Lo que los libros no dicen sobre los tubos de acero: Notas de un ingeniero de campo

¿Alguna vez tomaste un trozo de tubería y te preguntaste de dónde vino?? No me refiero al molino. Me refiero a toda la historia. El mineral en el suelo. El alto horno. el laminador. El soldador que realizó esa costura en 2 AM un martes. El inspector que lo pasó.. El camionero que lo remolcó.. La zanja en la que está ahora.

He estado en el mundo de las pipas durante treinta y dos años.. Comenzó como trabajador en un equipo de oleoductos en el oeste de Texas., arrojar droga a los porros a cien grados de temperatura. Me abrí camino hasta llegar a inspector, entonces ingeniero, Luego el tipo al que llaman cuando algo sale mal.. He visto tuberías desde todos los ángulos.. Dentro de, afuera, bajo tierra, submarino, y una vez, desafortunadamente, volando por el aire después de que se soltara una estación compresora.

Esto no es un libro de texto. Los libros de texto te dicen lo que debería pasar. Te diré lo que realmente hace.

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El problema de los nombres: DN, OD, CARNÉ DE IDENTIDAD, y por qué nadie puede estar de acuerdo

Primer trabajo después de la escuela, Estoy parado en un patio de suministros en Luisiana. El capataz me entrega una lista y dice “Ve a buscarme cincuenta pies de cuatro pulgadas.” Bastante simple, bien?

Vuelvo con cincuenta pies de tubería que mide cuatro pulgadas de diámetro interior.. Me mira como si fuera un idiota.. “Esa no es una tubería de cuatro pulgadas.,” el dice. “Es un tubo de seis pulgadas con paredes gruesas.”

Me tomó una hora entender a qué se refería.. Un tubo de cuatro pulgadas no mide nada de cuatro pulgadas. Es nominal de cuatro pulgadas.. Lo que significa algo completamente diferente dependiendo de quién lo hizo y cuándo..

Mesa 1: Qué “Cuatro pulgadas” En realidad significa

Mira lo que quiero decir? Cuatro pulgadas es lo que dice el fabricante..

Esta es la regla que he aprendido: Para tubo de acero, Vaya siempre por el diámetro exterior y el espesor de la pared.. Los tamaños nominales son sólo una abreviatura, y la taquigrafía mete a la gente en problemas.

Fórmula 1: Lo que realmente necesitas saber

ID=DE-(2×t)ID=DE-(2×t)

Dónde:

• CARNÉ DE IDENTIDADCARNÉ DE IDENTIDAD = Diámetro interior (mm o pulgadas)
• ODOD = Diámetro exterior (mm o pulgadas)
• tt = Grosor de la pared (mm o pulgadas)

Simple, bien? Te sorprendería saber cuánta gente arruina esto.

Hace unos años tenía un joven ingeniero trabajando en Pensilvania.. Pidió válvulas según el tamaño nominal.. La tubería era de 6 pulgadas. 40. Las válvulas aparecieron con bridas de 6 pulgadas. Pero aquí está la cuestión: programar 40 6-El tubo en pulgadas tiene un diámetro exterior de 6.625 pulgadas. Las válvulas fueron perforadas para tubería de 6 pulgadas., que debería haber sido 6.625. Pero el fabricante usó 6.000 como el diámetro del agujero. Las válvulas no encajarían. Material por valor de veinte mil dólares., tres semanas de retraso, y un cliente muy descontento.

Siempre verifique el OD. Siempre.

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Las dos familias: Un cuento de dos pipas

Aquí hay algo que no enseñan en la escuela.. Los tubos de acero vienen en dos familias, y no juegan bien juntos.

La gran familia (ipsco)

Esto es lo que usa la mayor parte del mundo.. Gran diámetro exterior para un tamaño nominal determinado. Un tubo de 12 pulgadas de esta familia tiene un diámetro exterior de 323,8 mm.. Eso es 12.75 pulgadas para ustedes, resistencias imperiales.

La pequeña familia (Métrico)

Esto es lo que sucede cuando los europeos deciden ser lógicos. Un tubo de 12 pulgadas aquí tiene un diámetro exterior de 300 mm.. Eso es 11.8 pulgadas.

Júntalos y ¿qué obtienes?? Bridas que no se alinean. Juntas que no sellan. Accesorios que no encajan.

Mesa 2: Las dos familias – Tamaños comunes

*Algunas tallas coinciden. La mayoría no lo hace. Siempre revisa.

Aprendí esto de la manera más difícil en Tailandia., 2005. Estábamos conectando una nueva instalación de procesamiento a una tubería existente. La línea existente era de especificaciones europeas., pequeña familia. Las nuevas instalaciones fueron construidas según los estándares americanos., gran familia. Nadie lo captó hasta que intentamos establecer la conexión.. Las bridas estaban separadas 6 mm en los orificios de los pernos..

Gastamos dos semanas y un cuarto de millón de dólares en adaptadores personalizados.. El cliente no estaba contento. Yo tampoco.

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El juego del espesor de la pared: Por qué es importante el horario

¿Alguna vez te has preguntado por qué las tuberías vienen en diferentes espesores para el mismo diámetro?? te diré. Presión.

Fórmula 2: La fórmula de Barlow (La ecuación más importante en tuberías)

P=2×S×tODP=OD2×S×t​

Dónde:

• PAGPAG = Presión de estallido (PSI)
• SS = Límite elástico del material (PSI)
• tt = Grosor de la pared (pulgadas)
• ODOD = Diámetro exterior (pulgadas)

Esta es la ecuación que evita que una tubería explote. Duplicar el espesor de la pared, duplicar la clasificación de presión. Simple.

Pero aquí es donde se complica. Números de horario.

Mesa 3: Horarios comunes para tuberías de 6 pulgadas (168.3mm DE)

El número del horario en sí.? Es aproximadamente 1000×P/S1000×P/S, donde P es la presión de trabajo y S es la tensión permitida. Pero honestamente, nadie usa eso. Sólo sabemos que el horario 40 es estándar, Cronograma 80 es pesado, y horario 10 es ligero.

Trabajé en el Golfo de México donde alguien ordenó Horario 10 para una línea de gas de alta presión. Pensé que estaban ahorrando peso.. Peso ahorrado, está bien. Hasta que la tubería se partió durante la prueba hidráulica.. Por suerte no había nadie cerca.

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El problema del peso: Por qué necesita saber cuánto pesa la tubería

¿Alguna vez intentó levantar un porro de 40 pies de 24 pulgadas? 60? Tengo. pesa aproximadamente 12,000 libras. Son seis toneladas. Su grúa necesita saber eso. Sus eslingas de elevación necesitan saber eso. Su barra espaciadora necesita saber eso.

Fórmula 3: Cálculo del peso de la tubería

W=0,02466×t×(DO-t)×LW=0,02466×t×(DO-t)×L

Dónde:

• WW = Peso (kg)
• tt = Grosor de la pared (mm)
• ODOD = Diámetro exterior (mm)
• LL = Longitud (m)

O para ustedes, gente imperial:
Ancho=10,69×t×(DO-t)×LAncho=10,69×t×(DO-t)×L
Donde t y OD están en pulgadas, L en pies, W en libras.

Mesa 4: Peso por pie para tamaños comunes (Cronograma 40)

Aquí hay una historia. Dakota del Norte, 2014, invierno. Estamos colocando tuberías para una línea de gas de 20 pulgadas.. El camión aparece con un montón de porros.. El capataz mira los documentos de envío., mira la pipa, vuelve a mirar los papeles. “Esto no se siente bien,” el dice.

Hago los cálculos en mi cabeza. El periódico dice Horario 40, 20-pulgadas. Eso es 62 libras por pie. Cada articulación es 80 pies. Eso es 5,000 libras por porro.

tomo una cinta métrica. medir la pared. Es 0.375 pulgadas. Ese es el horario 30. El peso es 53 libras por pie. diferencia de 9 libras por pie, 720 libras por porro.

El molino envió la tubería equivocada. Habría estado bien para la presión—Programar 30 todavía cumplió con las especificaciones. Pero el contratista ya había establecido su plan de elevación basándose en el mayor peso.. Sus grúas fueron calificadas para 5,000 libras por selección. Con la pipa más ligera, podrían haber elegido dos porros a la vez. Duplica la productividad. Pero no lo supieron hasta que lo comprobé..

Siempre revisa. Nunca confíes en el papeleo.

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El misterio de las marcas: Lo que realmente significan esos números

Miras un trozo de tubería y ves un montón de sellos.. ¿Qué quieren decir?? Déjame decodificar uno para ti.

Ejemplo: API 5L X52 PSL2 12″ SCH 40 ACRE 12345 12-21

• API 5L = especificación del Instituto Americano del Petróleo para tuberías de conducción
• X52 = límite elástico mínimo 52,000 PSI
• PSL2 = Nivel de especificación del producto 2 (tolerancias más estrictas, más pruebas)
• 12″ = Tamaño nominal (pero recuerda, eso es 12.75″ OD)
• SCH 40 = Grosor de la pared (0.406″ para 12 pulgadas)
• ERW = Resistencia Eléctrica Soldada (como se hace)
• 12345 = Número de calor (para la trazabilidad)
• 12-21 = diciembre 2021 (fecha de fabricación)

Mesa 5: Especificaciones de tuberías comunes

Tenía un trabajo en Alberta donde el cliente especificó A106 para una aplicación de baja temperatura.. Menos cuarenta diseño. A106 está bien a temperatura ambiente. A menos cuarenta, es quebradizo como el vidrio. Debería haber sido A333. La tubería aún no había sido instalada; se enganchó en el jardín.. Les salvó un fracaso catastrófico..

Conozca sus especificaciones. Conoce tus temperaturas. Conozca sus presiones.

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El problema de la conexión: Cómo se une la tubería

La tubería por sí sola es solo un tubo largo.. Inútil hasta que lo conectas a algo.. Así es como sucede.

Conexiones roscadas

tubo pequeño, baja presión, no demasiado crítico. 2-pulgadas y menos, principalmente. Cortas hilos al final., atornillar un accesorio, tal vez agregue algo de droga o cinta adhesiva.

Fórmula 4: Compromiso del hilo

L2=0,8×DL2=0,8×D

Regla dura: La duración del compromiso debe ser aproximadamente 80% de diámetro. Para tubo de 2 pulgadas, eso es aproximadamente 1.6 pulgadas de compromiso del hilo.

Vi fallar una conexión roscada en un sistema de agua en Florida. Alguien no participó en suficientes hilos.. Solo unas cuantas vueltas. Cuando presionaron, el accesorio explotó. Sacó un panel de control. Costó cincuenta mil dólares en daños..

Conexiones soldadas

Aquí es donde ha transcurrido la mayor parte de mi carrera.. Sueldas tuberías juntas. Suena simple. Que no es.

Mesa 6: Tipos de soldadura comunes para tuberías

La clave con la soldadura es el montaje.. Si los extremos de su tubería no están alineados, tu soldadura fallará. No me importa lo bueno que sea el soldador..

Fórmula 5: Desalineación permitida

Mmáx=0,1×tMmáx​=0,1×t o 1/16″1/16″, el que sea menor

Para pared de 0,5 pulgadas, eso es 0.05 pulgadas. Sobre el grosor de una tarjeta de crédito.

Vi a un soldador en Texas intentar soldar un tubo de 24 pulgadas con una desalineación de 3/16 de pulgada.. Su argumento: “Lo llenaré con metal de soldadura.” No. Eso aumenta el estrés. Eso es un crack esperando a suceder.. Eso es un fracaso en cinco años en lugar de cincuenta..

Lo cortamos y lo hicimos de nuevo.. el no estaba feliz. Pero la tubería no falló.

Conexiones bridadas

pipa grande, alta presión, o cuando necesitas desarmar cosas. Sueldas una brida en cada extremo., Atorníllelos con una junta en el medio..

Mesa 7: Clasificaciones de presión de brida

Esto es lo que pasa con las bridas.: la junta importa más que nada. Material de junta incorrecto? Filtración. Torque de perno incorrecto? Filtración. Suciedad en la superficie de sellado? Filtración.

Pasé tres días en una plataforma marina en el Mar del Norte persiguiendo una fuga en una brida. Reemplazó la junta dos veces. Comprobó los tornillos. Comprobó la alineación. Aún se filtró.

Finalmente, Pasé el dedo por la cara de la brida.. Sentí un pequeño rasguño. Tal vez 0.002 pulgadas de profundidad. Pero en toda la superficie de sellado, fue suficiente. Lapimos la brida, junta nueva, apretado según las especificaciones. Sin fugas.

El diablo está en los detalles.

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Los modos de falla: Cómo muere la tubería

La pipa no dura para siempre. Así es como va.

Corrosión

Este es el grande. Óxido. Come pipa de adentro hacia afuera, afuera adentro, o ambos.

Fórmula 6: Subsidio de corrosión

trequired=tpresión+tcorrosiónrequerido​=tpresión​+tcorrosión​

Práctica estándar: agregar 1/16 pulgadas (1.6mm) para la corrosión. Más si el líquido es desagradable.

Inspeccioné una tubería de gas en el oeste de Texas que había estado en servicio durante cuarenta años.. La pared original era 0.250 pulgadas. Lo medimos en 0.185. Perdido 65 milésimas a corrosión. Eso es 0.0016 pulgadas por año. Justo a tiempo.

Pero aquí está el que da miedo. Una línea en el Golfo de México, servicio amargo, 5% H2S. La pérdida de la pared fue 0.010 pulgadas por año. Cinco veces más rápido de lo previsto. Por qué? bacterias. Las bacterias reductoras de sulfato en el agua empeoraron la corrosión. Nadie modeló eso.

Fatiga

Curvas de tubería, ciclos de estrés, las grietas crecen. Eventualmente, falla.

Fórmula 7: Vida fatigada (Simplificado)

N=C×(ds)−metroN=C×(ds)−metro

Donde N son ciclos hasta el fallo., Δσ es el rango de tensión, C y m son constantes materiales.

Para tubo de acero, m es aproximadamente 3. Duplicar el rango de estrés, y la vida por fatiga disminuye en un factor de 8.

Vi esto en una estación de compresores en Pensilvania.. La tubería estaba vibrando. Pequeñas vibraciones, tal vez 0.1 amplitud en pulgadas. Pero 60 veces por segundo. Eso es 5 millones de ciclos por día. Después de seis meses, aparecieron grietas. Después de ocho meses, una fuga.

Lo solucionamos añadiendo soportes.. Cambió la frecuencia natural.. Detuvo la vibración. Pero la grieta ya estaba ahí.

Daño mecánico

Alguien golpea la tubería con una excavadora.. le cae una piedra. Un camión lo atropella. Abolladuras, gubias, raspaduras.

Fórmula 8: Gravedad de la abolladura

% de abolladura = diámetro de profundidad × 100% de abolladura = profundidad del diámetro × 100

Si la profundidad de la abolladura > 2% de diámetro, tienes un problema. Para tubería de 30 pulgadas, eso es 0.6 pulgadas. Algo más profundo que eso, necesitas investigar.

Investigué una abolladura en una tubería de gas de 36 pulgadas en Ohio. Alguien había dejado caer un árbol durante la construcción.. La abolladura fue 1.2 pulgadas de profundidad. 3.3% de diámetro. El análisis dijo que era seguro a la presión de funcionamiento.. Pero cinco años después, una grieta comenzó en el borde de la abolladura. Lo detectamos en una ejecución de ILI antes de que fallara..

A veces “seguro” no es seguro para siempre.

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Las cosas nuevas: Hacia dónde nos dirigimos

Aceros de alta resistencia

X70, X80, incluso X100 ahora. Un acero más resistente significa paredes más delgadas, tubo más ligero, instalación más barata.

Mesa 8: Comparación de grados de acero

Pero aquí está el truco: El acero más fuerte es más difícil de soldar.. Más precalentamiento. Más tratamientos térmicos post-soldadura. Procedimientos más cuidadosos.

Vi a un contratista intentar soldar X80 con procedimientos X52.. Grietas frías por todas partes. Tuve que cortar una docena de porros.. Les costó un millón de dólares.

Recubrimientos

viejos tiempos: esmalte de alquitrán de hulla. Desordenado, tóxico, pero funcionó.

Ahora: polietileno de tres capas, epoxi unido por fusión, poliuretano.

Mesa 9: Tipos de recubrimiento

Inspeccioné una línea en el desierto donde el revestimiento FBE falló después de cinco años. exposición a los rayos ultravioleta. El sol lo cocinó. Spec dijo que era bueno para veinte. no fue.

Inspección

Cerdos inteligentes. COMPRAR. Ultrasónico. Fuga de flujo magnético. Podemos ver el interior de la tubería mejor que nunca..

Pero aquí está la cosa: la inspección encuentra problemas. No los soluciona. Y cada problema que encuentres cuesta dinero para solucionarlo.. Algunos operadores dejan de buscar porque no quieren encontrar nada.

Así suceden los fracasos.

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Lo que he aprendido

Después de treinta años, esto es lo que sé sobre la tubería:

es solo un tubo. Pero es un tubo bajo presión., lleno de cosas que pueden matarte, enterrado en el suelo donde no puedes verlo.

Respeta los números. revisa todo. Confía pero verifica.

A la tubería no le importa tu horario ni tu presupuesto.. Se preocupa por el estrés, la corrosión y la fatiga.. Le importa la fisica.

Y la física siempre gana.

He visto fallas en tuberías desde un rasguño que apenas se podía ver.. He visto tuberías que duran cien años en las peores condiciones.. He visto buenas y malas decisiones.. he hecho ambos.

La diferencia entre un buen ingeniero y uno malo es no conocer las fórmulas. Es saber cuándo confiar en ellos y cuándo cuestionarlos..

Esa línea en el oeste de Texas que mencioné? El que tiene 65 milésimas de corrosión? todavia esta funcionando. Hicimos los cálculos, agregó un factor de seguridad, y decidió que tenía otros diez años.

tal vez lo haga. Tal vez no sea así. Lo descubriremos.

Eso es lo que pasa con la pipa.. Te mantiene adivinando.