Normas para tuberías de acero sin costura para la colocación de carretes submarinos

Resumen: Este documento compara estándares y especificaciones para Tubos de acero sin costura Utilizado en el tendido de carretes de tuberías submarinas, centrándose en parámetros clave como la composición química, las propiedades mecánicas, las dimensiones geométricas y la calidad de la superficie. También describe los requisitos específicos para tuberías de carbono-manganeso en diferentes estándares. El estudio encontró que todas estas normas incluyen requisitos de envejecimiento por tensión e imponen estrictos criterios de rendimiento para tuberías de acero después de la deformación. Por lo tanto, garantizar un rendimiento constante de las tuberías de acero después de doblar y deformar repetidamente es fundamental tanto para el diseño como para la fabricación. Este estudio sirve de referencia para el desarrollo y la producción de tuberías de acero sin costura para aplicaciones de tendido de carretes.

Los oleoductos submarinos de larga distancia son un medio crucial de transporte de petróleo y gas. El método de colocación de carretes ha tenido una adopción generalizada en los últimos años debido a su alta eficiencia, rentabilidad, capacidad de colocación continua y bajo riesgo operativo. En este método, las tuberías se enrollan en carretes después del procesamiento en tierra y luego se colocan en el lecho marino mediante buques de colocación de tuberías. Debido a la deformación plástica que se produce durante el proceso de colocación de carretes y los estrictos requisitos de soldadura, las tuberías de acero deben cumplir con estrictos estándares dimensionales y de rendimiento. En la actualidad, ningún fabricante en China puede suministrar consistentemente tuberías de acero sin costura para la colocación de carretes.

Este artículo compara los principales estándares internacionales para tuberías de acero sin costura utilizadas en el tendido de carretes, incluidos DNV-ST-F101-2021 (Submarine Pipeline Systems), IOGP S616-2022 (API Spec 5L FLE e ISO 3183 Supplementary Specificación), DEP 31.40.20.37-Gen-2017 (Line Pipes in Extreme Condition) y una especificación de usuario extranjero. Estas normas son adaptaciones de API Spec 5L, y compararlas proporciona información sobre los requisitos generales para tuberías de línea de carbono-manganeso. En este artículo, DNV, IOGP, DEP y la especificación extranjera se refieren a sus respectivos estándares.

Los requisitos de composición química de DNV son en gran medida consistentes con Tabla N.1 de API Spec 5L 46th Edition, pero el contenido de hidrógeno en el producto final no debe exceder ≤ 2 × 10 ￫. IOGP se expande en la Tabla N.1 de API Spec 5L 46th Edition al introducir requisitos adicionales para rangos de variación de la composición química y establecer límites en elementos nocivos y contenido de hidrógeno: w (Sn) ≤ 0,020%, w (Sb) ≤ 0,010%, w (Bi) <0,010%, w (Pb) ≤ 0,010%, w (As) <0,020%, w (H) <2 × 10 ￫. DEP se refiere principalmente al Apéndice J de API Spec 5L 46th Edition y especifica el rango permitido para variaciones de composición química. Una especificación extranjera se basa en las normas de DNV al introducir límites en carbono equivalente, contenido de azufre y relación Ca / S, especificando CEIw ≤ 0,38%, CERm ≤ 0,21%, S ≤ 0,003% y Ca / S ≤ 3. IOGP y DEP definen los rangos de variación de la composición química para tuberías utilizadas en ambientes no ácidos (Tabla 1). Los rangos para CEnw y CEPam deben distribuirse simétricamente alrededor de los valores objetivo acordados, con desviaciones admisibles de CEIw ± 0,030 y CEPen ± 0,020. Los resultados del cálculo CEN se proporcionan solo como referencia y no tienen criterios de aceptación especificados. La fórmula de cálculo es la siguiente:

Tabla 1: Requisitos de IOGP y DEP para el rango de variación de la composición de tuberías no ácidas

La deformación plástica generalmente ocurre durante el bobinado de la tubería en el carrete. Los requisitos de propiedad del material primario para el método de colocación del carrete incluyen uniformidad en las propiedades del material antes del bobinado, junto con con buena tenacidad al impacto y dureza. Se requiere una prueba de envejecimiento por deformación plástica para replicar la deformación plástica que ocurre durante la instalación y el funcionamiento. El envejecimiento por deformación plástica cíclica por deformación por tensión-compresión o compresión-tensión. Ciertas normas o especificaciones técnicas exigen una proporción específica de deformación plástica por tracción. El rendimiento de la muestra se evalúa después de envejecer a 250 ° C durante una hora para verificar el cumplimiento con de los requisitos.

(1) DNV requiere que se simule la deformación plástica durante la instalación, con se aplican típicamente requisitos adicionales (P). El ensayo puede incluir tuberías de acero de tamaño completo o muestras de tiras extraídas de tuberías de acero. La tensión final debe ser de tracción y la muestra debe envejecer a 250 ° C durante una hora. Si se especifican requisitos adicionales (S) y / o (F), deben cumplirse los criterios correspondientes de tenacidad al impacto, la curva de transición dúctil-quebradiza, el ensayo de rotura por caída de peso (DWTT) y su curva de transición, el agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC) y la corrosión por tensión sulfurada (SSC).

(2) IOGP especifica dos niveles de tensión acumulativa para simular la tensión en tuberías de acero sin soldadura utilizadas para enrollar:
① Nivel de deformación 1: Dos ciclos de deformación plástica de ± 2,5%, lo que da como resultado una deformación plástica acumulativa total del 10,0%.
② Nivel de cepa 2: Dos ciclos adicionales, siguiendo el nivel de cepa 1, dando como resultado una cepa plástica acumulativa total del 20,0%.

En ambos casos, se requieren pruebas de envejecimiento por deformación, y las muestras deben evaluarse después de envejecer a 250 ° C durante una hora. El primer caso comienza con la tensión y termina con la compresión, mientras que el segundo caso comienza con la compresión y termina con la tensión. El ensayo puede utilizar muestras de tamaño completo o sub-tamaño, y se deben proporcionar al cliente procedimientos detallados para simular el enrollado. Si se solicita, se deben realizar pruebas HIC y SSC después del envejecimiento por deformación de acuerdo con con la especificación de IOGP, y también se debe realizar una prueba de desplazamiento de apertura de punta de grieta (CTOD).

(3) DEP, como especificación complementaria de API Spec 5L 45th Edition para tuberías de acero sin costura marinas, especifica que la prueba de envejecimiento por deformación debe incluir una sola deformación del 3%. Los requisitos específicos son los siguientes:

Muestra 1: Compresión seguida de tensión, para un total de 3 ciclos
Ejemplar 2: Tensión seguida de compresión, para un total de 3 ciclos
La evaluación del rendimiento se realiza después de envejecer la muestra a 250 ° C durante una hora. Si se solicita, también se puede requerir una prueba SSC.

(4) Los requisitos de envejecimiento por cepa en una especificación extranjera difieren. La prueba de cepa implica una cepa total del 5%, con evaluación del rendimiento realizada después de que la muestra se envejezca a 250 ° C durante una hora.

Los requisitos técnicos específicos para la aceptación de tubos en espiral según DNV, IOGP, DEP.

El proceso de bobinado impone requisitos estrictos sobre la calidad de la superficie de los tubos de acero, especialmente con respecto a la molienda y las picaduras.

(1) DNV especifica que el área del suelo en cada tubería de acero no debe exceder el 10% del área total de la superficie interna y externa. También se permite el mecanizado de longitud completa si ha sido calificado por procedimiento y no da como resultado ranuras circunferenciales u otros defectos más profundos que 0,5mm. Las picaduras en los extremos de la tubería no deben exceder una profundidad de 1mm.

(2) IOGP especifica que el rectificado acumulativo de nuevos defectos utilizando muelas abrasivas no debe exceder el 15% de la cantidad total en el contrato, y el área de suelo en cualquier tubería de acero individual no debe exceder el 15% de su superficie. El rectificado o mecanizado en los extremos de la tubería requiere la aprobación previa del cliente. Las tuberías de acero molidas deben identificarse con una cinta verde, ranuras marcadas con la letra "R" y las anotaciones correspondientes registradas en la hoja de contabla. La profundidad del foso en los extremos de la tubería no debe exceder 1mm, mientras que los pozos en el cuerpo de la tubería no deben ser más profundos que 2mm. Si más del 15% de las tuberías de acero son rechazadas debido a defectos en la superficie, la superficie de la palanquilla laminada debe tratarse antes de que continúe la producción. No se permiten picaduras o defectos superiores a 0,70mm dentro de los 200 mm de los extremos de la tubería.

(3) DEP especifica que la profundidad de cualquier pozo en el cuerpo de la tubería no debe exceder 1,6mm, y dichos pozos no deben ser eliminados o minimizados por martilleo o martilleo. No se permiten picaduras mayores de 0,25mm dentro de los 200 mm de los extremos de la tubería.

DNV exige inspecciones de superficie tanto del cuerpo de la tubería como de los extremos de la tubería, incluidas las pruebas de partículas magnéticas (MT), la inspección electromagnética (EMI) y las pruebas ultrasónicas (UT). UT debe proporcionar una cobertura del 100% para la medición del espesor de la pared y la detección de la delaminación. IOGP no requiere inspección electromagnética; sin embargo, sus requisitos de UT son consistentes con los de DNV. La inspección electromagnética y la detección de defectos de haz en ángulo pueden llevarse a cabo si se especifica en el contrato. Asimismo, DEP no requiere inspección electromagnética pero utiliza las mismas técnicas UT, aunque con una cobertura ligeramente reducida. Tanto la detección de delaminación como la medición del espesor de pared deben cubrir no menos del 50% de la superficie de la tubería. Además, DNV y IOGP exigen que el personal de NDT posea la certificación ISO 9712 o ASNT ACCP Nivel II, mientras que DEP requiere que el personal de UT Nivel III apruebe todos los procedimientos de NDT.

(1) El estándar DNV especifica tolerancias más amplias para la composición química de las tuberías enrolladas. Las especificaciones IOGP y DEP definen rangos de fluctuación permisibles más estrechos para la composición química de las tuberías enrolladas, lo que requiere un control más estricto sobre los procesos de fabricación de acero.

(2) Cada estándar o especificación establece criterios de envejecimiento por deformación para la deformación de tuberías en espiral simuladas e impone regulaciones estrictas sobre el rendimiento de envejecimiento posterior a la deformación. Controlar el rendimiento de las tuberías de acero después de la deformación por flexión repetida es crucial para diseñar y fabricar tuberías de acero sin costura utilizadas en la colocación de tuberías en espiral.

(3) Cada estándar o especificación establece requisitos estrictos para la desviación del espesor de la pared, la desviación del diámetro interno y la falta de redondez de los extremos de la tubería. Para facilitar la soldadura del equipo en el sitio, puede ser necesario proporcionar a los clientes datos sobre cada extremo de la tubería.

(4) Los estrictos requisitos para la detección de defectos y la calidad de la superficie requieren el uso de métodos de prueba de partículas ultrasónicas, electromagnéticas o magnéticas para inspeccionar los cuerpos y extremos de las tuberías.