O que os livros não contam sobre tubos de aço: Notas de um engenheiro de campo

Você já pegou um pedaço de cano e se perguntou de onde ele veio? Não me refiro ao moinho. Quero dizer, toda a história. O minério no chão. O alto-forno. O laminador. O soldador que fez aquela costura em 2 AM de uma terça-feira. O inspetor que passou. O caminhoneiro que o transportou. A vala onde está agora.

Estou no Pipe há trinta e dois anos. Começou como operário em uma equipe de oleodutos no oeste do Texas, jogando droga nas juntas em um calor de cem graus. Trabalhei até chegar a inspetor, então engenheiro, então o cara para quem eles ligam quando algo dá errado. Eu vi canos de todos os ângulos. Dentro, fora, sob a sujeira, subaquático, e uma vez, infelizmente, voando pelo ar depois que uma estação de compressor foi liberada.

Este não é um livro didático. Os livros didáticos dizem o que deve acontecer. Eu vou te dizer o que realmente faz.

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O problema de nomenclatura: DN, OD, identidade, e por que ninguém pode concordar

Primeiro emprego fora da escola, Estou em um depósito de suprimentos na Louisiana. O capataz me entrega uma lista e diz “vá me buscar quinze metros de dez centímetros.” Bastante simples, certo?

Volto com quinze metros de cano que mede dez centímetros de diâmetro interno. Ele olha para mim como se eu fosse um idiota. “Isso não é um tubo de quatro polegadas,” ele diz. “É um tubo de quinze centímetros com paredes grossas.”

Levei uma hora para descobrir o que ele quis dizer. Um tubo de quatro polegadas não mede nada de dez centímetros. É nominal de quatro polegadas. O que significa algo completamente diferente dependendo de quem fez e quando.

Mesa 1: O que “Quatro Polegadas” Na verdade significa

Veja o que quero dizer? Quatro polegadas é o que o fabricante diz que é.

Aqui está a regra que aprendi: Para tubo de aço, sempre siga o diâmetro externo e a espessura da parede. Os tamanhos nominais são apenas uma abreviação, e a taquigrafia coloca as pessoas em apuros.

Fórmula 1: O que você realmente precisa saber

ID=DE−(2× t)ID=DE−(2× t)

Onde:

• identidadeidentidade = Diâmetro interno (mm ou polegadas)
• ODOD = Diâmetro externo (mm ou polegadas)
• tt = Espessura da parede (mm ou polegadas)

Simples, certo? Você ficaria surpreso com quantas pessoas estragam tudo.

Eu tinha um jovem engenheiro trabalhando na Pensilvânia há alguns anos. Ele encomendou válvulas com base no tamanho nominal. O tubo tinha uma programação de 6 polegadas 40. Válvulas apareceram com flanges de 6 polegadas. Mas o problema é o seguinte: cronograma 40 6-tubo de polegada tem um diâmetro externo de 6.625 polegadas. As válvulas foram perfuradas para tubos de 6 polegadas, que deveria ter sido 6.625. Mas o fabricante usou 6.000 como o diâmetro do furo. Válvulas não caberiam. Vinte mil dólares em material, três semanas atrasado, e um cliente muito insatisfeito.

Verifique sempre o OD. Sempre.

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As duas famílias: Um conto de dois canos

Aqui está algo que eles não ensinam na escola. O tubo de aço vem em duas famílias, e eles não jogam bem juntos.

A Grande Família (Ipsco)

Isto é o que a maior parte do mundo usa. Grande diâmetro externo para um determinado tamanho nominal. Um tubo de 12 polegadas nesta família tem 323,8 mm de diâmetro externo. Isso é 12.75 polegadas para vocês, redutos imperiais.

A pequena família (Métrica)

Isto é o que acontece quando os europeus decidem ser lógicos. Um tubo de 12 polegadas aqui tem 300 mm de diâmetro externo. Isso é 11.8 polegadas.

Junte-os e o que você ganha? Flanges que não se alinham. Juntas que não vedam. Acessórios que não cabem.

Mesa 2: As duas famílias – Tamanhos Comuns

*Alguns tamanhos combinam. A maioria não. Sempre verifique.

Aprendi isso da maneira mais difícil na Tailândia, 2005. Estávamos conectando uma nova instalação de processamento a um pipeline existente. A linha existente era de especificação europeia, pequena família. A nova instalação foi construída de acordo com os padrões americanos, grande família. Ninguém percebeu até que tentamos fazer a conexão. Os flanges estavam separados por 6 mm nos orifícios dos parafusos.

Gastamos duas semanas e um quarto de milhão de dólares em adaptadores personalizados. O cliente não ficou feliz. Nem eu estava.

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O jogo da espessura da parede: Por que agendar é importante

Você já se perguntou por que os tubos vêm em espessuras diferentes para o mesmo diâmetro? Eu vou te contar. Pressão.

Fórmula 2: Fórmula de Barlow (A equação mais importante na tubulação)

P=2×S×tODP=OD2×S×t​

Onde:

• PP = Pressão de ruptura (psi)
• SS = Resistência ao escoamento do material (psi)
• tt = Espessura da parede (polegadas)
• ODOD = Diâmetro externo (polegadas)

Esta é a equação que evita que o tubo exploda. Dobrar a espessura da parede, dobrar a classificação de pressão. Simples.

Mas é aqui que fica complicado. Números de agendamento.

Mesa 3: Cronogramas comuns para tubos de 6 polegadas (168.3mm DE)

O próprio número da programação? É aproximadamente 1000×P/S1000×P/S, onde P é a pressão de trabalho e S é a tensão admissível. Mas honestamente, ninguém usa isso. Nós apenas sabemos que o cronograma 40 é padrão, Agendar 80 é pesado, e cronograma 10 é leve.

Trabalhei no Golfo do México, onde alguém encomendou o Schedule 10 para uma linha de gás de alta pressão. Pensei que eles estavam economizando peso. Peso salvo, tudo bem. Até que o tubo se parta durante o hidroteste. Sorte que ninguém estava por perto.

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O problema do peso: Por que você precisa saber quanto pesa o tubo

Você já tentou levantar uma junta de 40 pés de um Schedule de 24 polegadas 60? Eu tenho. Ele pesa cerca 12,000 libras. São seis toneladas. Seu guindaste precisa saber disso. Suas fundas de elevação precisam saber disso. Sua barra espaçadora precisa saber disso.

Fórmula 3: Cálculo do peso do tubo

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

Onde:

• WW = Peso (kg)
• tt = Espessura da parede (mm)
• ODOD = Diâmetro externo (mm)
• eueu = Comprimento (m)

Ou para vocês, povos imperiais:
L=10,69×t×(OD-t)×LL=10,69×t×(OD-t)×L
Onde t e OD estão em polegadas, L em pés, W em libras.

Mesa 4: Peso por pé para tamanhos comuns (Agendar 40)

Aqui está uma história. Dakota do Norte, 2014, inverno. Estamos amarrando um tubo para uma linha de gás de 20 polegadas. O caminhão aparece com um monte de juntas. O capataz olha os documentos de embarque, olha para o cano, olha de volta para os papéis. “Isso não parece certo,” ele diz.

Eu faço as contas na minha cabeça. O jornal diz Cronograma 40, 20-polegadas. Isso é 62 libras por pé. Cada junta é 80 pés. Isso é 5,000 libras por articulação.

Eu pego uma fita métrica. Meça a parede. Isso é 0.375 polegadas. Isso é horário 30. O peso é 53 libras por pé. Diferença de 9 libras por pé, 720 libras por articulação.

A fábrica enviou o tubo errado. Teria sido bom para pressão – Agenda 30 ainda atendeu às especificações. Mas o empreiteiro já tinha definido o seu plano de elevação com base no peso maior. Seus guindastes foram classificados para 5,000 libras por escolha. Com o tubo mais leve, eles poderiam ter escolhido dois baseados de uma vez. Duplique a produtividade. Mas eles não sabiam até eu verificar.

Sempre verifique. Nunca confie na papelada.

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O mistério da marcação: O que esses números realmente significam

Você olha para um pedaço de cano e vê um monte de selos. O que eles significam? Deixe-me decodificar um para você.

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

• API 5L = especificação do American Petroleum Institute para tubos de linha
• X52 = Limite de escoamento mínimo 52,000 psi
• PSL2 = Nível de Especificação do Produto 2 (tolerâncias mais rigorosas, mais testes)
• 12″ = Tamanho nominal (mas lembre-se, isso é 12,75″ OD)
• SCH 40 = Espessura da parede (0.406″ para 12 polegadas)
• ERW = Resistência elétrica soldada (como é feito)
• 12345 = Número de calor (para rastreabilidade)
• 12-21 = dezembro 2021 (data de fabricação)

Mesa 5: Especificações comuns de tubos

Tive um emprego em Alberta onde o cliente especificou A106 para uma aplicação em baixa temperatura. Design menos quarenta. A106 está bem em temperatura ambiente. Com menos quarenta, é frágil como vidro. Deveria ter sido A333. O cano ainda não tinha sido instalado – peguei no quintal. Salvou-os de um fracasso catastrófico.

Conheça suas especificações. Conheça suas temperaturas. Conheça suas pressões.

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O problema da conexão: Como o tubo se junta

O tubo por si só é apenas um tubo longo. Inútil até você conectá-lo a algo. Veja como isso acontece.

Conexões rosqueadas

Tubo pequeno, pressão baixa, não muito crítico. 2-polegada e abaixo, majoritariamente. Você corta fios no final, aparafuse uma conexão, talvez adicione um pouco de droga ou fita adesiva.

Fórmula 4: Engajamento do tópico

L2=0,8×DL2=0,8×D

Regra aproximada: a duração do noivado deve ser de cerca de 80% de diâmetro. Para tubo de 2 polegadas, isso é sobre 1.6 polegadas de engate da linha.

Vi uma conexão rosqueada falhar em um sistema de água na Flórida. Alguém não envolveu tópicos suficientes. Apenas algumas voltas. Quando eles pressionaram, o encaixe explodiu. Tirou um painel de controle. Custou cinquenta mil em danos.

Conexões soldadas

Este é o lugar onde a maior parte da minha carreira foi. Você solda tubos juntos. Parece simples. Não é.

Mesa 6: Tipos comuns de solda para tubos

A chave da soldagem é o ajuste. Se as pontas do seu tubo não estiverem alinhadas, sua solda irá falhar. Eu não me importo com o quão bom o soldador é.

Fórmula 5: Desalinhamento permitido

Mmáx=0,1×tMmáx​=0,1×t ou 1/16″1/16″, o que for menor

Para parede de 0,5 polegadas, isso é 0.05 polegadas. Sobre a espessura de um cartão de crédito.

Eu assisti um soldador no Texas tentar soldar um tubo de 24 polegadas com desalinhamento de 3/16 polegadas. Seu argumento: “Vou apenas preenchê-lo com metal de solda.” Não. Isso é um aumento de estresse. Isso é uma rachadura esperando para acontecer. Isso é um fracasso em cinco anos em vez de cinquenta.

Nós cortamos e fizemos tudo de novo. Ele não estava feliz. Mas o cano não falhou.

Conexões flangeadas

Cachimbo grande, alta pressão, ou quando você precisa desmontar coisas. Você solda um flange em cada extremidade, parafuse-os com uma junta entre eles.

Mesa 7: Classificações de pressão do flange

Aqui está a coisa sobre flanges: a junta é mais importante do que qualquer coisa. Material de junta errado? Vazar. Torque de parafuso errado? Vazar. Sujeira na superfície de vedação? Vazar.

Passei três dias em uma plataforma offshore no Mar do Norte perseguindo um vazamento no flange. Troquei a junta duas vezes. Verifiquei os parafusos. Verifiquei o alinhamento. Ainda vazou.

Finalmente, Passei meu dedo ao longo da face do flange. Senti um pequeno arranhão. Talvez 0.002 centímetros de profundidade. Mas em toda a superfície de vedação, foi o suficiente. Nós dobramos o flange, junta nova, torqueado de acordo com as especificações. Sem vazamento.

O diabo está nos detalhes.

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Os modos de falha: Como o tubo morre

O tubo não dura para sempre. É assim que funciona.

Corrosão

Este é o grande. Ferrugem. Come cachimbo de dentro para fora, fora dentro, ou ambos.

Fórmula 6: Tolerância à corrosão

exigido=tpressão+tcorrosãoexigido​=tpressão​+tcorrosão​

Prática padrão: adicionar 1/16 polegadas (1.6mm) para corrosão. Mais se o fluido for desagradável.

Inspecionei uma tubulação de gás no oeste do Texas que estava em serviço há quarenta anos. A parede original era 0.250 polegadas. Medimos em 0.185. Perdido 65 milésimos para corrosão. Isso é 0.0016 polegadas por ano. Bem no horário.

Mas aqui está o assustador. Uma linha no Golfo do México, serviço azedo, 5% H2S. A perda da parede foi 0.010 polegadas por ano. Cinco vezes mais rápido que o previsto. Por que? Bactérias. Bactérias redutoras de sulfato na água pioraram a corrosão. Ninguém modelou isso.

Fadiga

Curvas de tubo, ciclos de estresse, rachaduras crescem. Eventualmente, falha.

Fórmula 7: Vida de fadiga (Simplificado)

N=C×(Ds)−mN=C×(Ds)−m

Onde N é ciclos até a falha, Δσ é faixa de tensão, C e m são constantes materiais.

Para tubo de aço, m é sobre 3. Dobrar a faixa de estresse, e a vida em fadiga cai por um fator de 8.

Eu vi isso em uma estação de compressão na Pensilvânia. O tubo estava vibrando. Pequenas vibrações, talvez 0.1 amplitude em polegadas. Mas 60 vezes por segundo. Isso é 5 milhões de ciclos por dia. Depois de seis meses, apareceram rachaduras. Depois de oito meses, um vazamento.

Nós corrigimos isso adicionando suportes. Mudou a frequência natural. Parou a vibração. Mas a rachadura já estava lá.

Danos Mecânicos

Alguém bate no cano com uma escavadeira. Uma pedra cai sobre ela. Um caminhão passa por cima dele. Amassados, goivas, arranhões.

Fórmula 8: Gravidade do Dente

Dente% = Diâmetro de Profundidade × 100Dente%=DiâmetroProfundidade​×100

Se a profundidade do dente > 2% de diâmetro, você tem um problema. Para tubo de 30 polegadas, isso é 0.6 polegadas. Qualquer coisa mais profunda que isso, você precisa investigar.

Eu investiguei um amassado em uma tubulação de gás de 36 polegadas em Ohio. Alguém deixou cair uma árvore durante a construção. Dente era 1.2 centímetros de profundidade. 3.3% de diâmetro. A análise disse que era seguro na pressão operacional. Mas cinco anos depois, uma rachadura começou na borda do dente. Nós o pegamos em uma execução do ILI antes de falhar.

Às vezes “seguro” não é seguro para sempre.

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As novidades: Para onde estamos indo

Aços de alta resistência

X70, X80, até X100 agora. Aço mais forte significa paredes mais finas, tubo mais leve, instalação mais barata.

Mesa 8: Comparação de classes de aço

Mas aqui está o problema: aço mais forte é mais difícil de soldar. Mais pré-aquecimento. Mais tratamento térmico pós-soldagem. Procedimentos mais cuidadosos.

Eu assisti um empreiteiro tentar soldar X80 com procedimentos X52. Rachaduras frias por toda parte. Tive que cortar uma dúzia de juntas. Custou-lhes um milhão de dólares.

Revestimentos

Velhos tempos: esmalte de alcatrão de carvão. Bagunçado, tóxico, mas funcionou.

Agora: polietileno de três camadas, epóxi ligado por fusão, poliuretano.

Mesa 9: Tipos de revestimento

Inspecionei uma linha no deserto onde o revestimento FBE falhou após cinco anos. Exposição UV. O sol cozinhou. Spec disse que era bom para vinte. Não foi.

Inspeção

Porcos espertos. COMPRAR. Ultrassônico. Vazamento de fluxo magnético. Podemos ver o interior do tubo melhor do que nunca.

Mas aqui está a coisa: inspeção encontra problemas. Isso não os corrige. E cada problema que você encontra custa dinheiro para consertar. Alguns operadores param de procurar porque não querem encontrar nada.

É assim que as falhas acontecem.

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O que eu aprendi

Depois de trinta anos, aqui está o que eu sei sobre tubo:

É apenas um tubo. Mas é um tubo sob pressão, cheio de coisas que podem te matar, enterrado no chão onde você não pode ver.

Respeite os números. Verifique tudo. Confie, mas verifique.

O tubo não se importa com sua agenda ou orçamento. Ele se preocupa com estresse, corrosão e fadiga. Ele se preocupa com a física.

E a física sempre vence.

Eu vi um cano falhar de um arranhão que você mal conseguia ver. Já vi canos durarem cem anos nas piores condições. Eu vi boas e más decisões. Eu fiz os dois.

A diferença entre um bom engenheiro e um mau engenheiro é não conhecer as fórmulas. É saber quando confiar neles e quando questioná-los.

Aquela linha no oeste do Texas que mencionei? Aquele com 65 milésimos de corrosão? Ainda está funcionando. Fizemos as contas, adicionou um fator de segurança, e decidi que ainda faltavam dez anos.

Talvez sim. Talvez não. Nós vamos descobrir.

Essa é a questão do tubo. Isso mantém você adivinhando.