Integridad y vida útil de tuberías de

presión de centrales hidráulicas de EPM

Juan Guillermo García Quijano

CET Estudios y Asimilación Tecnológica

1. Antecedentes

2. Objetivos

3. Alcance del Trabajo

4. Plan de inspección

5. Ejecución de la inspección

6. Resultados

7. Conclusiones

8. Preguntas

Agenda

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

Antecedentes

1. AntecedentesIntegridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

Las tuberías de presión de las centrales de generación no contaban con un

programa periódico de inspecciones generales de integridad.

Como iniciativas individuales se llegaron a tomar mediciones de

espesores en pequeñas zonas determinadas de algunas tuberías, no se

conocía la vida útil residual general de estos activos.

El deterioro debido al paso del tiempo y a condiciones ambientales

adversas en algunos casos, ha impactado el estado de estos activos, los

cuales son parte fundamental del proceso generar energía.

Objetivos

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

2. Objetivos

Principal

Determinar mediante mediciones de ultrasonido y ensayos no destructivos

el estado e integridad de las tuberías de presión.

Específicos

• Determinar el estado de la capa protectora exterior.

• Determinar la vida útil residual de las tuberías de presión.

• Determinar los espesores actuales y la velocidad de pérdida de espesor.

• Determinar las reparaciones necesarias a corto y mediano plazo para

garantizar la prestación segura del servicio.

Alcance de la inspección

Los trabajos de inspección se realizaron en las tuberías de presión de las

siguientes centrales de generación:

3. Alcance de la inspecciónIntegridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

• GUATAPÉ (etapas I y II)

• LA TASAJERA

• GUADALUPE III

• GUADALUPE IV

• RIOGRANDE I

• RIOGRANDE I (auxiliar)

• AYURÁ

• DOLORES

• PAJARITO

• LA HERRADURA

• LA VUELTA

• SONSÓN I

• SONSÓN II

• CARACOLÍ

Mediciones y pruebas

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

• Scan A (medición espesores)

• Scan C (estado del material)

• CB Scan (inspección en zonas transición concreto tubería, debajo de

zunchos).

• Ondas Guiadas

3. Alcance de la inspección

Mediciones y pruebas

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

• Partículas magnéticas (soldaduras)

• Metalografía

• Dureza

• PMI (Positive Material Identification)

• Espesor película seca (capa protectora)

3. Alcance de la inspección

Plan de inspección

4. Plan de Inspección

El plan de inspección contempla:

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

• Inspección visual: Para determinar condición del recubrimiento, corrosión

externa (generalizada, picaduras), golpes, daños mecánicos, abolladuras,

defectos superficiales en la soldadura (poros, grietas, socavados) y

dimensionamiento del equipo.

• Ultrasonido Scan A: Para determinar el espesor actual del recipiente con el fin

de verificar el estado de corrosión/erosión de la tubería.

• Ultrasonido Scan C: Para determinar pérdidas de espesor internas y defectos de

la pared metálica de la tubería en un área determinada.

4. Plan de Inspección

El plan de inspección contempla:

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

• Ultrasonido CB Scan: Para determinar pérdidas de espesor internas y defectos

de la pared metálica de la tubería en las áreas de transición concreto-tubería, y

en las zonas de contacto zuncho-tubería.

• Partículas Magnéticas: Para encontrar defectos en la soldadura, tales como

socavados, pérdidas, grietas u otras indicaciones que puedan ser defectuosos

para la operación de la tubería.

• Caracterización de materiales: Se realizarán los ensayos PMI, durezas y

metalografías, con el fin de validar materiales usados en la construcción, y a su

vez detectar transformaciones del material asociadas a su vejez y tiempo de

operación.

4. Plan de Inspección

Cantidades de mediciones y pruebas

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

• Inspección visual de la tubería

✓ Inspector API570

• Inspección del sistema de recubrimiento

externo

✓ Inspector NACE nivel II

✓ Adherencia pull-off

✓ Espesor de película seca

• SCAN A

✓ 8 medidas radiales cada 2 metros

• SCAN C

✓ 1 medición 20 x 20 cm cada 3 metros

• CB SCAN

✓ 1 medición cada 3 metros

• Partículas magnéticas

✓ 1 metro de soldadura cada 12 metros de

longitud

• Durezas

✓ 5 puntos

• Metalografías

✓ 5 puntos

Técnicos certificados en ultrasonido nivel II

Ejecución de la inspección

El plan de trabajo contempla:

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

• Recopilación y análisis de información de la tubería.

• Inspección visual de la tubería.

• Inspección del sistema de recubrimiento externo.

• Determinación de espesor actual de la tubería mediante SCAN A.

• Inspección por ultrasonido SCAN C y CB SCAN a la pared metálica de la tubería.

• Inspección de soldaduras.

• Caracterización de materiales (PMI, durezas, metalografías).

• Evaluación de la inspección bajo API570

• Estimación de la vida residual de la tubería.

• Elaboración de informe técnico de resultados de la inspección efectuada, registro

fotográfico correspondiente.

5. Ejecución de la inspección

La evaluación de la inspección bajo API570 contempla:

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

• Consideraciones de diseño, operación y mantenimiento

• Espesor mínimo requerido: El espesor mínimo requerido para la tubería se calcula de

acuerdo al código de construcción ASME B31.1 en el parágrafo 104.1.2

• Máxima Presión de Trabajo (MAWP):

5. Ejecución de la inspección

La evaluación de la inspección bajo API570 contempla:

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

• Velocidad de corrosión: El método empleado para el cálculo de la velocidad de corrosión es

“tiempo largo”, debido a la ausencia de registros de inspecciones previas que permitan

tener una valoración para cálculos de ratas en tiempo corto. Se calcula para la tubería

tomando los siguientes valores de acuerdo con API-570 numeral 7.1.1

5. Ejecución de la inspección

La evaluación de la inspección bajo API570 contempla:

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

• Vida Remanente: La vida remanente RL, ha sido calculada teniendo en consideración

la rata de corrosión a largo plazo y tomando el espesor requerido (𝑡𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜)

calculado por la fórmula de diseño de acuerdo con API-570 numeral 7.1.1.

• Espesor proyectado: Se calculó según la fórmula del según API-570 numeral 7.2

5. Ejecución de la inspección

Resultados

6. Resultados InspecciónIntegridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

Scan A

• Pérdidas de espesor por corrosión interna y externa.

6. Resultados InspecciónIntegridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

Scan C

• Pérdidas de

espesor por

corrosión interna.

• Laminaciones.

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

CB Scan

• Pérdidas de

espesor por

corrosión interna.

6. Resultados Inspección

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

Partículas magnéticas

• Pérdidas de

espesor por

corrosión interna.

6. Resultados Inspección

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

Caracterización de materiales

6. Resultados Inspección

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

UBICACION LONGITUD m DIAMETRO mm Inspección API570 Capa Protectora

GUATAPE I 908 3100 Laminaciones, espesores (zunchos) Fin vida util

GUATAPE II 908 3100 Laminaciones, espesores (zunchos) Fin vida util

TASAJERA 562 2600 Laminaciones, espesores (zunchos) Fin vida util

GUADALUPE III (1) 845 2400 Laminaciones, espesores (zunchos) Planeación

GUADALUPE III (2) 795 3280 Espesores (zunchos) Planeación

GUADALUPE IV 529 3140 Laminaciones, espesores (zunchos) Planeación

RIOGRANDE I 950 1980 Laminaciones Planeación

RIOGRANDE I (conducción) 535 3374 Laminaciones Planeación

RIOGRANDE I (Auxiliar) 650 508 Cumple Fin vida util

AYURA II 1170 800 Laminaciones, golpes Bien

AYURA III 1150 900 Laminaciones, golpes Bien

DOLORES 435 1700 Cumple Bien

PAJARITO 711 1200 Laminaciones Bien

LA HERRADURA 710 1700 Laminaciones Bien/Mtto

LA VUELTA 297 1750 Laminaciones Bien

SONSON I 760 700 Espesores, laminaciones, soldaduras Fin vida util

SONSON II 756 700 Laminaciones Fin vida util

6. Resultados Inspección

Resumen resultados

API570

Recomendaciones inspección bajo API570

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

Realizar evaluación de ingeniería por API-579 FITNESS FOR SERVICE Nivel 3 (FFS Lv3) y

simulación por elementos finitos con el fin de determinar:

• El espesor requerido por diseño de la chapa de la tuberías zunchadas, y continuar con

consideraciones por API-570 para calcular la vida residual.

• Evaluar las zonas con pérdida interna y externa de material, las cuales se evaluaron y no

aprobaron FFS Nivel 1, y calcular la vida residual.

• Evaluar las zonas con laminaciones, las cuales se evaluaron y no aprobaron FFS Nivel 1.

• Evaluar las zonas con corrosiones, las cuales se evaluaron y no aprobaron FFS Nivel 1.

6. Resultados Inspección

Evaluación bajo API579 Fitness For Service nivel 3

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

Se realiza Análisis de Esfuerzos de la tubería con el fin de refinar el cálculo de la MAWP y el

espesor requerido, y el análisis de aquellas laminaciones y corrosiones que fueron rechazadas

por el nivel I de evaluación.

6. Resultados Inspección

Revison y extraccion de informacion

• Informacion de construccion del sistema

• Informacion de la picadura localizada.

• Informe final de la estacion.

• Isometrico del sistema

• Plantilla de espesores

• Reporte de inspeccion visual detallada asociado

Revision de aplicabilidad y datos

necesarios

Revision de seccion 5.2 y

5.3 de API 579

API 579 2016

Evaluacion nivel II

Evaluacion nivel II segun API 579 secc

5.4.3

API 579 2016

Evaluacion nivel III

Evaluacion nivel III segun API 579 secc

5.4.4

• API 579 2016• ASME VIII

Div.2_2015

Evaluacion de resultados y conclusiones

Evaluación bajo API579 Fitness For Service nivel 3

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

Metodología Análisis de esfuerzos

Se calculan los esfuerzos de las tuberías causados por el peso de las tuberías, los accesorios y

la presión estática de la tubería. Se utiliza el programa CAESAR II para realizar un modelo del

sistema.

• Fase I Identificación de la línea: Se recopilan todos los registros que se tengan con relación

a la construcción y operación de la línea, memorias de cálculo y planos ASBUILT.

• Fase II Construcción del modelo matemático: Con la información recopilada se elaboran

tablas de información, las cuales se ingresan al programa CAESAR II, que da como resultado

un modelo geométrico, el cual al someterse a cargas y condiciones de frontera constituye el

modelo matemático del sistema.

6. Resultados Inspección

Evaluación bajo API579 Fitness For Service nivel 3

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

Metodología Análisis de esfuerzos

• Fase III Solución del modelo matemático: Se obtienen propiedades geométricas del modelo

(centro de masa y momento de inercia), distribuciones de esfuerzos, desplazamiento y

deformación para cada uno de los nodos considerados.

• Fase IV Análisis de los resultados: Con los resultados se analiza la información obtenida

comparándola contra los criterios de falla establecidos dentro de los códigos de

construcción, normalmente se utilizan como criterios de falla la energía máxima de

distorsión y el esfuerzo de Tresca.

6. Resultados Inspección

Evaluación bajo API579 Fitness For Service nivel 3

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

Metodología Análisis de laminaciones

• La evaluación de las laminaciones encontradas se realizará siguiendo el siguiente

esquema de trece pasos recomendado por API 579 FFS Lv3.

Metodología Análisis corrosión localizada

• Se realiza la evaluación de las corrosiones localizadas según la parte 5 del estándar (API,

API 579 Fitness for service, 2016, pp. 5-1).

6. Resultados Inspección

Evaluación bajo API579 Fitness For Service nivel 3

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

6. Resultados Inspección

Modelo Geométrico

Evaluación bajo API579 Fitness For Service nivel 3

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

6. Resultados Inspección

Resumen espesoresResumen Esfuerzos

Evaluación bajo API579 Fitness For Service nivel 3

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

6. Resultados Inspección

Resumen PresiónResumen espesoresResumen Esfuerzos

Zona de inestabilidad Región inaceptable

Falla súbita

Colapso plástico

Evaluación bajo API579 Fitness For Service nivel 3

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

6. Resultados Inspección

Análisis laminaciones y corrosiones

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

6. Resultados Inspección

Resumen resultados

API579 FFS Lv3

UBICACIONLONGITUD

m

DIAMETRO

mmInspección API570 Inspección API579 FFS Lv3

Vida útil

(años)

GUATAPE I 908 3100Laminaciones,

espesores (zunchos)CUMPLE 15 - 20

GUATAPE II 908 3100Laminaciones,

espesores (zunchos)CUMPLE 15 - 20

TASAJERA 562 2600Laminaciones,

espesores (zunchos)CUMPLE 15 - 20

GUADALUPE III (1) 845 2400Laminaciones,

espesores (zunchos)CUMPLE 15 - 20

GUADALUPE III (2) 795 3280 Espesores (zunchos) CUMPLE 15 - 20

GUADALUPE IV 529 3140Laminaciones,

espesores (zunchos)CUMPLE 15 - 20

RIOGRANDE I 950 1980 Laminaciones CUMPLE 15 - 20

RIOGRANDE I (conducción) 535 3374 Laminaciones CUMPLE 15 - 20

RIOGRANDE I (Auxiliar) 650 508 Cumple No requiere 10- 15

AYURA II 1170 800 Laminaciones, golpes CUMPLE 15 - 20

AYURA III 1150 900 Laminaciones, golpes CUMPLE 15 - 20

DOLORES 435 1700 Cumple No requiere 15 - 20

PAJARITO 711 1200 Laminaciones CUMPLE 15 - 20

LA HERRADURA 710 1700 Laminaciones CUMPLE 15 - 20

LA VUELTA 297 1750 Laminaciones CUMPLE 15 - 20

SONSON I 760 700Espesores,

laminaciones, CUMPLE 10- 15

SONSON II 756 700 Laminaciones CUMPLE 15 - 20

Conclusiones

Integridad y vida útil de tuberías de presión de centrales hidráulicas de EPM

• La inspección especializada de las tuberías de presión debe convertirse en una tarea

periódica de mantenimiento predictivo, son activos que se deben monitorear e

inspeccionar periódicamente.

• Las tecnologías actuales de END para inspecciones permite conocer con mas detalle el

estado e integridad de las tuberías, permitiendo extender su uso con seguridad y

control.

• Conocer el estado de las tuberías y su vida útil permite planificar a corto, mediano y

largo plazo los trabajos de mantenimiento y reposición requeridos.

7. Conclusiones

Muchasgracias