Enfoque sistemático para evaluar la viabilidad de la conversión de una tubería existente para el almacenamiento de hidrógeno
Garantizar la integridad a largo plazo en condiciones operativas variables
El almacenamiento y el transporte de hidrógeno son fundamentales para la transición energética, y la reutilización de gasoductos ofrece una alternativa a la construcción de nuevos gasoductos con menos emisiones de carbono y disponibilidad inmediata. Sin embargo, la integración del hidrógeno en las redes de gas natural existentes plantea dificultades, y los códigos de la industria para la reutilización siguen sin desarrollarse y aún no se han adaptado a la evolución de la investigación.
Un reto clave en la reutilización de tuberías para el almacenamiento de hidrógeno es el impacto de los ciclos de fatiga en su integridad a largo plazo. Dada la función de almacenamiento, se esperan frecuentes fluctuaciones de presión, lo que somete a la tubería a repetidos ciclos de carga. En el servicio de hidrógeno, esto puede reducir significativamente la vida a la fatiga de defectos similares a grietas y de anomalías geométricas como abolladuras.
Este estudio de caso presenta el proceso para evaluar metódicamente la viabilidad técnica de la conversión de un gasoducto europeo de producción en tierra para el almacenamiento de hidrógeno. El objetivo era establecer un marco operativo seguro, maximizar la capacidad y garantizar la integridad a largo plazo en condiciones operativas variables.
El reto
Como parte del desarrollo de un centro verde de hidrógeno para abastecer a la industria regional y a los consumidores finales, se ha seleccionado un gasoducto de transmisión de gas natural en tierra para almacenar hidrógeno gaseoso para los periodos de máxima demanda y amortiguar la producción intermitente de hidrógeno.
El gasoducto se construyó inicialmente en la década de 1970. Posteriormente se añadieron otros segmentos, lo que dio lugar a diversos espesores de pared, grados de tubería, tipos de tubería, especificaciones y factores de diseño. Aunque parte de la documentación se había perdido debido al cambio de propietario, había pruebas claras de que algunos materiales podrían no ser ideales para el servicio de hidrógeno debido a su baja ductilidad y tenacidad. Por lo tanto, la confirmación de las poblaciones de tuberías y soldaduras a lo largo de la tubería y de sus propiedades mecánicas en hidrógeno gaseoso se identificó como un requisito clave para este proyecto.
Debido a las perturbaciones del proceso y a los cortos periodos de funcionamiento en húmedo combinados con la naturaleza del producto, se identificó el agrietamiento como una amenaza potencial. Esto sugiere que las grietas internas pueden haberse iniciado durante el servicio histórico, lo que requiere un diagnóstico y análisis más detallado para la conversión segura a las operaciones de hidrógeno.
Por último, las inspecciones de geometría, IMU y magnetización dual no se habían realizado en el pasado, por lo que existían incertidumbres sobre la presencia de características tales como abolladuras, áreas de alta tensión de flexión y puntos duros. Estas características afectan a la tolerancia de servicio del hidrógeno y requieren un análisis detallado para evaluar la idoneidad de la conversión. Una comparación con los datos históricos de inspección de tuberías similares del Almacén de Datos de Integridad garantizó que no era probable que se tratara de "obstáculos", pero se necesitaba una confirmación definitiva.
Nuestra solución
El primer paso consistió en identificar las amenazas a la integridad existentes que requerían una mayor evaluación para el servicio de hidrógeno debido a su menor tolerancia a los defectos, como la degradación de las propiedades mecánicas por fragilización por hidrógeno o el crecimiento de grietas bajo cargas estáticas y dinámicas, así como los riesgos potenciales de escalada como el agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) con pH casi neutro. Se llevó a cabo una revisión sistemática de los datos de diseño, construcción, funcionamiento e inspección, así como de los planes de gestión de la integridad existentes.
A continuación, se definió el estado de la tubería (antes de la conversión) en función de anomalías perjudiciales como la pérdida volumétrica de metal, los defectos geométricos, los defectos similares a grietas, los puntos duros y la deformación por flexión. Se llevó a cabo una evaluación de la aptitud para el servicio (FFS) para determinar la aceptación de estos defectos frente a la envolvente operativa objetivo (ciclo de presión) y otras cargas principales potenciales (por ejemplo, tensiones axiales) en hidrógeno.
En el siguiente paso, se desarrolló una estrategia de reutilización para abordar las principales hipótesis y lagunas identificadas en la evaluación inicial de viabilidad. Esta estrategia tuvo en cuenta los conocimientos de la industria sobre los retos que plantea el uso de hidrógeno gaseoso y garantizó el cumplimiento de la normativa local. Esto ayudó a obtener una imagen más racional de la idoneidad para el servicio de las tuberías y del perfil de riesgo bajo servicio de hidrógeno.
Los aspectos clave de la estrategia de reutilización incluyeron:
- Análisis de materiales y poblaciones de soldaduras: Identificación y categorización de secciones de tuberías en función de las propiedades mecánicas y el comportamiento de crecimiento de grietas en hidrógeno.
- Evaluación del rendimiento mecánico en hidrógeno: Evaluación de la resistencia a la fractura según los requisitos de CHMC1/ASTME1820 y análisis del crecimiento de grietas por fatiga.
- Evaluación del estado de las tuberías: Evaluación de las anomalías existentes y su aceptabilidad en el servicio de hidrógeno.
- Revisión de la mitigación de la integridad: Asegurar que los revestimientos externos, la protección catódica y la profundidad de la cubierta siguen siendo eficaces para el funcionamiento con hidrógeno.
- Ventanas de integridad operativa: Definir las ventanas con mayor probabilidad de una conversión segura y satisfactoria de la tubería.
La evaluación de viabilidad concluyó que el Escenario 1 (Caso Base) y el Escenario 2 no planteaban obstáculos significativos bajo las hipótesis dadas. El escenario 3 parecía viable, pero requería una reevaluación de las evaluaciones conservadoras de la fatiga de las abolladuras. Sin embargo, la hipótesis 4 presentaba graves riesgos para la seguridad de funcionamiento y no se recomendó su estudio.
Este enfoque estructurado proporcionó un marco claro para evaluar la idoneidad de la tubería para el almacenamiento de hidrógeno. El proyecto proporcionó una evaluación de viabilidad bien fundamentada, abordando sistemáticamente las amenazas a la integridad, evaluando el rendimiento de los materiales y garantizando el cumplimiento de la normativa. Este método mitigó el riesgo y optimizó el uso de la infraestructura existente, apoyando una transición energética más sostenible.
Su ventaja
- Experiencia multidisciplinar en ingeniería de integridad, incluyendo materiales, soldadura, corrosión, tecnología de inspección y especialistas en integridad.
- Un enfoque estructurado para la reutilización de tuberías que garantiza un conocimiento exhaustivo de las condiciones de las tuberías y los riesgos potenciales.
- Capacidades de ensayo específicas para probar el material y la exposición en una atmósfera de hidrógeno.
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Amplia gama de tecnologías de inspección en línea para detectar amenazas y defectos específicos del hidrógeno.