Historias de Aplicación

Dulces Resultados de Servicio Ácido
 

Scott Funderburk, Director del Segmento de Tubería de Marketing Global de Lincoln Electric, explica que seleccionar el consumible apropiado puede tener un efecto significativo en la soldadura de tuberías submarinas de servicio ácido.

La especificación de materiales juega una función crucial en el éxito e integridad de la soldadura de tuberías submarinas, especialmente tuberías de servicio ácido, particularmente cuando se trata de seleccionar consumibles de soldadura.

Un entorno de tubería de servicio ácido está definido por NACE bajo una especificación Internacional MR017 como “los fluidos que contienen agua y sulfuro de hidrógeno (H2S) con una presión total de 0.4MPa (65psia) o mayor, y si la presión parcial del sulfuro de hidrógeno en el gas es mayor que 0.0003MPa (0.05psia).”

Dicho de una forma más simple, las concentraciones de H2S, conocido como un gas ácido, se está volviendo cada vez más frecuente en las tuberías submarinas de petróleo y gas. No sólo es este gas casi tan mortífero como monóxido de carbono, también puede ser altamente dañino para las tuberías si no se especifican los materiales correctos; en tuberías externas, las soldaduras están expuestas a concentraciones más bajas de hidrógeno que aquellas en contacto con el entorno ácido encontrado en superficies dentro de la tubería. La corrosividad del sulfuro de hidrógeno puede dar lugar a agrietamiento por corrosión bajo tensión en el material soldado.

Consumibles para servicio ácido
Típicamente, acero al carbono de alta resistencia, grado X70, se utiliza para los trabajos de tubería submarina. No hay diferencias importantes en la soldadura de materiales X70 comparado con un acero de menor grado como el X65. Sin embargo, los consumibles de soldadura necesitan ser seleccionados para obtener los requisitos mecánicos específicos para este producto en particular.

 


Los consumibles para usarse con el acero al carbón de alta resistencia X70, debe ofrecer alta dureza, resistir la corrosión y agrietamiento inducido por el hidrógeno, ser adecuado para soldar en este tipo de acero con una buena soldabilidad y alta resistencia a la tensión y sin defectos de falta de fusión (DE). Los consumibles seleccionados también deben hacer frente a este tipo de métodos de ensayo no destructivos (NDT) como la radiografía o pruebas de ultrasonido automatizado (AUT).


Heavy Duty Pipe Welding
Figura 1 En el proyecto del oleoducto Manifa, VML necesita especificar el proceso de soldadura y los materiales que trabajaran en el tubo de alta resistencia y en un ambiente ácido, mientras que se mantiene el proyecto en marcha a un ritmo productivo, a tiempo y dentro del presupuesto.

 

Los consumibles GMAW de baja aleación están diseñados para la soldadura automática o semi-automática en los pases de raíz, paso caliente, de relleno y la tapa. En todas las posiciones en un máximo de tubería grado X80 y el paso de raíz en un máximo de tubería grado X100, haciendo de esta categoría de consumibles, la ideal para aceros al carbono de alta resistencia, utilizado en entornos de servicio de tuberías submarinas de ácido.

Algunos productos son capaces de producir las propiedades de impacto Charpy V-Notch de 69-95 J a -50 ° C. cumpliendo los estrictos requisitos que se exige en trabajos de tuberías, tales como Valentine Maritime con base en Abu Dhabi, (Golfo) LLC (VML) encontró a finales de 2010 un proyecto de instalación de 100 km de tuberías submarinas y por cable en el campo Manifa para Saudi Aramco.

 


Wire Placement of Spooled Wire
Figura 2 Mientras trabajaban en la tubería, los soldadores fueron capaces de lograr una colocación de soldadura precisa. El reparto y el tono de la cola de alambre se mantuvo de principio a fin, una vez colocado, no se desvía de la articulación.

Desafíos Submarinos
Cuando el contratista con experiencia en alta mar abordó la construcción de esta parte del proyecto de reurbanización Manifa Oilfield para el mayor productor de petróleo del mundo, Saudi Aramco, se enfrentó a muchos desafíos en el segmento de tubería submarina de 46 kilómetros x 42”, incluyendo la selección de materiales de soldadura.

VML se especializa en la construcción, instalación mantenimiento y la inspección submarina de plataformas marinas y tuberías submarinas, así como el alquiler de barcazas y embarcaciones marinas. La actividad principal de la empresa es la ejecución de importantes proyectos en alta mar EPC. El proyecto Saudi Aramco Manifa fue crucial, ya que era un EPC importante para VML.


La compañía inicio operaciones desde hace 20 años con la adquisición de una grúa barcaza laicos (DLB), el Regina-250. En 2010, se añadió otra barcaza y estaban dando un paso importante hacia adelante en su crecimiento. Por el encargo de la construcción de una tercera, aun mas grande, DLB. De acuerdo al gerente Subash Nair de proyectos de Valentine Maritime, una buena actuación con Saudi Aramco podría asegurar un largo camino hacia la flota de pipelay y las barcazas de perforación, para que permanezcan ocupadas durante los próximos años.

 

"Fue un proyecto muy importante para nosotros como compañía, ya que fue un gran avance con Saudi Aramco," -señala Nair.

Aunque las tripulaciones de VML habían instalado con éxito cientos de kilómetros de tubería submarina, ellos no habían soldado anteriormente tubería pesada, de 42” de diámetro, por 1.25” de espesor, grado X70 que este proyecto exigía. El proyecto también tuvo algunas áreas que utilizan tubería grado X65, otra opción conveniente para los ambientes agrios, incluyendo la válvula submarina sikd tie-in.

En el proyecto del oleoducto Manifa, VML necesita especificar el proceso de soldadura y los materiales que trabajaran tanto con el tubo de alta resistencia como en el medio ambiente ácido, mientras que se mantiene el proyecto funcionando a un ritmo muy productivo, a tiempo y dentro del presupuesto.

Los ingenieros de soldadura establecieron un proceso automatizado de soldadura (GMAW) en el modo de corto-circuito con un diseño de bisel en “J” estrecha, para lograr una tasa alta de soldaduras. Sin embargo, las juntas soldadas mediante un proceso MIG automatizado son más susceptibles a defectos por falta de fusión, por lo que fue necesario para VML implementar controles estrictos para los detalles de soldadura, incluyendo la correcta selección del alambre de soldadura.

 

Proceso de selección de alambre
¿El próximo reto? La selección de un consumible adecuado que supere la resistencia a la tensión de la tubería grado X70, ofreciendo poco o ningún poro y entregando excelentes propiedades de soldadura del metal, bajo estrictos requisitos de Arabia Aramco para la calidad en la producción de una línea de tiempo ajustado.

Para identificar el mejor consumible, VML ha probado varios alambres de varios fabricantes diferentes. Los Ingenieros crearon un total de 35 cupones de prueba, utilizando diferentes combinaciones de alambres y mezclas de gases. Los cupones se sometieron a ensayos no destructivos por ultrasonidos 100 por ciento automático y ensayos mecánicos. Llegando a la cima estaba el alambre MIG de baja aleación de Lincoln Electric, Pipeliner® 80Ni1.


Consuamble Pipeliner 80Ni1
Figura 3 El consumible seleccionado para el proyecto, Lincoln Electric Pipeliner 80Ni1 resistió micro porosidad encima de la raíz a través de la tapa pase, la entrega de un arco constante, sin problemas de todos los ángulos y para cada soldadura.

 

Este alambre vence a los competidores mediante la entrega de los resultados necesarios en todos los aspectos. Los Productos de la competencia revelaron micro porosidad encima de la raíz a través de la pase de tapa, pero el Pipeliner 80Ni1 mostro una fuerte resistencia a este fenómeno. También cumplió con todos los requisitos de propiedades mecánicas, incluyendo Charpy V-Notch, resistencia a la tensión y al deslizamiento de la fisura en la abertura de la punta (CTOD).

"Había una cantidad insignificante de poros en el metal de soldadura en comparación con otros alambres y marcas similares", señaló el ingeniero de soldadura. "Como resultado de la buena humectación natural de los consumibles, LOF fue totalmente eliminado."

Debido al gran diámetro y al espesor de 1.25”, AUT con una evaluación crítica de ingeniería aprobada (ECA) fue el método elegido para NDT desde un punto de vista de la velocidad y la sensibilidad. Esto, sin embargo, fue respaldado por un excelente equipo de soldadura de tuberías, que es una capacidad interna de VML.

En el trabajo
Una vez en el trabajo, el equipo profesional de soldadores de VML trabajó turnos seguidos. Se promediaron más de 79 juntas al día en la tubería de 42 "OD x 1.25" WT, con una tasa de reparación de menos de 3 por ciento. El pico de producción fue de 92 juntas al día.

 


Pipeline Welding
 

El ingeniero de soldadura añadió que su equipo de soldadura estaba “muy cómodo” utilizando el alambre MIG de baja-aleación, señalando que el alambre especificado no sólo entrega un excelente rendimiento con “una buena humectación de la pared y penetración,” sino que también era fácil de utilizar.

“El alambre se destacó por su capacidad de alimentación superior y características de rendimiento,” dijo. “También entregó un arco constante, sin problemas de todos los ángulos y para cada soldadura.”

Mientras trabajaban en la tubería, los soldadores también fueron capaces de lograr la colocación de alambre precisa. Esto fue posible debido a que el inicio y el paso del alambre en cola se mantienen de principio a fin de la soldadura. Una vez colocado, no se desvían de la junta. En general, la productividad mejoró en casi un 20 por ciento con un bajo tiempo de inactividad y dentro de los parámetros presupuestarios.

"Detener la producción de un trabajo submarino por un día incurre en unos pocos cientos de miles de dólares, más de la pérdida. No solamente afecta nuestra calidad de producto, sino también nuestra calidad de servicio ", según el director del proyecto. "Es más, gracias a los criterios de aceptación generales de este alambre, que reducen la presión sobre los soldadores. Esto nos permite aprovechar al máximo nuestro presupuesto sin comprometer la calidad y la producción.”

 

Muchas variables para considerar
La especificación de los consumibles para cualquier proyecto offshore, particularmente tuberías submarinas de servicio ácido, toma muy en cuenta muchos factores de consideración; del proceso de soldadura, del grado y grosor del acero, rigurosos requisitos bajo consideración ECA, escogiendo el electrodo correcto toma tiempo y pruebas.

Al final, este tiempo y atención a la elección de la especificación / proceso entrega un retorno definitivo de la inversión. Con el correcto consumible, las soldaduras en los ambientes ácidos mantendrán la integridad y evitaran LOF defectos y el agrietamiento por sSulfuro de Hhidrógeno, entre otras fallas.

Finalmente, la correcta especificación del alambre de soldadura puede contribuir a beneficios generales, no sólo en calidad, sino también proyectar la productividad. Las juntas soldadas bien la primera vez, pueden mantener un trabajo en tiempo o antes de lo previsto, como el ejemplo de VML sugiere.

“No esperábamos ese nivel de rendimiento,” dijo el PM, mirando atrás en el trabajo después del largo proceso de especificación de los consumibles. “Saudi Aramco También se sorprendido gratamente por la calidad de la producción y la eficiencia del trabajo por un contratista por primera vez, trabajando bajo estrictos requisitos de calidad y seguridad de Saudi Aramco, VML ahora puede hacer una oferta a futuros proyectos submarinos para este cliente estimado.”

En una Mirada…

Valentine Maritime, con sede en Abu Dhabi, construyó 46 kilómetros de tubería submarina de servicio ácido en el campo petrolífero de Manifa para Saudi Aramco.

El proyecto contó con estrictos requisitos de calidad y una fecha límite de conclusión estricta.

La tubería especificada para el proyecto fue de 42” O.D. x 1.25” WT, acero al carbón de alta resistencia grado X70.

El tubo fue soldado utilizando un proceso MIG automatizado en transferencia de corto circuito, con un bisel en “J” cerrado para lograr una tasa alta de producción.

Los ingenieros buscaron un alambre de soldadura que superara la resistencia a la tensión de la tubería grado X70 y tuviera poca o ningún defecto de falta de fusión.

Después de la prueba completa de más de 30 diferentes consumibles, el equipo de soldadura fue la Pipeliner® 80Ni1 de Lincoln Electric.

El alambre seleccionado supero los requisitos de ensayos no destructivos, así como requisitos mecánicos claves, incluyendo Charpy V-Notch, resistencia a la tensión y la fisura por desplazamiento de la apertura de la punta (CTOD).

En el trabajo, los soldadores consiguen la colocación precisa de alambre, mejora de la productividad de hasta un 18.5 por ciento con un bajo tiempo de inactividad y un promedio de 75 juntas por día con una tasa de reparación de menos de 3 por ciento.

 

Artículo reproducido de Mundo de Tuberías, mayo 2012