. INSPECCION DE TUBERIAS Y DUCTOS EN SERVICIO MEDIANTE LA TECNICA DE ONDAS GUIADAS DE LARGO ALCANCE. Ing. Ricardo Flores Cortés. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 17 de Octubre de 2005

OBJETIVO: En primer termino mostrar una nueva tecnología de inspección en servicio de tuberías y ductos para la detección de perdida de material por efectos corrosivos y/ó daños mecánicos, tanto en la superficie interna como en la externa al 100% de la sección transversal de la línea. Se mencionan las cualidades y limitaciones de la técnica, así como también se hace referencia y comparación a las técnicas convencionales de inspección; se describe de manera general el equipo, principio de operación, datos técnicos y algunas experiencias. En segundo termino pugnar porque Petróleos Mexicanos solicite y aplique nuevas tecnologías en las áreas de Exploración, Producción, Refinación y Petroquímica, para que continué siendo una empresa moderna, competitiva y de vanguardia.

1. INTRODUCCION 2. FALLAS EN LINEAS Y DUCTOS 3. INSPECCION CONVENCIONAL 4. TECNICA DE ONDAS GUIADAS DE LARGO ALCANCE Y BAJA FRECUENCIA 5. EQUIPO 6. PRINCIPIOS DE OPERACION 7. EXPERIENCIAS 8. EMPRESAS QUE AVALAN LA TECNICA 9. COMPARATIVA TECNICO-ECONOMICA 10. COMENTARIOS 11. CONCLUSIONES CONTENIDO

1. I N T R O D U C C I O N INSPECCION ETAPAS  Visual  Líquidos penetrantes  Partículas Magnéticas  Radiografía  Ultrasonido  Emisión acústica  Termografía  Fuga  Equipo instrumentado  Nuevas tecnologías ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS INTEGRIDAD DE DUCTOS INSPECCION EN SERVICIO TECNICA  Operación  Equipos adecuados  Resultados confiables  Soluciones aplicables CARACTERISTICAS  Planeación del mantenimiento  Auditorias  Prevención control y supervisión de la corrosión  Análisis de riesgos  Mecánica de la fractura, elemento finito  Capacitación INTEGRIDAD MECANICA  Fabricación  Construcción  Servicio

2. FALLAS EN LINEAS Y DUCTOS  FACTORES  Diseño deficiente.  Materiales de mala calidad o fuera de especificación.  Deficiencias en la construcción.  Condiciones de operación fuera de diseño.  Deficiencias en el mantenimiento.  Degradación de sus características físicas y/o mecánicas por el tiempo y condiciones de servicio.  Agentes externos (Esfuerzos).  MECANISMO DE FALLAS  Fatiga.  Termofluencia.  Daño por hidrogeno. (Sulphide stress-corrosión cracking).  Corrosión.  Mecanismos combinados.  INSPECCION IMPORTANTE Y NECESARIA Step wise crack. Sulphide stress cracking.

3. INSPECCION CONVENCIONAL ULTRASONIDO HAZ RECTO HAZ ANGULAR CARACTERISTICAS  Determinación del espesor de pared puntual  Evaluación de soldaduras.  Equipo portátil.  Capacidad elevada de almacenamiento de datos.  Inspección al 100 de la tubería  Determina cualquier discontinuidad física de la tubería.  La tecnología es actual.  Requiere experiencia para la interpretación de los resultados.  Costo es considerable.  Se realiza con la línea fuera de operación.  Tiene limitaciones en el diámetro de la tubería. EQUIPO INSTRUMENTADO.

INSPECCION CON HAZ RECTO

INSPECCION CON HAZ ANGULAR

4. TECNICA DE ONDAS GUIADAS DE LARGO ALCANCE Y BAJA FRECUENCIA  Longitud de inspección 30m máxima hacia cada lado de la zona de inspección, al 100% de la superficie.  Detección de discontinuidades en la superficie interna y externa.  A excepción de la zona de inspección la tubería se puede evaluar con recubrimiento anticorrosivo.  Se emplea en zonas de acceso difícil, cruces de carreteras, cruces fluviales, cruces direccionales, tubería aérea, raisers, sobre soportería, mochetas y tubería enterrada.  La técnica tiene la sensibilidad de detectar pérdida de metal por debajo de 3% de la sección transversal del espesor de pared y una detección real de pérdida de metal del 9%.  Se emplea en líneas y ductos de 2.0 pulgs. hasta 48.0 pulgs. de diámetro.  Se puede inspeccionar tubería a temperaturas en el rango de -25 a 125 ºC. CARACTERISTICAS

APLICACIONES Tuberías pintadas. Líneas con aislamiento de lana mineral. Líneas aisladas con poliuretano. Líneas empotradas en muros de concreto. Ductos enterrados. Líneas a alta temperatura 125ºC Líneas a baja temperatura - 25ºC Líneas en interfase. Cruces de carreteras. Cruces fluviales. Líneas con mangas. Ductos con soldadura recta y helicoidal. Raisers.

FACTORES QUE AFECTAN EL DESARROLLO DE LA TECNICA (SENSIBILIDAD) Condiciones Superficiales  Sin recubrimiento  Lisa y Recubierta de manera regular (pintura)  Fusión bonded Epoxy.  Picadura ligera.  Picadura severa.  PVC.  Enterrada.  Recubrimiento bituminoso.  Concreto (Lastrado). Factores Geométricos  Longitudes Rectas  Accesorios  Soportes  Insertos  Múltiples dobleces  Bridas Flujo  Gas  Líquidos  Líquidos con alta viscosidad Fácil Difícil

5. EQUIPO Conjunto de transductores tipo brazalete. Detector de baja frecuencia. Cable umbilical (hasta 100 mt). Computadora. Impresora

Herramienta de anillo fijo para tubería de 2.0 – 6.0 pulgadas de diametro Arreglo de los Transductores

Módulos para tubería de pulgadas de diámetro

COMITÉ DE DUCTOS DE PETRÓLEOS MEXICANOS Y ORGANISMOS UBSIDIARIOS Módulos de transductores Transductores

EQUIPO Detector de baja frecuencia Computadora

6. PRINCIPIOS DE OPERACION 1ª Etapa Estudios experimentales Pruebas de campo Modelos numéricos E. F. 2ª Etapa Laboratorio – Servicio 2.0 – 12.0”Ø UK UE >12”Ø PRC International S min 50% t ∴ S min 50% t ∴ t = Espesor de pared S min 50% t S min 50% t D/2 x D/2 ≈ 9% del Area de la pared del ducto. S min 50% t S min 50% t 3t x 3/t en Área ≈ 3% del Area de la pared del ducto. Proyecto TWI.- Método para la determinación de corrosión externa en ductos con recubrimiento y/o aislamiento (UT de baja frecuencia).

Excitación y Recepción de las Ondas Guiadas Ondas guiadas (Lamb)Se propagan x distancia UT Convencional1 Modo UT Ondas Guiadas Diversos Modos L (0.2) L(0.1) Velocidad es independiente a la ﮑ sobre un rango de ﮑ Ondas guiadas utilizan modos de ondas seleccionadas que permitan simplificar las señales L (0.2) L(0.1) Velocidad es independiente a la ﮑ sobre un rango de ﮑObjetivo: Minimizar ondas no deseadas para que las respuestas de discontinuidades puedan ser identificadas y que la relación señal-ruido se pueda incrementar.

Longitudinal Torsional Flexural UT Convencional Ondas Guiadas TIPOS DE MODOS DE ONDAS

Frecuencia (kHz) L(0,1) T(0,1) L(0,2) F(1,3) Velocidad (m/seg) 0 0

Frecuencia (kHz.) L(0,1) L(0,2) Velocidad (m/s)

Detectado No Detectado % Circunferencia % Espesor de pared

SENSIBILIDAD Sensibilidad de la técnica ante la corrosión LRUT ≠ UT Convencional LRUT es sensible Profundidad Extensión Circunferencial Longitud Axial Sensibilidad a la sección transversal Ejemplo: 15% Mayor señal Sensibilidad a >Ø y espesor de pared

Corrosión/Erosión Interna Corrosión Externa Sensibilidad a la perdida de metal de la sección transversal de la tubería

Codo de 90º (Radio largo) Doblez (5D radio) www w w W w w w W 35m 16m bridas Codo 90° (radio corto) Longitud total de tubería: 90mt w = soldadura circunferencial c = corrosión externa c c cc w c w ww c c w w w w Tee Línea de 3.0”Ø

Soldadura Corrosión Soldadura Codo (2 Soldaduras) Soldadura Corrosión

Formato del Reporte

7. EXPERIENCIAS  Inspección de una línea de crudo de 12” Ø.  Inspección de una línea de gas de 10” Ø en Venezuela.  Inspección de una línea de proceso a elevada temperatura.  Inspección de una línea de amoniaco de 14” Ø.  Inspección de una línea de escurrimiento de 24” Ø.  Inspección de un raiser en plataformas marinas en Venezuela.  Inspección de línea para SHELL.  Inspección de raiser.  Inspección de cruces de carretera en el norte de Alaska.  Inspección de una línea enterrada de 10” Ø.  Inspección de una línea de 48” Ø en el Reino Unido.  Inspección de piernas soporte de un tanque esférico. APLICACIONES PRACTICAS DE LA TECNICA

INSPECCION DE UNA LINEA DE CRUDO PESADO DE 10” Ø DESCRIPCION: 3.5 Km. de línea de 10”Ø en La Refinería UK. INSPECCION VISUAL: Aislamiento Dañado Fugas de líneas de vapor Inundamiento RESULTADO: 12 zonas determinadas con espesores de pared clasificadas como menores y moderadas. OBSERVACIONES: Las zonas con perdidas del espesor de pared se localizaron con una exactitud longitudinal de ± 200 mm. Se recomendarón para estas zonas un seguimiento puntual. Se encontró una buena correlación entre lo indicado por el equipo y la evaluación física.

INSPECCION DE UNA LINEA DE GAS DE 10” Ø DESCRIPCION: 3 Km. de tubería de gas de 10”Ø x.375” de espesor de pared. INSPECCION VISUAL: Tubería sin características de corrosión. RESULTADO: Sin discontinuidades significativas. OBSERVACIONES: Se inspeccionaron 3K m de tubería en un día. Se inspeccionaron 100 m por cada evaluación.

INSPECCION DE UNA LINEA DE AMONIACO DE 14” Ø DESCRIPCION: Línea de alimentación a un reactor en una planta química. INSPECCION VISUAL: No fue posible, la línea tenia aislamiento y de difícil acceso. RESULTADO: Se detectaron numerosas discontinuidades de grandes dimensiones en la superficie externa. OBSERVACIONES: Se recomendó dar seguimiento a dichos discontinuidades (picaduras).

→ APT (UK) → ARCO Alaska Inc.(USA) → BG International (UK) → BNFL (UK) → BP Amoco (UK & USA) → Caltex (Indonesia) → Conoco (UK) → Dow Chemicals (Germany) → Exxon (UK & USA) → Huntsman Chemicals (USA) → PDVSA Occidental Region → PDVSA Eastern Region → PDVSA – Refinery Pto. La Cruz → KNPC (Kuwait) → Phillips Petroleum (USA) → QGPC (Qatar) → Saudi Aramco (KSA) → Shell (UK, Netherlands, Germany, SE Asia, USA) → ST Services Ltd (UK) → Suncor Energy (Canada) → Total (UK) → TOSCO (USA) → PDVSA Gas Plant – Muscal → Petrozuata (Jose Venezuela) 8. EMPRESAS QUE AVALAN ESTA TECNICA

9. COMPARATIVA TECNICO - ECONOMICA Tecnología nueva en desarrollo.Tecnología en desarrolloTecnología convencionalEquipo Técnico nivel I y II Ing. Metalúrgico. Especialista en interpretaciónTécnico nivel I y II UT.Personal requerido La interpretaciónLa interpretación.La interpretaciónClave de la técnica Mínima.Se requiereMínimaLogística y servicios para la inspección. $ 60.0 – 90.0/m.$12, ,000.00USD/KM. (24”Ø) $5.0 – 15.0 el nivelCosto de inspección (aproximado). -25 a 125º CAmbiente Temperatura de inspección De pulgØ> 10 pulg².TodosDiámetro de inspección. Cualquier lugar aún sin acceso. (cruces). Líneas rectas con radios grandes. Cualquiera donde se tenga acceso. Zona de inspección A excepción del punto de inspección no requiere limpieza o preparación Requiere limpieza internaRequiere limpieza y sin recubrimiento de cinta o alkitran de huella Condiciones de la superficie para la inspección. TotalParcialPuntualCobertura de inspección del metal de soldadura Total PuntualCobertura de inspección del metal base ONDAS GUIADASEQUIPO INSTRUMENTADO U.T. CONVENCIONALTECNICA

10. COMENTARIOS La técnica de ondas guiadas de largo alcance y baja frecuencia:  Es una alternativa para la inspección de líneas en servicio donde las técnicas convencionales no tienen aplicación.  Tiene ventajas y limitaciones como todas las técnicas de inspección.  Sigue en desarrollo para mejorar su eficiencia.  Su conocimiento y dominio de la técnica estará en función de su aplicación.  Esta al alcance de Petróleos Mexicanos, así como otras nuevas tecnologías como son: Inspección radiográfica mecanizada de soldadura. Vida útil de tuberías a elevadas temperaturas. Evaluacion y extensión de la vida útil de plataformas costa fuera Inspección y limpieza de tanques en servicio. Programas de administración de riego para servicio amargo. Software especializado.

11. CONCLUSION Cada día surgen nuevas herramientas tecnológicas que ayudan y favorecen las actividades de ingeniería, construcción y mantenimiento que permiten que las instalaciones petroleras, puedan ser evaluadas y mantenidas dentro de los estándares de calidad requeridos, lo cual se ve reflejado en la operación eficiencia y seguridad de las misma. Finalmente, es importante reconocer la importancia de este tipo de foros, ya que permite la difusión e intercambio de nuevo concepto tecnológico, por lo cual se debe pugnar porque estos se sigan realizando de manera continua.