Eu. Introdução – Por que o LSAW e esses padrões são importantes

Estou no ramo de tubos de aço desde 1987 – comecei como operário de usinagem em uma pequena fábrica de ERW em Shandong, passou para o controle de qualidade, e nos últimos vinte e cinco anos tenho sido consultor de campo em oleodutos, plataformas offshore, e projetos civis pesados ​​em seis continentes. Se há uma coisa que aprendi, é que a especificação do tubo não é algo que você faz em uma mesa. Já vi projetos de bilhões de dólares serem adiados porque alguém escolheu o padrão errado. Já vi soldas quebrarem no campo porque a química do aço não correspondia ao procedimento. E já vi pilhas de tubos falharem em instalações offshore porque as tolerâncias dimensionais não eram adequadas para as condições de condução. Este artigo é sobre três dos padrões de tubos LSAW mais importantes que você encontrará: API 5L (o burro de carga do petróleo e do gás), EM 10217 (o padrão europeu de tubulação de pressão), e ASTM A252 (a escolha certa para estacas e fundações). Cada um tem sua própria história, seus próprios requisitos de química e testes, e seu próprio ponto ideal no mundo real. Vou compará-los não apenas no papel, mas com base no que vi em campo – o bom, o ruim, e o feio. Falaremos sobre métodos de formação – JCOE, Casar, RBE – e por que eles são importantes. Falaremos sobre quando LSAW é a única escolha (dica: quando a overdose acabar 24 polegadas ou parede 20 mm). E passaremos por algumas falhas que investiguei, para que você possa evitar os mesmos erros. Isso vai ser um longo, passeio detalhado, mas se você persistir, você sairá com uma compreensão prática que nenhum livro pode lhe dar.

O que é tubo de aço LSAW? (E por que não é ERW)

LSAW significa Arco Submerso Longitudinal Soldado. É feito de chapa de aço, não enrola. Essa é a primeira grande diferença do ERW (Resistência Elétrica Soldada) tubulação de. A placa é moldada a frio em um cilindro - usando uma prensa ou rolos - e depois soldada ao longo da costura usando soldagem por arco submerso, tanto por dentro quanto por fora. O processo de arco submerso utiliza um fluxo granular que cobre o arco de solda, protegendo-o da contaminação e permitindo taxas de deposição muito altas. O resultado é uma solda forte, dúctil, e totalmente fundido. Mas LSAW não é apenas um processo; é uma família. A placa pode ser formada por JCOE (pressionando incremental em um J, então C, então forma O, seguido de expansão mecânica), Casar (Pressione U, O-pressione, Expandir), ou RBE (dobra de três rolos). Cada um tem suas próprias vantagens e quantidades econômicas de pedidos. Mas o ponto chave é: LSAW resolve duas limitações fundamentais do ERW. Primeiro, ERW tem diâmetro limitado - comercialmente, você raramente vê ERW acima 24 polegadas (610 mm). LSAW sobe para 64 polegadas (1626 mm) ou até maior. Segundo, A espessura da parede ERW é limitada pela espessura da bobina - normalmente máx. 20 mm para classes comerciais. LSAW, usando placa, pode ir para 60 mm, 80 mm, até 120 mm para aplicações especializadas. Então, quando seu projeto exigir diâmetro grande, parede grossa, ou ambos, LSAW é o único jogo da cidade. E porque a solda é feita com arco submerso, é inerentemente mais robusto que ERW para carregamento dinâmico, serviço azedo, e aplicações offshore. Já vi tubos ERW falharem por fadiga em instalações offshore; LSAW, feito corretamente, aguenta. Isso não quer dizer que o ERW seja ruim – é ótimo para diâmetros menores e pressões mais baixas – mas quando você passa para tubos grandes, você avança para LSAW.

Métodos de formação LSAW – JCOE, Casar, RBE

Vamos nos aprofundar nos métodos de formação, porque eles não são intercambiáveis. JCOE é o mais comum para tiragens médias de produção. A placa é pressionada gradativamente – primeiro em forma de J, então um C, em seguida, um O - usando uma série de toques de imprensa. Então a costura é soldada, e finalmente o tubo é expandido mecanicamente (o “E” em JCOE) para obter redondeza precisa e estabilidade dimensional. JCOE é flexível; você pode fazer diâmetros de 406 mm para 1626 mm, paredes até 60 mm, e quantidades de 100 Para 1000 toneladas economicamente. UOE é para alto volume, produção de grande diâmetro. A placa é primeiro pressionada em forma de U, depois em forma de O em um dado enorme, então soldado, então expandido. UOE é eficiente para atropelamentos 1000 toneladas, mas as ferramentas são caras e as trocas são lentas. Você verá o UOE usado para grandes projetos de pipeline, como o 1422 oleodutos com diâmetro de mm na Rússia ou na China. RBE (dobra de três rolos) é o mais simples: a placa passa por três rolos que gradualmente a dobram em um cilindro. É bom para pequenas quantidades (50-300 toneladas) e diâmetros muito grandes (até 3 metros ou mais), mas a redondeza não é tão precisa quanto JCOE ou UOE sem expansão. No campo, Eu vi todos os três. Para um recente projeto eólico offshore em Taiwan, usamos JCOE para 2,000 toneladas de 1,200 estacas de mm de diâmetro. As tolerâncias eram apertadas, e o processo JCOE entregue. Para um gasoduto na Austrália, a usina usou UOE para 100 km de X70 de 36 polegadas. A velocidade de produção foi impressionante. A chave é combinar o processo com o projeto. E não se esqueça da etapa de expansão – é fundamental. Expansão mecânica (tipicamente 0.8-1.2% tensão diametral) não apenas dimensiona o tubo, mas também alivia a tensão da solda e melhora a resistência à fadiga. Já vi tubos que falharam na expansão e tiveram problemas de ovalização durante a soldagem em campo. Então sempre especifique “expandido” LSAW para serviços críticos.

Ii. Tubo LSAW API 5L – Óleo & Transmissão de Gás

API 5L é a bíblia para oleodutos e gasodutos. Abrange tubos sem costura e soldados, e LSAW é uma parte importante disso. O padrão é dividido em PSL1 e PSL2 (Níveis de especificação do produto). PSL1 é o nível básico – adequado para muitos dutos terrestres. PSL2 adiciona requisitos mais rígidos: limites químicos mais rígidos, testes de impacto obrigatórios, e exame não destrutivo mais rigoroso. Para LSAW, PSL2 normalmente requer 100% inspeção ultrassônica da costura de solda, o que é uma virada de jogo em termos de confiabilidade. As notas variam de Gr.B (o velho burro de carga) até X80 (555 Rendimento em MPa) e ainda mais alto. X70 e X80 são comuns na transmissão de gás de alta pressão. Mas aqui está a coisa: classes mais altas precisam de mais cuidado na soldagem e conformação. Já vi tubos LSAW X70 quebrarem no campo porque o procedimento de soldagem não levou em conta o maior equivalente de carbono. A fórmula do carbono equivalente (CE) na API 5L é CE = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. Para X70, CE pode ser 0.40-0.45, o que significa que o pré-aquecimento é frequentemente necessário. Outro fator crítico: DWTT (Teste de rasgo de queda de peso) para X65 e superior, para garantir resistência à fratura frágil. Investiguei uma falha em uma linha de gás X65 no Oriente Médio, onde os valores do DWTT eram marginais, e uma rachadura correu 30 metros. Então, quando você especifica API 5L LSAW, você precisa saber seu nível PSL, sua nota, e seus requisitos suplementares - como serviço azedo (NACEMR0175) ou condições offshore. O padrão permite muitas opções, e cabe a você escolher os corretos. Em termos de dimensões, API 5L LSAW normalmente cobre OD de 406 mm para 1626 mm, paredes de 6 mm para 60 mm. Para tamanhos maiores, você pode precisar ir para API 2B para estruturas offshore. Mas para a maioria dos pipelines, API 5L LSAW é o padrão. E é um bom padrão – se você especificá-lo corretamente.

Iii. EM 10217 Tubo LSAW – Tubulação de Pressão & DEP

EM 10217 é o padrão europeu para tubos de aço soldados para fins de pressão. Está dividido em várias partes; para LSAW, estamos falando de PT 10217-2 (aços não ligados e aços ligados com propriedades específicas de temperatura elevada) e PT 10217-3 (ligas de aços de grão fino). As notas que você verá com mais frequência são P235GH, P265GH, e para maior resistência, S355J2H. São usados ​​em usinas de energia, plantas químicas, e sistemas de pressão industriais. A grande diferença da API 5L é a abordagem de testes e certificação. EM 10217 normalmente requer EN 10204 3.1 certificação - isso significa que a fábrica fornece um certificado de inspeção com resultados de testes, e é verificado por um inspetor independente. Esse é um nível mais alto de rastreabilidade do que API 5L PSL1, e comparável ao PSL2. Também, a química é ajustada para vasos de pressão: baixo carbono, resíduos controlados. P235GH, por exemplo, tem máximo C 0.16%, o que o torna muito soldável. Usei P265GH LSAW para linhas de vapor em uma usina de energia na Alemanha – a soldagem ocorreu sem problemas, e o tubo está em serviço há 15 anos sem problemas. Outro ponto chave: EM 10217 inclui requisitos para propriedades de temperatura elevada, como limite de escoamento a 300°C. Isso é fundamental para aplicações em usinas de energia. API 5L não fornece esses dados. Então, se você estiver projetando para altas temperaturas, EM 10217 é a melhor escolha. As dimensões se sobrepõem à API 5L —OD até 1626 mm, paredes até 60 mm - mas as designações de classe são diferentes. Uma armadilha que eu vi: alguém especificou PT 10217 tubo, mas depois tentei soldá-lo usando um procedimento API 5L. As químicas são semelhantes, mas não idênticas, e os requisitos de entrada de calor podem diferir. Sempre qualifique seu procedimento de soldagem para o padrão específico. Em termos de mercado, EM 10217 domina na Europa e é comum em projetos financiados por bancos europeus. Fora da Europa, é menos comum, mas você verá isso em projetos de energia e produtos químicos onde os padrões europeus são especificados. Para um projeto no Médio Oriente, usamos EN 10217 LSAW para uma usina de dessalinização porque o cliente era alemão. Funcionou bem, mas tivemos que educar os soldadores locais sobre os requisitos de certificação. Então, se você estiver especificando EN 10217, certifique-se de que sua cadeia de suprimentos entenda a papelada.

4. Tubo LSAW ASTM A252 - Empilhamento & Fundações offshore

ASTM A252 é o padrão para estacas de tubos de aço soldados. É um mundo diferente do gasoduto ou da tubulação de pressão. Aqui, o tubo é cravado no solo para apoiar as fundações - para edifícios, pontes, turbinas eólicas offshore, e estruturas marinhas. As notas são Gr.2 e Gr.3 (Gr.1 está obsoleto). Gr.2 tem um rendimento mínimo de 240 MPa, tração 414 MPa; Gr.3 é 310 Rendimento em MPa, 455 Tensão MPa. A química é menos restritiva que API 5L ou EN 10217 porque o tubo não carrega pressão interna – ele carrega cargas axiais e de flexão da estrutura. Mas isso não significa que a qualidade seja menos importante. de fato, empilhar tubos enfrenta condições brutais durante a condução: cargas de impacto de martelos, potencial flambagem, e corrosão no solo. Já vi estacas falharem porque o aço era muito frágil para as condições de cravação. Em um projeto no Vietnã, usamos estacas A252 Gr.3 LSAW para uma extensão de porta. As primeiras estacas racharam durante a cravação. A investigação mostrou que o equivalente de carbono era alto (0.48) e a resistência era baixa. Mudamos para um calor com laminação controlada e menor CE, e o problema parou. Portanto, embora o A252 não exija testes de impacto, Eu o recomendo para uma direção dinâmica, especialmente em climas frios. Outro ponto chave: tolerâncias dimensionais. Para empilhar, você precisa de um controle rígido da retidão e ovalidade para evitar emperramento durante a condução. A252 permite ±1% no diâmetro, o que é adequado, mas para trabalhos offshore, muitas vezes especifico tolerâncias mais rigorosas. Também, as extremidades precisam ser quadradas para emendas de soldagem. Eu vi pilhas com chanfros que estavam fora 3 mm, causando pesadelos de adaptação. Então, quando você encomenda o A252 LSAW, preste atenção ao preparo final. O método de formação geralmente é JCOE ou RBE. UOE é um exagero para empilhamento. E a espessura da parede pode ser substancial – até 60 mm ou mais para estacas offshore de grande diâmetro. Em termos de aplicações, A252 LSAW é usado para fundações de edifícios em terra, pilares da ponte, terminais marítimos, e cada vez mais para fundações eólicas offshore. As monoestacas para turbinas eólicas são enormes – até 10 metros de diâmetro - e geralmente são feitos de chapa, não do tubo, mas para monopilhas menores (até 3 metros), A252 LSAW é comum. Trabalhei em projetos eólicos offshore no Mar do Norte e no Estreito de Taiwan, e as estacas são críticas para toda a estrutura. Portanto, não trate o A252 como um “baixa tecnologia” padrão – é tão exigente quanto os padrões de pipeline à sua maneira.

V. LSAW vs ERW vs Spiral – Quando especificar LSAW

Esta é uma pergunta que recebo em todos os projetos. A resposta curta: quando a overdose acabar 24 polegadas, ou o muro acabou 20 mm, ou você precisa 100% UT da solda, ou você está em serviço offshore/dinâmico. Vamos decompô-lo. ERW é ótimo para diâmetros menores e paredes mais finas. É mais barato, mais rápido, e amplamente disponível. Mas ERW tem limitações: a solda é feita sem metal de adição, então é suscetível à falta de defeitos de fusão. E você não pode 100% UT a solda facilmente devido à geometria da bobina. Para oleodutos, ERW é adequado até X65 se você tiver boas práticas de usinagem. Eu vi as linhas ERW pela última vez 40 anos. Mas para offshore, onde a fadiga é crítica, LSAW é preferido porque a solda é mais forte e mais inspecionável. Espiral (SSAW) é outra opção para grandes diâmetros. É feito soldando em espiral uma bobina, para que possa atingir grandes diâmetros com paredes finas. Mas a solda em espiral é mais longa, e a direção do estresse é complicada. Para cargas estáticas, espiral pode ser econômica. Mas para serviços dinâmicos ou de alta pressão, LSAW é melhor. Já vi tubos espirais falharem por fadiga na solda porque a tensão era perpendicular à solda. Então minha regra: para transmissão de petróleo e gás, offshore, de alta pressão, ou serviço azedo, especifique LSAW. Para linhas de água, gás de baixa pressão, ou aplicações estruturais, espiral pode ser aceitável. E para diâmetros abaixo 24 polegadas, ERW é geralmente o mais econômico. Aqui está uma tabela das minhas notas de campo:

Vi. Garantia de qualidade LSAW – não opcional

Se você estiver pagando por LSAW, você está pagando pela qualidade. Mas a qualidade não acontece automaticamente. Você precisa especificar as inspeções corretas e responsabilizar a fábrica. Para serviços críticos, O tubo LSAW deve passar: 100% testes ultrassônicos (UT) da costura de solda de acordo com ASTM E213. Isso detecta falta de fusão, escória, e rachaduras. Para PSL2, é obrigatório. Para outros padrões, eu recomendo. Testes radiográficos (TR) por ASTM E94 também é comum, especialmente para paredes grossas. RT dá um registro permanente, mas é mais lento e mais caro. Para offshore, Costumo especificar UT e RT nos primeiros tubos para qualificar o procedimento, então UT para produção. O teste hidrostático é obrigatório de acordo com API 5L e EN 10217. Cada tubo é pressurizado a um nível de tensão especificado (geralmente 90% de rendimento) e segurou. Isso prova que o tubo pode suportar pressão e verifica se há vazamentos. Mas o teste hidrostático não encontra todos os defeitos – apenas encontra vazamentos através da parede. É por isso que o UT é essencial. Para notas mais altas (X65+), DWTT (Teste de rasgo de queda de peso) de acordo com API 5L Anexo A é necessário para PSL2. Isso testa a resistência à fratura frágil. Já vi tubos X65 que passaram pela tração, mas falharam no DWTT por causa de grãos grossos. Então não pule. Para serviço azedo, você precisa de HIC (Craqueamento Induzido por Hidrogênio) testes de acordo com NACE TM0284 e testes SSC de acordo com NACE TM0177. Estes são testes especializados que exigem cupons expostos a H2S acidificado. Nem todas as fábricas podem fazê-los, então planeje com antecedência. Em um projeto no Oriente Médio, tivemos que requalificar uma fábrica porque os resultados dos testes HIC foram marginais. Acrescentou três meses ao cronograma. Então inclua isso em sua linha do tempo. Também, por UM 10217, você vai precisar de PT 10204 3.1 certificação, o que significa que um inspetor independente verifica os resultados do teste. Essa é uma boa prática mesmo para projetos API 5L. Eu sempre peço relatórios de teste de moinho (MTRs) e revise-os cuidadosamente. Eu peguei notas erradas, números de calor errados, e faltando testes. O controle de qualidade não é apenas um trabalho da fábrica – é seu também.

Vii. Casos de falha em campo & Lições aprendidas

Viii. Diretrizes de seleção – Qual padrão para o seu trabalho?

Então, como você escolhe entre API 5L, EM 10217, e ASTM A252? Depende da aplicação. Para oleodutos e gasodutos, API 5L é a escolha óbvia. Mas você precisa decidir PSL1 vs PSL2, nota, e quaisquer requisitos suplementares (serviço azedo, offshore, etc.). Para tubulação de pressão em usinas de energia, plantas químicas, ou qualquer aplicação sob a Diretiva de Equipamentos de Pressão (DEP), EM 10217 é o padrão. Dá-lhe propriedades de temperatura elevada e EN 10204 certificação. Para estacas e fundações, ASTM A252 é o carro-chefe. Mas considere adicionar testes de impacto para direção dinâmica. Para estruturas offshore, você pode precisar de API 2B ou EN 10225, mas isso é outro artigo. Em termos de dimensões, todos os três cobrem faixas semelhantes: DO até 1626 mm, parede até 60 mm. Mas as designações de grau são diferentes, então não os misture. Já vi pedidos de compra que diziam “API 5L Gr. 3” -isso não existe. Gr.3 é ASTM A252. Então seja preciso. Também, considere a cadeia de suprimentos. Na Ásia, API 5L está amplamente disponível. Na Europa, EM 10217 é comum. Nos EUA, Regras ASTM. Mas as usinas globais podem fabricar qualquer um deles. O prazo de entrega pode variar. Para um projeto em África, especificamos API 5L porque o cliente estava familiarizado com ela, mas a fábrica estava na Europa e teve que ajustar os seus procedimentos. Acrescentou duas semanas. Então pense globalmente, mas especifique claramente.

IX. Resumo & Considerações finais

Depois de trinta anos, Passei a respeitar o tubo LSAW pelo que ele é: a única opção para grandes diâmetros, paredes grossas, e serviço crítico. API 5L, EM 10217, e ASTM A252 cada uma tem seus pontos fortes, e cada um tem suas peculiaridades. A chave é entender não apenas os números, mas as implicações no mundo real. API 5L oferece uma variedade de classificações para pipelines, mas você deve especificar o PSL e os suplementos corretos. EM 10217 oferece rastreabilidade e dados de temperatura elevada, mas as notas são diferentes. ASTM A252 é simples, mas não presuma que seja de baixa tecnologia – empilhar exige seus próprios cuidados. Em todos os casos, garantia de qualidade não é opcional. 100% UT, hidroteste, e para serviços críticos, Testes DWTT e HIC. E sempre qualifique seus procedimentos de soldagem para o material real. Eu aprendi essas lições da maneira mais difícil, através de falhas que custam tempo e dinheiro. Espero que este artigo ajude você a evitar esses mesmos erros. Se você tiver dúvidas, encontre um engenheiro antigo que esteve lá. Nem sempre somos fáceis de encontrar, mas geralmente estamos dispostos a compartilhar. Boa sorte com seus projetos, e que seus canos nunca vazem.