Evaluación de discontinuidades planas en juntas circunferenciales para gasoductos terrestres

Abstract

La alta demanda de energía para el desarrollo industrial de un país hace el uso del gas natural como una alternativa limpia y económica que permitirá reducción de costos con mayor eficiencia. El medio más barato de transportarlo hacia los puntos de mayor demanda es por medio de ductos de acero al carbono, lo cual obliga a garantizar su integridad mecánica, confiabilidad y disponibilidad. Siendo las uniones soldadas las que presentan mayor criticidad y sobre las cuales se debe tener un mayor cuidado durante la construcción de un gasoducto. Actualmente la construcción de gasoductos se realiza con procedimientos de soldadura semiautomáticos, lo cual permite mayores aportes de metal de soldadura en menor tiempo. Estas uniones soldadas pueden presentar discontinuidades típicas propias del proceso utilizado, sin embargo, los criterios de aceptación utilizados descritos en las normas están basados en el uso del proceso de soldadura por electrodo revestido y en base a la inspección por radiografía, sin considerar las propiedades mecánicas del material, geometría de la unión ni los esfuerzos que se den en el gasoducto durante su operación, tornándose un criterio de aceptación conservador. En el Capítulo 1 se expone el objetivo del presente trabajo, el cual consiste en evaluar los criterios alternativos de aceptación para discontinuidades planas en juntas soldadas circunferenciales, descritas en las normas API 1104:2005, API 1104:2007, API STD 579:2007, BS7910:2007 y CSA Z662:99. La evaluación permitió determinar la metodología de mayor practicidad de aplicación. En el Capítulo 2 se expone las etapas de la construcción de un dueto de transporte de gas, los procesos de soldadura mayormente utilizados y la caracterización de las discontinuidades propia de la soldadura en función de su naturaleza, orientación, posición y localización en la unión soldada. En el Capítulo 3 se detalla las cargas actuantes en un dueto y su interacción con las discontinuidades propias de la construcción de un gasoducto visto desde el punto de vista de integridad mecánica. En el Capítulo 4 se detalla la evaluación de forma cualitativa y cuantitativa de las metodologías descritas en las normas antes mencionadas, las cuales basan sus principios en criterios de la mecánica de la fractura aplicable a discontinuidades planas, debido a que las discontinuidades volumétricas (porosidad e inclusión de escoria) presentan menor probabilidad de falla. Luego de aplicar las metodologías para dos casos representativos se observaron las limitaciones que cada una de las normas presenta para su aplicación. Determinándose que la metodología descrita en la API 1104:2007 Apéndice A Opción 2 es la más adecuada para la evaluación de juntas soldadas circunferenciales, debido a que es aplicable a tuberías de pared fina y posee un análisis por colapso plástico, adecuado para su aplicación en los nuevos aceros desarrollados para la industria del gas, permitiendo obtener dimensiones de discontinuidades planas medianamente conservadoras. En el Capítulo 5 se muestra de forma resumida las iteraciones realizadas haciendo uso de la metodología descrita en la API 1104:2007 Apéndice A Opción 2, donde fue observado que posee ciertas limitaciones, tales como, que no aplica a discontinuidades donde la longitud sea menor a la altura, y no poseer un método para determinar la tensión máxima axial actuante en un ducto. Así también, se observó que el desarrollo de una curva de límites permisibles adimensionales para discontinuidades planas es aplicable a cierto rango de parámetros de evaluación, permitiendo su uso para diversas geometrías de tubos soldados (diámetro y espesor de pared) siempre y cuando los materiales sean de límite de elasticidad próximos, se haya utilizado el mismo proceso de soldadura y valores de tenacidad a la fractura próximos. En el Capítulo 6 se muestra la evaluación económica, donde se determinó que el costo de inversión para la elaboración de curvas de límites permisibles adimensionales para discontinuidades planas, para un determinado proyecto, es recuperable en un caso mediamente conservador a partir de la construcción de un tramo de 31 km. Siendo el uso de criterios alternativos de aceptación para uniones soldadas circunferenciales adecuadas para la construcción de ductos de grandes distancias en el orden de cientos de kilómetros.