Crear un enfoque global para hacer frente a las tensiones coincidentes
Combinación de métodos de evaluación
Las tuberías pueden estar sometidas a importantes tensiones, que pueden afectar a las presiones de fallo de anomalías como la corrosión. Aunque existe una gran variedad de evaluaciones disponibles, a menudo tienen limitaciones. En este artículo se discute la posibilidad de combinar varios métodos existentes para proporcionar una evaluación eficiente y fiable, así como la validación de este enfoque.
Sabemos que las tuberías se evalúan normalmente teniendo en cuenta la carga de presión interna, pero las tuberías también pueden estar sujetas a tensiones de compresión axial adicionales, por ejemplo, por expansión térmica, flexión o movimiento del suelo. Si estas tensiones de compresión llegan a ser significativas, pueden interactuar con la presión interna y reducir la presión de fallo de una anomalía. Por lo tanto, a menos que se tengan en cuenta estas tensiones, algunas evaluaciones pueden proporcionar resultados no conservadores.
Se han desarrollado métodos para tener en cuenta la corrosión sujeta a cargas combinadas, como los enfoques desarrollados por el Southwest Research Institute o el método RPA-PLLC desarrollado por Petrobras. Sin embargo, el método más utilizado es el método de compresión DNVGL-RP-F101.
Sin embargo, este método tiene algunas limitaciones de aplicabilidad. Dado que utiliza una aproximación de área basada en la longitud total de la corrosión y la profundidad máxima de cada anomalía evaluada, no tiene en cuenta el perfil de la corrosión. Cuando las anomalías tienen perfiles complejos, esta simple aproximación de área puede resultar en una estimación excesivamente conservadora de la presión de fallo, dependiendo del perfil.
Por el contrario, los métodos de evaluación ampliamente reconocidos ASME B31G modificado y RStreng detallado permiten tener en cuenta el perfil de corrosión, pero estas evaluaciones sólo evalúan el fallo debido a la carga de presión interna. De hecho, en estos casos, ASME B31G indica al usuario que "se remita a un documento de orientación más completo sobre la idoneidad para los fines previstos"
Para resolver ambos problemas, propusimos aplicar la lógica dentro de la evaluación DNVGL a las evaluaciones Modified B31G y Detailed RStreng, de modo que pudieran considerar las anomalías sujetas a carga combinada teniendo también en cuenta el perfil de la corrosión.
La parte técnica
El método DNVGL asume que la superficie de fallo sigue la forma del criterio de fallo de Tresca, y se considera que el fallo se produce cuando la tensión efectiva es igual a la tensión de flujo. El criterio de Tresca se basa en principios de ingeniería y, por tanto, no está relacionado específicamente con la ecuación de presión de fallo de la DNVGL. Lógicamente, creemos que también puede aplicarse a otros métodos.
El método de compresión DNVGL estima inicialmente la presión de fallo utilizando únicamente la ecuación para la carga de presión interna. Para tener en cuenta la influencia de las tensiones de compresión adicionales, aplica un factor de corrección lineal (H1) a la estimación inicial de la presión de fallo. Cuando H1 es inferior a 1, la presión de fallo de la anomalía se reduce debido a la influencia de la tensión de compresión. Si la tensión no es lo suficientemente significativa, entonces no hay reducción de la estimación inicial de la presión de fallo.
Si se comparan las ecuaciones de presión de fallo de DNVGL y B31G modificada cuando se considera sólo la carga de presión interna, en realidad son muy similares. Tres diferencias clave son la tensión de flujo, el factor de abombamiento y la suposición de área. Al modificar la ecuación B31G modificada, adoptamos el factor de corrección basado en Tresca utilizado por DNVGL.
Combinando la ecuación B31G modificada estándar sólo para carga de presión interna con el factor de corrección basado en Tresca, tenemos una nueva ecuación B31G modificada propuesta para su uso. La misma lógica puede aplicarse a otros métodos, como el método B31G Original, asegurándose de que se utilizan las definiciones adecuadas para el factor de abombamiento y el factor de perfil de acuerdo con las definidas para los métodos de evaluación específicos. Sin embargo, el método de mayor interés es el enfoque RStreng Detallado, que permite tener en cuenta el perfil de corrosión.
Aunque la comparación inicial parecía prometedora, el método necesitaba validación.
Validación del enfoque
Para validar los resultados de las ecuaciones recién modificadas, utilizamos los resultados de 27 pruebas de rotura a escala real, con el apoyo adicional de un estudio paramétrico basado en el análisis de elementos finitos (FEA) que incluía 28 simulaciones FEA.
El estudio paramétrico FEA fue particularmente beneficioso porque las pruebas a escala real normalmente sólo consideran anomalías de fondo plano único y el FEA nos permitió considerar una gama mucho más amplia de perfil de corrosión. Esto fue una consideración importante para el método compresivo RStreng detallado, ya que nos permitió considerar el perfil de corrosión.
Para cada simulación, se realizó una evaluación de resistencia API 579 Nivel 3 para estimar la presión de fallo bajo carga combinada (es decir, presión interna y compresión axial). Las comparaciones para cada método de compresión teniendo en cuenta los datos de las pruebas a escala real y las simulaciones de elementos finitos se muestran en los siguientes gráficos.
En los gráficos, el eje x representa la presión de fallo obtenida a partir de las pruebas a escala real o del AEF, y el eje y presenta la presión de fallo predicha por las diferentes ecuaciones de evaluación de la compresión. Los puntos situados por debajo de la línea roja muestran que la tensión de fallo predicha a partir de las ecuaciones es conservadora con respecto a los resultados del AEF o de los ensayos a escala real.
Las tensiones de fallo predichas utilizando aproximaciones de área simples (DNVGL y B31G modificado) son comparables, y ambas presentan un nivel relativamente alto de conservadurismo cuando se comparan con las simulaciones del AEF. Esto es de esperar, ya que los casos de AEF se diseñaron específicamente para considerar perfiles de corrosión más complejos. Cuando se comparan con las predicciones de tensión de fallo utilizando el método RStreng detallado, está claro que los resultados de RStreng detallado fueron notablemente menos conservadores que los de las simulaciones de AEF, ya que se pudieron tener en cuenta los perfiles de corrosión.
En base a estos resultados, se consideró que los métodos de carga combinada modificados propuestos proporcionaban predicciones seguras.
Estudio de caso
Para demostrar el beneficio potencial de utilizar una evaluación basada en el perfil cuando existe una carga de compresión significativa, se consideró un estudio de caso para una tubería de 20" que operaba con una temperatura máxima de 90°C. Esta línea fue inspeccionada utilizando una herramienta de medición ultrasónica del espesor de la pared (UT), que identificó una extensa corrosión externa alrededor de la circunferencia de la tubería, con un gran número de áreas complejas de corrosión que eran típicamente axialmente largas y con extensiones circunferenciales significativas y perfiles de profundidad variables.
La imagen de ejemplo muestra un grupo representativo de corrosión reportado por la herramienta UT ILI; el UT C-scan se muestra arriba, y el perfil de fondo de río asociado se muestra abajo.
El número de reparaciones/investigaciones previstas se calculó utilizando los métodos de carga compresiva DNVGL y Detailed RStreng. Los resultados mostrados en la siguiente tabla muestran un claro beneficio potencial utilizando los nuevos métodos propuestos.
Conclusión
Para evaluar la corrosión sometida a presión interna combinada y carga compresiva sin dejar de considerar el perfil de corrosión, se han realizado modificaciones en los enfoques B31G Modificado y RStreng Detallado. Los resultados de estas modificaciones se validaron con datos de pruebas a escala real y simulaciones de elementos finitos, y se comprobó que ambos resultados modificados proporcionaban predicciones seguras. El método RStreng detallado, en particular, proporcionó predicciones seguras, pero también dio lugar a resultados menos conservadores que las aproximaciones de área simples de DNVGL o B31G modificado. Esto permite utilizar un método de área eficaz cuando la carga de compresión es significativa.