Tuberías y accesorios de acero Fabricación y ensayos Josean Iraundegui Madrid, Octubre 2008

Fabricación de Tubería de acero Tubería Soldada Proceso DSAW Soldadura doble por arco sumergido Longitudinal y helicoidal Cualquier Diámetro Proceso HFI Soldadura por Inducción de alta frecuencia Longitudinal Hasta 20” Diám. Proceso ERW Soldadura por resistencia eléctrica Tubería sin Soldadura Mandrilado rotativo en caliente Paso de Peregrino Banco de empuje Por extrusión

Fabricación de tubería – Método DSAW Soldadura longitudinal Alimentada por chapa de dimensiones fijas Se conforma en frío hasta formar un cilindro Se puntea Se suelda por SAW por ambos lados. Automático Soldadura helicoidal La alimentación del material, por bobina continua El diámetro de la tubería, en función del ángulo de entrada del material al tren de conformado. (Paso de la hélice) Se obtiene tubería continua Se corta antes de pasar a la prueba hidráulica

Fabricación de Tubos – Método DSAW

Soldadura longitudinal de tubos. Método SAW

Fabricación de tubería – Proceso HFI Soldadura longitudinal y diámetros hasta 20” Se parte de bobina. Sanear bordes Conformar cilindro continuo Soldadura por inducción El cilindro atraviesa una bobina eléctrica con corriente de alta frecuencia, que por inducción, aumenta la Tª de los bordes de la bobina Se aplica una presión sobre los bordes hasta que se sueldan No hay metal de aporte Hay un recalque de material por ambos lados, que se elimina por rascadores Tratamiento térmico de alivio de tensiones, también por inducción

Fabricación de Tubos – Método HFI

Fabricación de tubería – Proceso ERW Soldadura longitudinal y diámetros hasta 20” Idéntico al proceso HFI, salvo en el método de soldadura No es soldadura por inducción, sino por resistencia eléctrica La bobina, conformada está en contacto con dos rodillos, con una diferencia de potencial adecuada que aporta la corriente eléctrica, de baja frecuencia

Fabricación de tubos sin soldadura – Mandrilado rotativo caliente Normalmente para diámetros pequeños, <6” También para mayores Diám. Se parte de lingotes calientes Calentamiento del lingote en horno hasta 1200-1300ºC Perforación de los lingotes, con un mandril, que son empujados por rodillos Reducción del espesor, con un segundo mandril y trenes de rodillos más pequeños

Fabricación de tubos sin soldadura – Paso de Peregrino Se calientan las barra y se perfora con un mandril, igual que en el proceso de mandrilado Se acopla al mandril un émbolo interior que facilita un movimiento de avance y retroceso (paso de peregrino) El movimiento es facilitado por una pareja de rodillos excéntricos

Fabricación de tubos sin soldadura – Proceso de extrusión. Se basa en la extrusión de lingotes perforados Se parte de lingotes que se calientan y perforan como en los procesos anteriores A continuación se realiza el proceso de extrusión contra una matriz. Finalmente se realiza el pulido y el calibrado.

Especificaciones de Tubería de acero

Requisitos de Inspección - Claves Las claves de los requisitos más significativos, son: A: El fabricante suministrará certificados s/DIN –50049/3.1.B. D: El Carbono equivalente del material será =< 0,43 C.E.= C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 G: Se requiere ensayo de tracción de probeta longitudinal, según norma aplicable K: Se requiere ensayo de aplastamiento, según norma aplicable R: Todo el material se comprobará por espectrometría Z: Se requiere ensayo de resiliencia según norma aplicable

Tubería soldada – Inspección y ensayos Establecidas en las Especificaciones de suministro, y otros documentos contractuales Especificaciones Técnicas Códigos de Fabricación y construcción Procedimientos del Cliente API 5L, “Specification por Line Pipe” de A.P.I. Sección 3, “Chemical properties and Tests” Sección 4, “Mechanical Properties and Tests” Sección 5, “Hydrostatic Tests” Sección 6, “Dimensions, weights and lengths” Sección 7, “Pipe ends and Thread protectors” Sección 9, “Nondestructive Inspection”

Tubería – Inspección y ensayos Composición Química Métodos de análisis Los métodos para la obtención de la composición química, tanto en tubos soldados como sin soldadura, se harán según ATM A751 “Standard Methods, Prectices and Definitions for Chemical Analysis of Steel Products” Elementos a analizar: C, Mn, P, S, Si Cb, Va, Ti, si se han añadido durante el afino del acero

Tubería – Inspección y ensayos Composición Química Tipos de análisis Análisis de Colada. El fabricante, a cada Colada. Datos según tabla 3.1 (Siguiente diapositiva) Análisis de producto Muestreo El fabricante hallará la composición de dos muestras representativas de cada lote fabricado Tuberías sin costura Las muestras pueden ser tomadas de las probetas de tracción, o de un trozo de la tubería acabada Tuberías con soldadura Las muestras pueden ser obtenidas de la propia tubería final, o de probetas de tracción, o aplastamiento Variaciones en composición Se establecen los valores que pueden exceder de los de la tabla 3.1

Composición Química

Propiedades Mecánicas Los requisitos mecánicos para los diferentes grados de tubería API 5L, están establecidos en la tabla 4.1 Para canalizaciones de gas, se emplean normalmente los aceros de grado B y X42, que cumplen holgadamente los requisitos de una presión hasta 4 bar.

Propiedades Mecánicas- Probetas de tracción Los ensayos de Tracción se realizarán de acuerdo con ASTM A370 “Mechanical testing of Steel Products, Annex II, Steel tubular Products” Para canalizaciones de gas, se emplean normalmente los aceros de grado B y X42, que cumplen holgadamente los requisitos de una presión hasta 4 bar.

Ensayos mecánicos Además de los ensayos de tracción, para todo tipo de tubos (con o sin soldadura), se realizarán los siguientes Ensayos de Aplastamiento (Flattening Test) En tubos soldados longitudinalmente (DSAW,ERW, HFI) En tubos soldados helicoidalmente Se hacen ensayos sobre probetas obtenidas de los extremos y de la parte central de los tubos Unos aplastamientos se harán con la soldadura a 0º y otros con la soldadura a 90º Aceptación (API 5l, 4.11) No deben aparecer grietas al aplastarlo hasta 2/3, 1/3 de OD, y hasta tocar la cara opuesta, dependiendo de la relación D/t

Tuberías con soldadura - Ensayos de Aplastamiento

Tubos con Soldadura – Ensayos de Plegado Por cada lote de 50 tubos, o menos, si la producción es menor, se tomarán probetas para el plegado Un plegado de cara Un plegado de raíz

Tubos con Soldadura – Ensayos de Plegado Las probetas no deberán romperse totalmente, ni aparecer grietas superiores a 1/8” en la soldadura, ZAT o metal base

Tubos con Soldadura – Ensayos de Plegado Máquina de Doblado Probetas de doblado tras el ensayo

Prueba Hidráulica Todos los tubos serán sometidos a una prueba hidráulica, cuya presión viene dada por la siguiente fórmula, en función del diámetro, espesor y esfuerzo que producirá en el tubo P = 2St / D Donde P = Presión de prueba hidráulica (Psi) S = Esfuerzo en Psi, igual a un X% del Límite elástico (ver tabla) t = Espesor de pared del tubo (in.) D = Diámetro exterior del tubo(in.) Grado Tamaño X Tiempo (s) B => 2 3/8 60 5 X42 =< 5 9/16 60 5 6 5/8 – 8 5/8 75 5 10 ¾ - 18 85 5 > 20 90 10

API 5L – Ensayos No Destructivos Todas las soldaduras de los tubos de diámetro =>2 3/8”, serán examinadas al 100% Tubos soldados por DSAW Examen radiográfico al 100%, o Examen Ultrasónico de los bordes (8”) y examen radiográfico del resto Examen por partículas magnéticas de los biseles Tubos soldados por HFI, ERW Examen Ultrasónico automático + manual en los bordes, o Examen automático por Partículas magnéticas + manual en los bordes

Dimensiones Diámetro Espesor Definido en función del caudal y de las pérdidas de carga Espesor Definido por la presión interior de diseño de las canalizaciones y por los esfuerzos admisibles El cálculo del espesor mínimo de pared (mm), según UNE 60.309 t = P.D / 20.Le.F.C Siendo: t: Espesor de pared (mm) F: Coeficiente de emplazamiento (UNE 60305) P: Presión de diseño (bar) C: Coeficiente de la soldadura (UNE 60309) D: Diámetro exterior (mm) Le: Límite elástico (N/mm2)

Dimensiones API 5L Para el acopio de los tubos se ha de elegir un espesor comercial superior al de diseño. API establece los siguientes espesores standard

Dimensiones API 5l - Longitudes Salvo que se acuerde otra cosa entre comprador y fabricante, la longitud de los tubos y sus tolerancias serán las le la siguiente tabla:

Tubería API-5L - Extremos Los extremos pueden ser Roscados Planos Biselados Salvo que se especifique otra cosa, los extremos serán biselados con un ángulo de 30º + 5º, -0º Los tubos sin soldadura que van a ser mecanizados interiormente (counterbore), presentarán un ángulo de transición interna máximo, de: Espesor de pared (t) Máximo ángulo de counterbore t < 10,6 mm 7º 10,6 < t < 14,1 mm 9,5º 14,1 < t < 16,9 mm 11º t > 16,9 mm 14º

Tubería API-5L - Marcado Todos los tubos deberán ser marcados con la siguiente información Nombre o marca del fabricante Especificación de suministro (API 5L, ASTM A106, etc..) Diámetro nominal Peso por metro Grado del acero (B, X42, etc..) Proceso de fabricación (Sin soldadura, DSAW, ERW, etc..) Tratamiento térmico, si existe Presión de prueba hidráulica Nº de fabricación, lote,colada

Tubería API-5L – Marcado (cont) Para diámetros inferiores a 1,5”, la tubería se suministra en bultos No se marca cada tubo. Se marca con una etiqueta metálica que se adosa al fleje del bulto Tuberías sin costura de diámetro superior a 3” y tuberías soldadas de D<16” Se marca cada tubo por el exterior entre 18 y 30” de los extremos Se puede marcar por el interior, de mutuo acuerdo Tuberías soldadas de D>16” Se marca cada tubo por el interior a una distancia inferior a 6” de los extremos Se puede marcar además por el exterior, de mutuo acuerdo

Recubrimiento de tuberías de acero En tuberías enterradas, para evitar la corrosión Revestimiento exterior = Protección pasiva anticorrosión Material más utilizado, Polietileno (PE) El recubrimiento se hace con ayuda de un adhesivo y, a veces, con una cara de resina epoxi, que mejoras las características

Recubrimiento con polietileno 1.- Granallado superficie exterior 2.- Calentamiento tubo, 160 – 250ºC 3.- Recubrimiento electrostático con el adhesivo y resina epoxi 4.- Extrusión en continuo del adhesivo sobre el tubo 5.- Enfriamiento de la tubería recubierta 6.- Inspección en continuo del espesor de PE, y resistencia eléctrica de la capa 7.- Terminación de los extremos. Libres para soldadura Norma DIN 30.670 Espesor : 3 mm.aprox Resistencia eléctrica: Sin chispas a una tensión de 25 volts.

Accesorios de acero Clasificación, según el proceso de fabricación: Accesorios Forjados Bridas, manguitos, weldolets, válvulas de pequeño diámetro (venteos, drenajes, acometidas) Accesorios laminados Tes, codos, reducciones, caps Accesorios fundidos Válvulas de diámetro medio y grande (válvulas de línea)

Especificaciones de accesorios Para los accesorios utilizados en canalizaciones de gas, las especificaciones a aplicar son las indicadas a continuación

Accesorios de acero – Cont. Para el acopio de los accesorios, se deberá indicar además; Accesorios Forjados Diámetro nominal Presión nominal Espesor de pared Accesorios laminados Accesorios fundidos Notas 1.- El diámetro nominal es el de la tubería al que se conectan 2.- El espesor del accesorio se deberá mecanizar hasta coincidir con el da la tubería 3.- La presión nominal es función del material, de la Tª y Presión de diseño (rating en Libras)

Diseño de biseles para espesores de pared distintos

Accesorios - Codos

Accesorios – Tes estándar

Accesorios de acero - Reducciones

Accesorios de Acero - Caps

Accesorios de acero – Enchufe (Socket)

Accesorios Roscados - Dimensiones

Accesorios de Acero - Weldolets + Info

Accesorios de acero - Sockolet + Info

Accesorios de acero - Trheadolet + Info

Accesorios de acero - Elbolets Soldado al codo Soldado al tubo a tope Soldado al codo Soldado al tubo a enchufe (socket) Soldado al codo Roscado al tubo (Threaded) + Info

Bridas y uniones embridadas Se utilizan para unir tuberías de diámetro >2” La unión embridada consiste en dos discos de acero separados por una junta (gasket), que son unidos por espárragos y tuercas hasta alcanzar un gran sellado. La unión de la brida a la tubería es por soldadura (generalmente) Las bridas se identifican por Especificación del material Diámetro Espesor Presión nominal (rating) Tipo de la cara de la junta Para canalizaciones de gas el habitual suele ser rating 150 libras según ANSI B.16.5

Tipos de Brida Los tipos de brida más empleados son Brida ciega (Blind or Blank Flange) Brida deslizante (Slip On Flange) Brida Loca (Lap Joint Flange) Brida de Enchufe (Socket Welding Flange) Brida roscada (Threaded Flange) Brida de Cuello soldada (Welding Neck Flange)

Brida Ciega – Blind/Blank Flange Es una brida plana, sin orificio central Se emplea como cierre en una tubería o en una apertura de algún recipiente a presión o boca de hombre

Brida Deslizante – Slip On Están mecanizadas en su interior hasta conseguir un orificio central con un diámetro un poco mayor que la tubería a la que va a ir soldada La tubería se desliza en su interior y se suelda a la brida por el interior y el exterior de ésta Es más barata y menos voluminosa que la W.N. No aguanta tantos esfuerzos como la W.N.

Brida Loca – Lap Joint Idéntica a la Slip On salvo que el radio de acuerdo entre el núcleo y la cara de la brida es mayor. El diámetro del orificio es igual que el del Stub end al que finalmente va acoplada Se desliza la brida sobre el tubo. Se suelda el stub end al tubo Se desliza la brida contra el stub end y luego se une a la otra brida

Brida de Enchufe – Socket Welding Idéntica a la Slip On salvo que el orificio interno tiene un “counterbore” un poco mayor que el O.D. de la tubería El diámtero menor del orificio es igual que el I.D. el tubo Se desliza la brida sobre el tubo por el lado de diámetro mayor Se suelda por el exterior e interior

Brida Roscada – Threaded Flange Idéntica a la Slip On salvo que el orificio interno está roscado La unión al tubo es, pues, roscada, no soldada Se emplea en sistemas a baja presión, temperatura ambiente, y en zonas con riesgo de explosión, donde la soldadura pudiera ser un peligro.

Brida de cuello Soldado – Welding Neck Conocida como de Cuello alto (High hub) Diseñada para transmitir esfuerzos a la tubería, reduciendo así la concentración de esfuerzos en la base de la brida Empleadas cuando se requiere soldadura a Tope Los bordes están biselados Es la más resistente, y también la más cara.