capitulo 2-tuberias

TUBERÍAS

Definición

Sistema formado por tubos los cuales pueden ser de diferentes materiales, diámetros y longitudes variable su principal función es permitir el transporte de liquido, gases o sólidos en suspensión (mezcla) en forma eficiente cumpliendo las normas estandarizadas. De acuerdo a las necesidades del trabajo que se va a ejecutar se realiza la selección de los estándares.

Cuando el líquido transportado es petróleo, su denominación específica oleoducto y gasoducto en gas.

Diferencias entre tubos y tuberías

• Tubo: Es una pieza hueca, generalmente cilíndrica y abierta por ambos extremos, que se utiliza en distintas aplicaciones, es un producto tubular de sección transversal constante.

• Tubería: Son tubos fabricados de acuerdo a los tamaños normalizados

Normalización

Es el proceso de elaborar, aplicar y mejorar las normas que se aplican a distintas actividades científicas, industriales o económicas con el fin de ordenarlas y mejorarlas.

La asociación estadounidense para pruebas de materiales (ASTM) define la normalización como el proceso de formular y aplicar reglas para una aproximación ordenada a una actividad específica para el beneficio y con la cooperación de todos los involucrados.

La ISO (International Organization for Standarization) indica que la normalización es la actividad que tiene por objeto establecer, ante problemas reales o potenciales, disposiciones destinadas a usos comunes y repetidos, con el fin de obtener un nivel de ordenamiento óptimo en un contexto dado, que puede ser tecnológico, político o económico.

Especificación de materiales de tuberías

• Abreviaturas y siglas

Principales materiales para la fabricación de tuberías

La asociación estadounidense para pruebas de materiales (ASTM) especifica mas de 500 tipos de diferentes materiales

Tuberías Metálicas

Ferrosos

- Acero al carbón (carbon steel)

- de baja aleación, acero de alta aleación

- Acero inoxidable (stainless steel)

- Hierro fundido (cast iron)

- Hierro forjado (wrought iron)

- Aleación de hierro fundido (alloy cast iron)

- Hierro nodular (nodular cast iron)

No Ferrosos

- Cobre (copper)

- Latón (brass)

- Cuproníquel

- Aluminio

- Aleaciones con níquel

- Monel de metal

- Plomo

- titanio, zirconio

Resumen de los principales materiales usados. • Tuberías metálicas

• Tuberías No metálicas

Tuberías No Metálicas

Materiales plásticos

- Policloruro de vinilo (PVC)

- Poliéster

- Acrílico

- Acetato de celulosa

- Poliepóxido (polímero termoestable)

- Polietileno

- Fenólico, etc.

- Fibrocemento

- Hormigón reforzado

- Caucho

- Barro de arcilla

- Caucho

- cerámica, porcelana,etc

Tubería metálica con revestimiento contra

la corrosión

Tubería de acero o de hierro con recubrimiento de

- Materiales plástico

- Caucho

- Asfalto

- Concreto

- Caucho, porcelana, grafito, etc.

Procesos de Fabricación de

tuberías

• El diseño de un sistema de tuberías consiste en el diseño de sus tuberías, brida, empaquetaduras, válvulas, accesorios, filtros, trampas de vapor juntas de expansión.

• Determinación del diámetro de la tubería, el cual depende fundamentalmente de las condiciones del proceso, es decir, del caudal, la velocidad y la presión del fluido.

• Asegurarse una separación efectiva entre secciones o conexiones de materiales diferentes instalando medios aislantes.

• La tubería no debe estar en contacto directo con estructuras metálicas conductivas.

• En calentadores y otros equipos críticos situados aguas arribas del sistemas en tuberías conteniendo un medio conductivo, no debe utilizarse empaques de carbón o grafito ya que puede dañar y provocar corrosión galvánica.

• Tamaños Utilizados: En países sin restricciones de producción de líneas individuales de los pozos son usualmente de 2 ½ a 4 pulgadas de diámetro. En pozos donde no se utilizan tubería de producción (Ejemplo: Medio Oriente) se usa diámetros de hasta 6 pulgadas. Estados Unidos: 2-4-6-8-10-18-20-24 y 26 pulgadas. En nuestro país de 2 a 26 pulgadas.

• Materiales: Línea de acero API o su equivalente se usa normalmente como tubería de flujo. Esta tubería usualmente esta especificada por la Norma API estándar 5L para tubería de baja presión o API estándar 5LX para altas presiones. 5L<1000 PSI; 5LX < 7500 PSI.

• Selección de los materiales de la tubería con base en corrosión, fragilización y resistencia.

• Selección de las clases de “rating” de bridas y válvulas.

• Cálculo del espesor mínimo de pared (Schedule) para las temperaturas y presiones de diseño, de manera que la tubería sea capaz de soportar los esfuerzos tangenciales producidos por la presión del fluido.

• Presiones: No se puede diseñar un sistema de tuberías, sin el previo análisis de las presiones de trabajo, es un factor de gran importancia en la industria petrolera

Guía general recomendada para diseñar sistemas de tuberías

Especificación de tuberías

Cédula (Schedule) Diámetro Nominal

DN = Diámetro externo real

DN >12 pulgadas DN ≈ Diámetro interno real

3 < DN <12 pulgadas

Tubería pequeña no se cumple

ANSI: Instituto Nacional Estadounidense de

Estándares

Título aquí • Existe cuatros grupos de procesos industriales de fabricación de tuberías:

Tuberías sin costura

(seamless pipe)

- Laminación (rolling)

(Diámetro grande)

- Extrusión (extrusion)

(Diámetro pequeño)

- Fundición (Casting)

Tuberías con costura

(welded pipe)

Fabricación con soldadura (Welding)

Fabricación de tuberías de acero al carbono

Fabricación por laminación

• Fig 1.1: etapas

• Fig 1.2: acabados

Extrusión y fundición

• Fig 1.3

Resistencia eléctrica

• Fig 1.6

• Fig 1.7

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Fabricación de tubería por laminación

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Acabado de tuberías por laminación

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Fabricación por extrusión

Se coloca un material macizo en estado pastoso en un recipiente de acero debajo de una poderosa prensa.

a) El émbolo de la prensa se acerca al macizo

b) Un mandril accionado por la prensa se coloca en el centro del macizo

c) El émbolo empuja al macizo obligando al material a pasar por el agujero de una matriz calibrada y por fuera del mandril formando un tubo

Sirve para la fabricación de tubos de acero de diámetro pequeño (< 8 𝑐𝑚) también para otros materiales (Al, Cu, latón, plomo, etc.)

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Fabricación por fundición

Se coloca el material del tubo en estado liquido en moldes especiales donde se solidifica adquiriendo su forma final.

Sirve para la fabricación de tubos de hierro fundido, algunas aleaciones especiales no forjables y para la mayoría de materiales no metálicos (barro, concreto, caucho)

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Tubos sin costura

Sirve para tubos de acero al carbono, acero inoxidable y hierro forjado en la gama de diámetros usados en la industria.

Existen dos disposiciones de costuras:

– Longitudinal

– Espiral (Fig. 1.4)

Se emplean dos tipos de soldadura:

• tope (butt-weld)

• sobrepuesta (lap-weld) (Fig. 1.5)

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Tubería con costura

Métodos de suelda

a) Soldadura eléctrica por arco protegido (adición de metal del electrodo)

b) Soldadura por resistencia eléctrica (electric resistance welding- ERW) (sin adición de metal)

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Fabricación de tubos soldados por resistencia eléctrica

• Una lamina de cierta longitud pasa por una maquina de rolos que forman tubos

• Esta lamina doblada y presionada para ser soldada corriente eléctrica (Fig. 1.6)

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Fabricación por soldadura de resistencia eléctrica

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Especificaciones de tubos de acero al carbono

• ASTM A-106 (soldados y sin costura) para alta temperatura

Tabla 1.1

• ASTM A-53 (con y sin costura) uso general

• API-5L similar a A-53, usados en líneas de flujo.

• API 5LX para alta resistencia, especial para oleoductos (grado X-42 y superiores)

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Tubería de acero especial

• Tubos de aleaciones de acero

Tabla 1.2: A-335, tubos sin costura

• Tubos de acero inoxidable

Tabla A.3

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Tubos de acero inoxidable

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Diámetros de tubos de acero (steel pipe)

• Diámetros comerciales de tubos de acero para transporte de fluidos. Están definidos en las normas americanas ANSI.B.36.10 y ANSI.B.36.19.

• 1/8 a 12 pulgadas, el diámetro nominal, no corresponde al diámetro externo de los tubos.

• De 14 a 36 pulgadas diámetro, si corresponde al diámetro externo

Fig 1.8: Secciones de 1” diámetro

Fig 1.9: Acabados de los extremos

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Datos para la requisición de tubería • Los tubos para el transporte de fluido siempre se refieren a su diámetro nominal.

• En una requisición de materiales se debe indicar

cantidad (longitud o peso por unidad)

diámetro nominal

espesor de paredes o numero de serie

norma dimensional de referencia

descripción completa del material

proceso de fabricación y acabado

tipo de acabado de los extremos de los tubos

especificación de la rosca

tipo de acabado externo o de revestimiento interno

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Uniones y bridas para tuberías

Principales medios de conexión de tuberías.

• uniones roscadas (screwed joints) Fig 2.1

• uniones soldadas (welded joints) Fig 2.2, 2.4

• uniones bridadas (flanged joints) Fig 2.5, 2.6 (tipos), Fig 2.7 (caras), 2.8 (presión de trabajo), Fig 2.9 (empaques), Fig 2.10 (pernos)

• otros medios

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¿Que es un HOT TAP?

Conocido también como Hot tapping, Es un método

utilizado para hacer reparación, mantenimiento y servicio

a tuberías y recipientes de alta presión, sin interrupción

de flujo ni derrames (petróleo, gas, gasolina, agua, entre

otros), es decir, que el sistema puede seguir en operación

mientras se hace la intervención o modificaciones a la

misma.

Un HOT TAP involucra soldar un accesorio (weldolet, Split

tee) en tuberías, cisternas o tanques bajo presión, con el

fin de instalar conexiones o anexos.