplex combinan características dos aceros inoxidables austeníticos e ferríticos. Poden ofrecer maior resistencia e mellor resistencia a certos mecanismos de corrosión.

Poden considerarse calidades dúplex e superdúplex para:

• Sistemas de petróleo e gas
• Equipamento offshore
• Procesamento Químico
• Desalinización
• Ambientes con altos contidos de cloretos
• Tuberías de presión de alta resistencia

Os materiais de maior aleación poden incrementar o custo inicial, pero poden ser axeitados cando os requisitos de corrosión ou mecánicos superan as capacidades das calidades estándar.

5. O servizo a alta temperatura require unha selección coidadosa

Os sistemas de alta presión están frecuentemente expostos a temperaturas elevadas. Exemplos inclúen liñas de vapor, sistemas de refinería, intercambiadores de calor, equipos de caldeiras e unidades de procesamento petroquímico.

A temperatura afecta tanto á resistencia do material como ao seu comportamento corrosivo. Ao aumentar a temperatura, a tensión admisible dun material pode cambiar. Algúns materiais poden tamén experimentar:

• Oxidación
• A fatiga térmica
• Fluxo plástico
• Embrittlement
• Aceleración da corrosión
• Cambios dimensionais

Os tubos sen costura poden empregarse en aplicacións de alta temperatura cando o material e a especificación seleccionados son adecuados. Por exemplo, a norma ASTM A312 cobre tubos de aceiro inoxidable austenítico para servizos de alta temperatura e corrosivos xerais, mentres que outras normas se aplican a tubos de aceiro aliado ou a produtos especializados para caldeiras e intercambiadores de calor.

O comprador debe confirmar:

• Temperatura máxima de funcionamento
• Temperatura de deseño
• Servizo continuo ou intermitente
• Ciclagem térmica
• Tratamento térmico requirido
• Tensión admisible
• Código aplicable para tubaxes sometidas a presión

Un tubo de alta presión nunca debe seleccionarse só en función da presión, sen ter en conta a temperatura.

6. A resistencia á corrosión axuda a manter o rendemento a longo prazo

A corrosión interna pode reducir o grosor da parede e debilitar unha fronteira de presión co tempo. A corrosión externa tamén pode ocorrer en ambientes húmidos, mariños, químicos ou ao aire libre.

O tubo sen costura de aceiro inoxidábel pode proporcionar resistencia á corrosión mediante a súa composición de aleación, especialmente o seu contido de cromo. Algúns graos tamén conteñen níquel, molibdeno, nitróxeno ou outros elementos de aleación para mellorar o rendemento en ambientes específicos.

A resistencia á corrosión é importante porque un tubo que inicialmente cumpra os requisitos de presión pode volverse inseguro se a corrosión reduce gradualmente o seu grosor de parede.

O grao correcto depende das condicións do proceso, incluíndo:

• Concentración de cloretos
• Acidez ou alcalinidade
• Humidade
• Composición química
• Velocidade do fluído
• Temperatura de funcionamento
• Exposición ao oxíxeno
• Produtos químicos de limpeza
• Condicións atmosféricas externas

Para servizos severos, os compradores poden necesitar unha avaliación adicional da corrosión, ensaios materiais ou unha tolerancia á corrosión.

7. Os tubos sen soldadura poden soportar aplicacións industriais críticas

Os tubos sen soldadura úsanse nunha variedade de entornos industriais exigentes cando a especificación aplicable o permite.

Aplicacións comúns inclúen:

Petrolífero e Gasífero

Os tubos sen soldadura poden empregarse en tuberías de proceso, sistemas de recollida, liñas de fluidos de alta presión e conexións de equipos. A selección do material debe ter en conta a presión, a temperatura, os hidrocarburos, o sulfuro de hidróxeno, os cloretos e outras condicións de servizo.

Procesamento Químico

As plantas químicas poden require tuberías que resistan tanto a presión como os medios de proceso agresivos. Poden considerarse tubos sen soldadura de acero inoxidábel e aleación cando son importantes a resistencia á corrosión e o rendemento mecánico.

Xeración de enerxía

As centrais eléctricas usan tuberías de presión para vapor, auga, auga de alimentación e outros servizos de alta temperatura. Os tubos deben cumprir os requisitos das normas pertinentes de tuberías e materiais para centrais eléctricas.

Procesamento petroquímico

As refinarias e as plantas petroquímicas operan frecuentemente con altas temperaturas, cambios de presión e substancias corrosivas. Pódese seleccionar tubaría sen costura para liñas específicas de proceso e servizos.

Equipamento Industrial

A tubaría sen costura pode empregarse en sistemas hidráulicos, intercambiadores de calor, equipos de presión, maquinaria e montaxes industriais especializados.

A aplicación correcta depende da norma do produto e do deseño de enxeñaría. Non toda a tubaría sen costura é adecuada para todos os sistemas de presión.

8. A calidade da fabricación afecta á fiabilidade

O rendemento da tubaría sen costura depende moito da calidade da fabricación. Aínda que non teña unha soldadura, a tubaría pode conter defectos causados por mala calidade do lingote, conformado inadecuado, tratamento térmico inapropiado ou acabado insuficiente.

Os controles importantes na fabricación poden incluír:

• Inspección de Matérias Primas
• Verificación da composición química
• Punzón e laminación controlados
• Control do tratamento térmico
• Inspección dimensional
• Inspección da Superficie
• Ensaio mecánico
• Ensaio hidrostático
• Ensayo non destructivo
• Rastreabilidade de Material

Os requisitos de calidade deben acordarse antes da produción. Os compradores tamén deben confirmar se o fabricante pode fornecer informes de inspección, certificados de materiais e documentación de ensaios.

Un fornecedor fiable debe ser capaz de identificar o número de lote do material e relacionar o tubo entregue cos rexistros da súa produción e inspección.

9. Os ensaios axudan a verificar o rendemento á presión

Os ensaios proporcionan probas de que o tubo cumpre os requisitos técnicos acordados. Os ensaios exactos dependen da norma do produto, grao, tamaño, aplicación e especificación do proxecto.

Os ensaios posibles inclúen:

Análise química

O análisis químico verifica se a composición do material coincide co grao especificado.

Ensayo de tracción

O ensaio de tracción avalia propiedades como a resistencia á tracción e a resistencia ao esgarce.

Proba de dureza

O ensaio de dureza pode ser necesario para certos materiais ou aplicacións.

Ensaio hidrostático

O ensaio hidrostático emprega presión líquida para comprobar a integridade á presión e detectar fugas ou defectos inaceptables.

Ensayo non destructivo

As probas non destrutivas poden incluír correntes de Foucault, ultrasónicas ou outros métodos para detectar descontinuidades sen danar o produto.

Inspección dimensional

As comprobacións dimensionais confirmarán o diámetro exterior, o grosor da parede, a lonxitude, a ovalidade e outras tolerancias requiridas.

Verificación do tratamento térmico

Os rexistros do tratamento térmico poden ser importantes para o acero inoxidábel, o acero de aleación e as aplicacións especializadas de alta temperatura.

ASTM A312, por exemplo, inclúe requisitos relacionados coa composición química, as propiedades mecánicas, o tratamento térmico e as probas hidrostáticas ou eléctricas non destrutivas para os tubos de acero inoxidábel abrangidos.

10. As normas aplicábeis definen os requisitos do produto

Os compradores industriais deben especificar a norma correcta en vez de pedir só «tubos sen costura de alta presión».

Segundo a aplicación, as normas relevantes poden incluír:

• ASTM A312 para tubos de acero inoxidábel austenítico
• ASTM A213 para tubos de caldeiras, sobreaquecedores e intercambiadores de calor
• ASTM A269 para certas aplicacións de tubos de aceiro inoxidable
• ASTM A790 para tubos de aceiro inoxidable dúplex
• ASTM A106 para tubos de aceiro ao carbono sen soldadura para servizos a alta temperatura
• API 5L para tubos de liña de petróleo e gas aplicables
• EN 10216-5 para certos tubos de aceiro inoxidable sen soldadura
• ASME B31.1 para tubaxes de enerxía
• ASME B31.3 para tubaxes de proceso
• ASME B31.4 para tubaxes de transporte de líquidos
• ASME B31.8 para tubaxes de transporte de gas

O estándar correcto depende do tipo de tubo e do seu uso. Os tubos, tubaxes, equipos de presión e tubaxes poden ter requisitos diferentes en canto a dimensións, ensaios e documentación.

Debe confirmarse a edición máis recente aplicable durante a enxeñaría e a adquisición.

11. A calidade da instalación tamén é importante

Un tubo sen costura de alta calidade pode seguir experimentando problemas se a instalación non se controla adecuadamente.

Os riscos potenciais na instalación inclúen:

• Procedementos incorrectos de soldadura
• Mala alineación
• Dobramento excesivo
• Soportes de tubería inadecuados
• Montaxe incorrecta de flanxes
• Selección incorrecta de xuntas
• Estrés Residual
• Vibración
• Restricións á dilatación térmica
• Contaminación durante a fabricación

Aunque o tubo en si non ten soldadura longitudinal, a soldadura no campo pode seguir sendo necesaria para conectalo con outros compoñentes. Os procedementos de soldadura, a entrada de calor, o tratamento despois da soldadura e a inspección deben seguir os requisitos do proxecto.

Debe avaliarse todo o sistema de tubaxes, non só o tubo individual.

12. Un soporte axeitado reduce a tensión mecánica

A presión interna é só un tipo de carga que actúa sobre os tubos industriais. O sistema de tubaxes tamén pode experimentar:

• Peso do tubo
• Peso do fluído
• Expansión térmica
• Cargas do vento
• Vibración
• Cargas sísmicas
• Movemento do equipo
• Aumento de presión
• Impacto externo

Un espazamento inadecuado dos soportes pode xerar tensións de flexión e deformación local. As vibracións excesivas tamén poden contribuír á falla por fatiga.

Os enxeñeiros deben considerar as ubicacións dos soportes, as ancoraxes, as guías, os bucles de expansión e as conexións flexibles cando sexa apropiado.

Un tubo sen costura seleccionado para alta presión debe integrarse nun sistema completo deseñado para todas as cargas esperadas.

Que debería incluír un comprador B2B nunha solicitude de orzamento?

Ao adquirir tubos sen costura para servizo industrial de alta presión, a solicitude de orzamento debe incluír tanta información técnica como sexa posible.

Detalles importantes inclúen:

• Tipo de produto
• Construción sen costura ou estirada en frío
• Grao do material
• Norma Aplicable
• Diámetro exterior
• Diámetro nominal da tubería
• Grosor da parede ou programa
• Lonxitude do tubo
• Presión de deseño
• Temperatura de deseño
• Medio de proceso
• Condicións de corrosión
• Acabado superficial requirido
• Requisitos de tratamento térmico
• Requisitos de ensaio hidrostático ou de ensaio non destructivo (END)
• Ensaio mecánico
• Certificados de material
• Documentación da inspección
• Requisitos de embalaxe
• Destino da entrega
• Cantidade requirida

Canto máis completa sexa a solicitude de orzamento, máis fácil será para o fabricante recomendar un produto axeitado e preparar un orzamento preciso.

Conclusión

Os tubos sen soldadura poden funcionar de forma eficaz en ambientes industriais de alta presión porque a súa construción continua elimina a soldadura longitudinal e pode soportar un rendemento fiable de presión baixo condicións exigentes. Considerase amplamente para aplicacións nos sectores do petróleo e o gas, o procesamento químico, a petroquímica, a xeración de enerxía e o equipamento industrial.

Non obstante, a construción sen soldadura é só unha parte dunha solución de tubaxes segura. O rendemento final depende da calidade do material, do grosor da parede, da temperatura de funcionamento, da resistencia á corrosión, da calidade de fabricación, das probas, da instalación e do código de deseño aplicable.

Para os compradores industriais, a mellor aproximación é seleccionar tubos sen costura segundo a especificación completa do servizo, en vez de confiar só nas clasificacións de presión ou nos nomes dos materiais. Un fabricante cualificado debería ser capaz de fornecer as dimensións, graos, ensaios, documentación e soporte para personalización requiridos polo proxecto.