Autores: Khan Thran, Simon Slater
Relevancia de los puntos duros en la evaluación crítica de la ingeniería
Los puntos peligrosos están ahí... y lo sabemos. De todas las amenazas existentes que ponen en riesgo las tuberías hoy en día, los puntos duros se han convertido en una de las más vigiladas en los últimos años. En este artículo, Khan Thran y Simon Slater explican cómo los expertos de ROSEN ayudan con éxito a los operadores a gestionar la amenaza de los puntos duros mediante un enfoque riguroso y estructurado basado en el servicio de inspección en línea RoMat DMG.
Un punto duro se define como un área localizada con dureza aumentada en comparación con el metal base circundante [1]. La presencia de puntos duros, especialmente en combinación con otras amenazas como anomalías geométricas, características de fabricación, etc. tienen un impacto y relevancia significativos en la evaluación de la integridad y en la respuesta subsiguiente. Hasta hace poco, la industria tenía un conocimiento bastante rudimentario de los puntos duros. La evaluación de este tratamiento conlleva ciertos retos, entre los que se incluyen:
- ¿Qué tipos de puntos duros existen y cuáles son amenazas reales para la integridad?
- ¿Cómo confirmamos la presencia y comprendemos la naturaleza de los puntos duros?
- ¿Cómo evaluamos la integridad de los puntos duros?
- ¿Cómo nos centramos en las características adecuadas y sacamos el máximo partido a nuestro presupuesto de integridad?
- ¿Cómo abordamos la amenaza de los puntos duros? ¿Cuáles son las medidas correctivas adecuadas?
Obtención de datos fiables
El primer paso en cualquier proceso de toma de decisiones es disponer de datos fiables. Según los datos publicados en el periodo comprendido entre la década de 1960 y principios de la década de 2000, se sabe que las tuberías fabricadas antes de 1970, especialmente las tuberías soldadas con llama de A.O. Smith, son especialmente susceptibles a los puntos duros. En 2021, se produjo un cambio significativo en la normativa sobre gases, CFR 49 192. Una cláusula de nueva creación, CFR 192.632 - Engineering Critical Assessment for Maximum Allowable Operating Pressure MAOP Reconfirmation (Evaluación crítica de ingeniería para la reconfirmación de la presión operativa máxima permitida MAOP), establece explícitamente: "Si una tubería tiene segmentos que podrían ser susceptibles a puntos duros en función de la evaluación, fugas, fallos, historial de fabricación u otra información, el programa ILI debe incluir una herramienta que pueda detectar puntos duros". Para ello, el servicio RoMat Dual MaGnetization (DMG) de ROSEN, que se basa en la tecnología de flujo magnético estándar, puede servir como punto de partida de una estrategia de gestión de la integridad holística y coherente. Dado que los puntos duros poseen propiedades metalúrgicas diferentes -en concreto, permeabilidad magnética- en comparación con el metal circundante, la combinación de una saturación magnética completa con una magnetización inferior bien definida permite clasificar y dimensionar los puntos duros con exactitud y precisión.
Realizar una inspección en línea (ILI) es sólo la punta del iceberg. Comprender los resultados de la ILI y diferenciar los tipos de características del material endurecedor que pueden existir en la tubería es vital para asegurar que se implementa la respuesta correcta.
Entrega del servicio RoMat DMG
El uso de RoMat DMG puede apoyar los procesos de gestión de integridad establecidos y abordar la orientación normativa prevista relativa a la existencia de puntos duros como parte de la reconfirmación MAOP. El servicio se basa en un marco con RoMat DMG como piedra angular, como se muestra en la Figura 1 a continuación.
El marco comienza con un análisis de susceptibilidad, cuyo objetivo es interrogar a los datos disponibles relativos a la tubería y producir gráficos de diagnóstico para identificar las áreas de mayor susceptibilidad. Si ya se dispone de información ILI sobre grietas, pérdida de metal, estado del revestimiento, etc., estos datos se pueden alinear para dar más contenido a la evaluación de la susceptibilidad.
Proceso de evaluación de datos
Después de la inspección en línea RoMat DMG, la evaluación de datos produce un listado de características que contiene los puntos duros notificados y los detalles asociados. Este listado se revisa mediante un proceso iterativo entre los ingenieros de evaluación e integridad. Durante esta etapa, los resultados de la ILI son interrogados desde una perspectiva de integridad y posteriormente integrados con otra información disponible. Este proceso permite una comprensión exhaustiva de los datos comunicados, lo que aporta un valor añadido a la evaluación de la integridad.
Tras la entrega de un informe final, las excavaciones sobre el terreno son fundamentales para validar el sistema ILI e investigar/remediar la amenaza de puntos duros según sea necesario. Por lo tanto, se incorpora al servicio RoMat DMG una lista de características prioritarias del equipo de ingeniería de integridad para ayudar a los operadores en la selección de las excavaciones. Los resultados de campo se proporcionan a los proveedores de ILI, lo que permite una mejora continua del sistema con respecto a la probabilidad de detección (POD), la probabilidad de identificación (POI) y el dimensionamiento. La integración de los hallazgos del mundo real con los datos de la señal ILI también ayuda a definir qué constituye una amenaza y cómo gestionar los puntos duros de forma eficaz.
Avances en la tecnología DMG
Nuestra comprensión de los puntos duros y la tecnología DMG ha avanzado hasta el punto de que podemos detectar e identificar tres tipos diferentes de características del material de endurecimiento, como se explica a continuación. Las figuras siguientes muestran ejemplos de los tipos de características de puntos duros que la industria ha conocido y que fueron la base del desarrollo del servicio DMG de RoMat. La dureza de este tipo de características oscila entre 220 HBW y 400 HBW.
Los amplios esfuerzos de validación han permitido conocer y caracterizar otros dos tipos de características del material de endurecimiento. Las siguientes características - que se muestran en la siguiente figura - fueron reportadas por RoMat DMG, y son diferentes de lo que habíamos esperado, ya que muestran consistentemente un patrón circunferencial único de "diente de sierra" en la superficie interna, sin ninguna indicación observada en la superficie externa.
La dureza medida en la superficie interna de estas características oscila entre 190 HBW y 240 HBW. La dureza interna de estas características, aunque elevada en comparación con el metal base, es significativamente inferior al umbral sugerido para "defectos de puntos duros" por API 5L [1] de 327 HBW.
Otro grupo de características reportadas por RoMat DMG tiene puntos duros distintivos tanto en la superficie externa como en la interna, como se muestra en la siguiente figura; estos son a través de la pared.
La dureza medida en la superficie exterior de estas características puede alcanzar valores máximos de hasta 350 HBW y 240 HBW en la superficie interior. Basándose en la dureza y las dimensiones medidas, estas características deberían, según los criterios definidos en API 5L [1] clasificarse como "defectos de puntos duros".
Abordar la amenaza de los puntos duros
Antes de discutir las opciones de remediación apropiadas, es importante considerar las amenazas potenciales asociadas con los puntos duros. Por lo general, los puntos duros se crean durante el proceso de fabricación (temple localizado/reparaciones de soldadura); por lo tanto, es probable que hayan sobrevivido a las pruebas hidrostáticas de aceptación y puesta en servicio de la planta. En consecuencia, es tentador suponer que los puntos duros son defectos estables no perjudiciales y que, por lo tanto, representan una amenaza latente.
Susceptibilidad al agrietamiento por hidrógeno
Una de las principales preocupaciones asociadas a los puntos duros es la susceptibilidad al agrietamiento por hidrógeno. El hidrógeno puede estar presente en la superficie interna de la tubería procedente del producto transportado o en la superficie externa procedente de los suelos circundantes o de la reacción química debida al sistema de protección catódica. Por lo tanto, para las tuberías que transportan productos que no contienen una fuente de hidrógeno, y sin la presencia de características que interactúen, es menos probable que las características internas del material endurecedor constituyan una amenaza. Como la sustitución del gas natural por hidrógeno es cada vez más frecuente, la amenaza de las características internas de los materiales endurecedores deberá tenerse en cuenta a medida que este tema vaya madurando.
Las características externas de los materiales endurecedores, cuando interactúan con otros tratamientos, como daños de terceros, defectos de rotura superficial, etc., pueden aumentar la gravedad de dichas amenazas debido a la concentración de tensiones y a la fragilización del acero. Por lo tanto, los resultados de DMG pueden alinearse con otros datos de ILI y de campo para identificar cualquier coincidencia de puntos duros con otras amenazas. Además, la información sobre el desprendimiento del revestimiento procedente de la inspección EMAT puede ayudar a localizar las zonas en las que el hidrógeno puede migrar a la microestructura del acero. Con la presencia de puntos duros, estas zonas pueden convertirse en propicias para la formación de grietas. La figura 6 muestra la alineación de los resultados de DMG (imagen superior) e ILI de EMAT (imagen central), junto con la información del libro de tuberías (imagen inferior). Este ejercicio facilita la identificación de las características que interactúan, si las hay, y las correspondientes propiedades de la tubería.
¿Cuáles son los criterios de respuesta apropiados?
Actualmente, existe una orientación normativa limitada con respecto a una respuesta apropiada en términos de criterios de aceptación o remediación. Según la norma API 5L, los puntos duros con una dureza superior a 327 HBW se clasificarán como defecto. En consecuencia, muchos operadores se basan en esta norma de fabricación y utilizan la dureza notificada por DMG de 277 HBW [2] como umbral para la investigación sobre el terreno y la posterior sustitución si la dureza superior a 327 HBW se confirma mediante mediciones sobre el terreno. Sin embargo, ¿cuáles son los criterios de respuesta apropiados para los elementos cuya dureza notificada por ILI sea inferior a 277 HBW o cuya dureza medida sea inferior a 327 HBW?
Se debe dar prioridad a los elementos de material endurecedor que interactúen con otras amenazas, así como a los elementos situados en zonas con revestimiento disgregado y una fuente de hidrógeno. Además de cortar y sustituir una sección de la tubería, otras opciones de mitigación disponibles incluyen la instalación de un manguito de tipo B, el esmerilado de las características y la supervisión. En última instancia, las medidas de respuesta dependen de la tolerancia al riesgo del operador y de sus procedimientos de IMP. Adaptado a las necesidades individuales del cliente, el marco de servicio RoMat DMG de ROSEN ayuda al operador a gestionar la incertidumbre, maximizando los beneficios de la inspección en línea y mitigando la amenaza según sea necesario.
Además, mediante la combinación de múltiples tecnologías, RoMat DMG también puede recopilar datos de pérdida de metal (servicio RoCorr MFL), grado de la tubería (servicio RoMat PGS) y cartografía. La figura 7 muestra un ejemplo del servicio RoMat PGS, con cada punto de datos representando el límite elástico medido (YS) de una tubería individual a lo largo de la tubería y el código de colores utilizado para ilustrar las diferentes poblaciones identificadas. Los datos de puntos duros notificados por el servicio RoMat DMG se han superpuesto a estas poblaciones, y sus ubicaciones se muestran mediante líneas verticales discontinuas. Todos menos uno de los puntos duros notificados están incluidos en la población "A1". Este ejemplo muestra cómo la integración de múltiples conjuntos de datos puede revelar factores de riesgo y amenazas para la integridad que son específicos de cada población, apoyando así la gestión de la integridad en el futuro.
Conclusión
Como parte de su plan de gestión de la integridad y/o enfoque ECA para la reconfirmación MAOP, los operadores confían en los sistemas ILI para detectar, clasificar y dimensionar con precisión las anomalías de las tuberías. Además, es igualmente importante comprender la capacidad y las limitaciones de los ILI, así como la susceptibilidad a las amenazas. RoMat DMG es capaz de discriminar puntos duros y otros tipos de material endurecedor, con una mejora y un desarrollo continuos.
La integración de datos proporciona una imagen completa
La tecnología DMG sin duda seguirá madurando y aumentando para satisfacer las demandas de protección contra la amenaza de puntos duros, en particular a medida que los organismos reguladores proporcionen directrices actualizadas y completas sobre operaciones seguras en las tuberías. Además, aunque identificar la presencia de puntos duros en el sistema de tuberías es vital para cualquier IMP, es sólo una parte del panorama general. En última instancia, la integración de datos proporciona una imagen más completa de la amenaza potencial de los puntos duros específicamente -y de la integridad de los activos en general- a efectos de la verificación MAOP.
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Referencias
[1] API 5L, 46ª edición, abril de 2018, Sección 9.10.6: "Cualquier punto duro mayor de 50 mm (2,0 pulg.) en cualquier dirección se clasificará como defecto si su dureza excede 35 HRC, 345 HV10, o 327 HBW, basándose en indentaciones individuales."
[2] Con la tolerancia RoMAT DMG de ± 50HBW para las características del cuerpo de la tubería, el límite inferior de 327 HBW podría ser 277 HBW de ILI.