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Integridad de Soldaduras Aplicadas en Ductos en Servicio

Octavio Chablé – TransCanada México

Inspección de Soldaduras

aplicadas en ductos en servicio

Octavio Chablé Herrera

Gerente de Servicios de Construcción

TransCanada México

NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-007-ASEA-2016Transporte de gas natural, etano y gas asociado al carbón mineral pormedio de ductos.

8.3. Calificación del procedimiento de soldadura

Antes de que se realicen las soldaduras en un Ducto de acero se debe contar

con un procedimiento de soldadura calificado por los Regulados, de acuerdo con

lo establecido en las Normas Oficiales Mexicanas y a falta de éstas con las

normas, códigos o estándares internacionales vigentes. El procedimiento debe

de estar disponible para su utilización.

15. BIBLIOGRAFÍA

API 1104-2016, Soldadura de ductos e instalaciones asociadas.

API RP 2201-2010, Prácticas seguras de perforación de Ductos en servicio en

las industrias del Petróleo y Petroquímica.

________________________________________________________________

ASME PCC 2-2018, Reparación de equipos y tuberías a presión

Definición de soldadura en servicio: Son aquellas que se

funden directamente en la pared del ducto o tubería en

operación.

(Anexo normativo B, API 1104, Septiembre de 2018)

Soldadura

circunferencial

de filete

Soldadura

longitudinal a

topeSoldadura

circunferencial de

filete

Ducto en servicio

(i.e. que contiene

hidrocarburos a

cualquier presión o

volumen de flujo,

incluso cero)

Envolvente

metálica para

reparación

Soldadura circunferencial

de filete

Soldadura longitudinal

a tope

Sin respaldo Con respaldo

Ductos en México operados por

TransCanada:

La soldadura en servicio se aplica en los siguientes

casos:

• Reparaciones con envolventes metálicas

• Interconexiones mediante silletas o Tee´s

bipartidas

• Instalación de encapsulados

Envolvente metálica

circunferencial completa

Silleta circunferencial

completa

Encapsulado metálico para

fugas / tomas ilegales

Tee bipartida

Estándar API 1104 - Anexo B: Hay dos preocupaciones

principales con las soldadura en tuberías en servicio.

Penetración por calor o quemada pasante (Burn

through): donde el arco de soldadura hace que la

pared de la tubería se rompa.

es entonces un colapso local del charco de

soldadura debido a la penetración excesiva de

calor que resulta en un orificio en la pared

del ducto.

Agrietamiento por hidrógeno: las soldaduras hechas en

servicio se enfrían a un ritmo acelerado como

resultado de la capacidad de los contenidos que

fluyen para eliminar el calor de la pared del tubo.

Otros nombres:

Agrietamiento en frio

Agrietamiento debajo del cordón

Agrietamiento retardado

Quemada pasante (Burn through)

Safety first !

Tradición Aplicar la formula de Barlow al espesor no

fundido,

para calcular la presión que resiste el ducto durante

el proceso de soldadura en servicio.

API 1104 Anexo B: Es poco probable que la

penetración por calor suceda al instalar un

accesorio si:

1. El espesor de la pared es de 0.250 pulg. (6.4

mm) o superior

2. Se utilizan electrodos de bajo hidrógeno (tipo

EXX18)

3. Prácticas normales de soldadura.

Espesores <0.250 : usar un procedimiento que

API 2201-2010-Sección 6.2 Prevención de penetración por calor:

Para evitar el sobrecalentamiento y la penetración por calor:

- Los WPS´s deben basarse en la experiencia en la realización de

operaciones de soldadura en tuberías o equipos similares, y/o en

un análisis de transferencia de calor.

- Para minimizar la quemadura, el primer paso de soldadura al

equipo o tubería de menos de 1/4 pulg. (6,4 mm) de grosor debe

hacerse con un electrodo de soldar de 3/32 pulg. (2,4 mm) o un

diámetro menor para limitar la entrada de calor. Las pasadas

posteriores deben realizarse con un electrodo de 1/8 pulg. (3,2

mm) de diámetro, o más pequeño si el espesor del metal no

excede 1/2 pulg. (12,7 mm).

Espesor de

pared del

Recomendaciones

API 1104 Anexo B

Recomendaciones

API 2201 Sección 6.2

Recomendaciones

ASME PCC-2 Art. 210

< 0.250”

• USAR WPS QUE LIMITE

LA ENTRADA DE CALOR

• Uso de electrodos de

bajo hidrogeno

• Aplicar practicas

normales de soldadura

• Usar electrodos de

3/32”Ø en primer paso y

subsecuentes

• USAR WPS

BASADOS EN LA

EXPERIENCIA Y/O

EN ANALISIS DE

TRANSFERENCIA DE

Espesores ≤ 0.188”• CONTROL DE LA

ENTRADA DE

Espesores ≤ 0.250”• Uso de

electrodos de

diámetro ≤ 3/32”

0.250” a

0.500”

• Uso de electrodos de

bajo hidrogeno

• Aplicar practicas

normales de soldadura

Q = V x I x 60

x RS x 1000

Q= entrada de calor del proceso de soldadura (KJ/mm)

V = voltaje (V)

I = corriente (A)

S = velocidad de la soldadura (mm/min)

R = rendimiento del proceso de soldadura

(SMAW = 0.75, GTAW = 0.80, GMAW = 0.90)

Experimentos (años 70´s) mostraron lo siguiente:

• Con electrodos de bajo hidrógeno: las quemadas pasantes son

pocos probables si la temperatura interna de la superficie es

≤982°C

• Con electrodos celulósicos: las quemadas pasantes son poco

probables si la temperatura interna de la superficie es ≤ 760°C

1. Howden, D. G., "Welding on Pressurized Pipeline," Loss Prevention, Vol. 9

(New York, NY: American Institute of Chemical Engineers, 1975), pp. 8‐10.

2. Wade, J. B., "Hot Tapping of Pipelines," Australian Welding Research

Association Symposium, Paper No. 14 (Melbourne, Australia, 1973).

3. Cassie, B. A., "The Welding of Hot Tap Connections to High Pressure Gas

Pipelines," J. W. Jones, Memorial Lecture (Pipe Line Industries Guild, October

1974).

Probabilidad de ocurrencia de una quemada pasante (burnthrough)

Electrodos

celulósicos

Temp > 760°C

Electrodos de

bajo hidrógeno

Temp > 982°C

Durante un proceso de Soldadura en un ducto

en servicio: ¿Como se calcula la temperatura de la pared

interna del ducto?

Temp = ? °C

Q = V x I x 60

x RS x 1000

PRCI Pipeline repair manual

Agrietamiento por hidrógeno

API 1104 Apéndice B:Para que ocurra el agrietamiento por hidrogeno, se deben satisfacer tres

condiciones simultáneamente:

- Hidrógeno en la soldadura

- Tensiones actuando sobre la soldadura

- El desarrollo de una microestructura susceptible al agrietamiento

Solubilidad del hidrogeno en el Acero en función de la temperatura

AWS A5.1 Specification for Carbon Steel Electrodes for Shielded Metal Arcwelding

Electrodos celulósicos: contienen 4 a 6% de humedad en el fundente (e.g. EXX10). Contiene

alrededor de 45% de celulosa, el cual se descomponen durante el proceso en dióxido de

carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) y vapor de agua.

Electrodos de bajo hidrogeno: contienen menos de 0.6% de humedad en el fundente

(EXX15, EXX16, EXX18, EXX28). El fundente no produce vapor de agua.

API 5L = 0.28% C, max

Ferrita

Perlita

Martensita

Austenita

Enfriamiento

“normal”Enfriamiento

rápido

• Precalentamiento

• Usar electrodos de

bajo hidrogeno.

• Eliminar restos de

aceite, grasa, cera,

oxido, herrumbre,

gel industrial,

pintura, tierra,

madera, etc.

• Controlar la velocidad de enfriamiento

para disminuir la presencia de

Martensita usando una entrada de

calor suficientemente ALTA.

• Asegurar un buen

ensamble para

evitar esfuerzos

de tensión.

• Diseño apropiado

de junta.

Esfuerzos Hidrógeno

Microestructura

susceptible

Grietas en

PRCI Pipeline repair manual

No burnthrough Enfriamiento

no-rápido

1. Inspección visual del tramo descubierto (daños mecánicos,

desprendimiento del recubrimiento, perdidas de metal, defectos

geométricos, discontinuidades, etc.).

2. Inspección de desprendimientos de recubrimiento mediante partículas

magnéticas húmedas.

3. Limpieza de la tubería en la zona de interés mediante cardeo o

sandblasting (zona gris del dibujo).

4. Barrido de sanidad con ultrasonido de haz recto a la sección limpiada

para descartar laminaciones, inclusiones, perdidas de metal, etc.

5. Inspección con partículas magnéticas húmedas en las zonas a soldar

sobre el ducto.

6. Inspección ultrasonica con haz angular de las soldaduras longitudinales

y helicoidales que interceptarán las soldaduras en servicio y con la

perforación.

Enmantequillado y soldadura del accesorio.

API 1104, Anexo B:

Superficie del

Metal base

Metal de aporte

Granos gruesos (≥50µm) de la ZAC

Granos finos (<50µm) de la ZAC

Región intercritica

Zonas de un cordón sencillo

Primer

Desbaste del Primer pase 3/32” – 1/8”

Segundo

Inspección visual

Partículas mag. Húmedas

Partículas mag. Húmedas (12 horas después)

Inspección visual

Partículas mag. Húmedas

Electrodo C Mn Si P S Ni Cr Mo V

E6010 0.20 1.20 1.00 - - - - - - 0.300 0.200 0.300 0.080

E6018 0.03 0.60 0.40 0.02 0.01 0.300 0.200 0.300 0.080

E7018 0.15 1.60 0.75 0.03 0.035 0.300 0.200 0.300 0.080

E8018 0.04 1.08 0.01 0.01 0.01 0.910 0.060 0.120 0.009

E8018-C1 0.12 1.25 0.80 0.03 0.030 2 – 2.750 - - - - - - - - -

45° 60°

70°70°

Pared del ducto de transporte

Pared del fitting o envolvente

Inspección con ultrasonido de haz angular de las Soldaduras de filete

- Transductores con frecuencias nominales entre 3.5 y 6 MHz.

- El cristal unitario de rastreo no debe exceder 0.500” para transductores circulares, o 1” en cualquier dirección para unidades rectangulares.

- Transductores de 70° sobre la pared del ducto para inspección

el pie de la Soldadura y grietas debajo del metal aportado.

- Transductores de 45° y 60° sobre la pared de la

envolvente para inspección del área de la raíz

y otras imperfecciones.

API 1176: Recommended Practice for Assessment and Management

of Cracking in Pipelines

FFI tiene su origen en la exploración sismica, donde los campos de onda

Acustica se usan para reconstruir estructuras y capas en la sub-superficie.

Gracias por su atención!

octaviochable@hotmail.com

octavio_chable@tcenergy.com

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