INSPECCION POR ULTRASONIDO

INDUSTRIAL A

EQUIPO ESTATICO (TUBERIAS)

OBJETIVO GENERAL

METODOLOGIA PARA LA INSPECCIÓN

DE TUBERIAS

1.1 EL ULTRASONIDO COMO ENSAYO NO DESTRUCTIVO.

En la Inspección por ultrasonido (UT = Ultrasonic Testing), se utilizan ondas

acústicas de idéntica naturaleza que las ondas sónicas. En el sonido perceptible el

número de oscilaciones se encuentra en un rango de entre 16 a 20,000

ciclos/segundo, mientras que al tratarse de ultrasonido es superior a los 20,000

ciclos/segundo. En la inspección de materiales por ultrasonido las frecuencias son,

por regla general, notablemente más elevadas y varían entre 0.5 y 25 millones de

ciclos/segundo.

Por principio, las ondas ultrasónicas pueden propagarse a través de todos los

medios donde existe materia, esto es, átomos. Por el contrario, no pueden

propagarse en el vacío, por no existir materia que las sustente.

VENTAJAS

Las principales ventajas de la inspección por ultrasonido son:

Un gran poder de penetración, lo que permite la inspección de grandes espesores,

gran sensibilidad, lo que permite la detección de discontinuidades

extremadamente pequeñas, su aplicación no afecta en operaciones posteriores, y

los equipos actuales proporcionan la capacidad de almacenar información en

memoria, la cual puede ser procesada digitalmente por una computadora para

caracterizar la información almacenada.

LIMITACIONES

Las limitaciones del método de la inspección por ultrasonido incluyen las

siguientes:

La operación del equipo y la interpretación de los resultados requiere

técnicos experimentados.

Es necesario el uso de un material acoplante, y son necesarios patrones de

referencia, para la calibración del equipo y caracterización de

discontinuidades.

Como sabemos, la propagación del ultrasonido está caracterizada por vibraciones

mecánicas periódicas, las cuales son comúnmente representadas por

“movimientos ondulatorios” (ondas sinusoidales).

RELACION ENTRE LONGITUD DE ONDA, FRECUENCIA Y VELOCIDAD

La siguiente expresión matemática representa la relación entre las características

mencionadas de la onda ultrasónica:

Modos de Onda

En la inspección por ultrasonido, los modos de onda más frecuentemente

utilizados son: las ondas longitudinales y las ondas de corte o transversales.

Ondas Longitudinales

La característica principal de estas ondas es que provocan que las partículas

vibren en dirección paralela con respecto a la dirección de propagación de la onda

ultrasónica:

Ondas de Corte

Las ondas de corte están caracterizadas porque las partículas vibran en dirección

perpendicular con respecto a la dirección de propagación de la onda ultrasónica:

Los principales parámetros que deben ser controlados en un sistema ultrasónico

son:

Sensibilidad: Es la capacidad de un transductor para detectar discontinuidades

pequeñas.

Resolución. Es la capacidad para separar dos señales cercanas en tiempo o

profundidad.

Frecuencia central. Los transductores deben utilizar en su rango de frecuencia

especificado para obtener una aplicación óptima.

Atenuación del haz. Es la perdida de energía de una onda ultrasónica al

desplazarse a través de un material. Las causas principales son la dispersión y la

absorción.

CORROSION

La corrosión puede ser definida como el deterioro de un material a consecuencia

de un ataque químico por su entorno. Siempre que la corrosión esté originada por

reacción química, la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida

de la temperatura, la concentración de los reactivos y de los productos. Otros

factores, como el esfuerzo mecánico y la erosión, también pueden contribuir a la

corrosión.

La corrosión puede ser mediante una reacción química (oxido reducción) en la que

intervienen dos factores:

la pieza manufacturada

el ambiente

Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa

del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en

el cobre y sus aleaciones (bronce, latón).

Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos

los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos los ambientes (medios

acuosos, atmósfera, alta temperatura, etc.).

FORMAS DE CORROSION

La corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez

nociones de química y de física (físico-química).

La corrosión ocurre en muchas y variadas formas, pero su clasificación

generalmente se basa en uno de los tres siguientes factores:

Naturaleza de la sustancia corrosiva. La corrosión puede ser clasificada como

húmeda o seca. Para la primera se requiere un líquido o humedad mientras que

para la segunda, las reacciones se desarrollan con gases a alta temperatura.

Mecanismo de corrosión. Este comprende las reacciones electroquímicas o

bien, las reacciones químicas.

Apariencia del metal corroído. La corrosión puede ser uniforme y entonces el

metal se corroe a la misma velocidad en toda su superficie o bien, puede ser

localizada, en cuyo caso solamente resultan afectadas pequeñas áreas.

TIPOS DE CORROSIÓN

Se clasifican de acuerdo a la apariencia del metal corroído, dentro de las más

comunes están:

1. corrosión uniforme: donde la corrosión química o electroquímica actúa

uniformemente sobre toda la superficie del metal.

2. corrosión galvánica: ocurre cuando metales diferentes se encuentran en

contacto, ambos metales poseen potenciales eléctricos diferentes lo cual

favorece la aparición de un metal como ánodo y otro como cátodo, a mayor

diferencia de potencial el material con más activo será el ánodo.

3. corrosión por picaduras: aquí se producen hoyos o agujeros por agentes

químicos.

4. corrosión ínter granular: es la que se encuentra localizada en los límites

de grano, esto origina pérdidas en la resistencia que desintegran los bordes

de los granos.

5. corrosión por esfuerzo: se refiere a las tensiones internas luego de una

deformación en frío.

CASOS ESPECIALES DE CORROSION:

Corrosión a alta temperatura

Corrosión acuosa

Corrosión atmosférica

Corrosión bajo tensión

Corrosión forzada

Corrosión por cavitación

Corrosión por Erosión

Corrosión por fatiga

Corrosión por fricción

Fragilidad por hidrógeno

METODOLOGIA PARA LA INSPECCION A CIRCUITOS DE

TUBERIAS

Asegurar mediante inspecciones periódicas el cumplimiento con los

requerimientos de seguridad e integridad de los circuitos de tuberías instaladas en

la planta CLOROBENCENOS S.A. DE C.V.

El procedimiento es aplicable para los trabajos de inspección que se realicen a los

circuitos de tubería de procesos y servicios instalados dentro de cualquier planta

de cualquier índole industrial.

El circuito de tuberías, se compone de elementos que conectados por soldadura,

bridas o roscados, conforman una trayectoria en los diferentes procesos. Dichos

elementos son tubos y accesorios (tee, codo, reducción, válvula, soportes, etc.).

Inspección en servicio: Es el tipo de inspección que se realiza a los componentes

del circuito cuando este se encuentra en operación. Se limita a la exanimación

visual externa de los elementos y cuando sea especificado también a la medición

de espesores por ultrasonido a dichos elementos.

Inspección fuera de servicio: Es la inspección que se realiza a los componentes

del circuito cuando este se encuentra fuera de operación (libranzas). Comprende a

la examinación visual externa e interna cuando esto es posible y a la medición de

espesores cuando esta es especificada.

Los circuitos de tuberías deben ser inspeccionados periódicamente de acuerdo

con el programa de mantenimiento establecido.

El inspector es el responsable de analizar los resultados de la inspección

inmediata anterior del circuito a inspeccionar.

Solicita el circuito o sector de tubería a inspeccionar al área de producción de

acuerdo a un isométrico del circuito de tubería a inspeccionar para indicar los

elementos que lo componen y los puntos de inicio y terminación. Si se va a medir

espesores, indica en el isométrico o dibujo el número de elementos de que consta

el circuito, comenzando por el punto donde se inicia el flujo.

INSPECCIÓN VISUAL EXTERNA

En esta etapa se trata de visualizar las condiciones exteriores del circuito

de tuberías considerando lo siguiente:

Estado superficial de la tubería es decir corrosión externa.

Condición de la soportería.

Condición de las conexiones bridadas.

Condición de los instrumentos y/o tomas.

Condición de las válvulas.

Condición de estado que guarda el recubrimiento anticorrosivo.

Condición del aislamiento térmico.

Identificación de la pintura de acuerdo al tipo de fluido.

Localización de reparaciones temporales (parches soldados, abrazaderas

con neopreno, cajas soldadas o con coroline).

Identificación de grietas, poros socavados, y otras formas de deterioro

similares.

Detección de posibles zonas con erosión en las áreas o piezas donde se

tengan inyección de inhibidores, neutralizantes, reactivos, agua de lavado,

aditivos etc. que pudieran causar un deterioro en la línea, para lo cual se

medirán espesores, los niveles de medición se localizaran corriente abajo

del punto de adición (en el sentido del flujo).

CONSIDERACION DE ACCESORIOS O ELEMENTOS EN UN

CIRCUITO DE TUBERIAS.

Efectúa de manera directa o con la ayuda de lupas, la inspección visual externa o

interna (según aplique) del sector o circuito de tubería. Los componentes sujetos a

este tipo de inspección, son los siguientes:

a. Elementos principales del circuito (tubos, codos, tees, válvulas etc.)

b. Soportería conectada (guías, anclaje, colgantes, etc.)

c. Conexiones soldadas, bridadas o roscadas

d. Puentes eléctricos (para servicios peligrosos)

e. Trampas de vapor (circuitos de vapor).

f. Sistema de Protección anticorrosivo.

g. Sistema de aislamiento térmico.

h. Otros, tales como tomas de instrumentos, tornillería, empaques,

etc.).

Se indica en el isométrico cualquier condición relevante, tales como fugas,

corrosión, daños en aislamiento, pintura, conexiones, soportes, etc.

Si está especificado en el programa de inspección, efectúala medición de

espesores (solo para tubería de 2” y mayores) de acuerdo a lo siguiente:

Define los elementos del circuito de tubería que estarán sujetos a medición

de espesores.

Prepara y calibra el equipo medidor de espesores a usar de acuerdo con el

manual de operación correspondiente.

Cuando sea especificado y las condiciones lo permitan, la distribución de

puntos sujetos a medición de espesores a los componentes del circuito será

de la manera siguiente:

Para tramos rectos, realizar como mínimo 8 mediciones repartidas en dos

niveles de medición de 4 puntos espaciados cada uno 90° con respecto a

otro, iniciando por la parte superior para tuberías horizontales o por el lado

norte para tuberías verticales y siguiendo el sentido horario.

Para accesorios, las mediciones se harán como sigue:

o Para codos 4 mediciones como mínimo.

o Para tees, 4 mediciones como mínimo.

o Para reducciones 4 mediciones como mínimo, de preferencia al

centro (zona de transición) y espaciadas 90° una co n respecto a la

otra.

Calcula la velocidad de corrosión para cada uno de los componentes,

usando la fórmula siguiente:

Dónde:

Eo= es el espesor anterior tomado de la inspección anterior en pulgadas.

Ep=es el espesor promedio actual en pulgadas.

T= es el tiempo entre mediciones.

Vc= es la velocidad de corrosión en milésimas de pulgadas por años.

Los resultados obtenidos se registran y se evalúan, comparando con los anteriores

u originales de las localizaciones medidas. Con esto se determina la velocidad de

corrosión de cada elemento medido.

Determina la vida remanente de los componentes basándose en la formula

siguiente:

Dónde:

EP= es el espesor promedio actual en pulgadas.

Em= es el espesor mínimo permisible por presión de diseño. (Formula obtenida de

API 570).

CALCULO DE ESPESORES DE TUBERIAS, SOMETIDAS A PRESION

INTERNA ESTA REGIDO POR LA NORMA ASME / ANSI B31.4 EDICION

1992 EL ESPESOR REQUERIDO PARA SECCIONES RECTAS DE

TUBERIA SE DETERMINA DE ACUERDO A LA SIG. ECUACION:

FORMULA PARA OBTENER EL MINIMO REQUERIDO SEGÚN API-570.

DONDE:

P= presión de diseño. En lb/plg2.

D= diámetro exterior de la tubería.

S= esfuerzo máximo a la compresión en lb/plg2. (Obtenido de ASME B31.3

VER TABLA).

E= eficiencia de la junta en porcentaje (para tuberías que fueron radiografiadas se

considera el 100%.) VER TABLA EN EL ANEXO.

Y= es un factor de tensión con valor de 0.4 adimensional. (Ver tabla B31.3).

ER= espesor requerido por presión de diseño.

La Determinación del Espesor Mínimo Requerido (ER).

El espesor mínimo requerido del espesor de pared, (ER) o el espesor de

sustitución, deberá ser basado en las consideraciones de la presión, las

mecánicas y las estructurales, utilizando las respectivas fórmulas del diseño y los

esfuerzos permisibles según el código ASME B31.3. Deberán tomarse en cuenta

tanto la corrosión generalizada como la localizada. En el caso de los servicios con

graves consecuencias potenciales en caso de falla, el ingeniero debe contemplar

un aumento en el espesor mínimo requerido para cubrir las cargas imprevistas o

desconocidas, la pérdida de metal no descubierta o la resistencia al abuso normal.

EL ESPESOR MINIMO PERMISIBLE ES:

Em= ER + C

Dónde:

Em= es el espesor mínimo permisible.

ER= es el espesor mínimo requerido por presión de diseño.

c= espesor agregado para corrosión normalmente es de 0.125”.

La Determinación del Espesor Mínimo Requerido (ER).

NOTA: El registro de medición de espesores debe contar con la información

siguiente:

o Ubicación de los puntos de medición

o Espesores nominales (original) o anterior.

o Calculo de velocidad de corrosión y vida remanente.

o Tiempo transcurrido entre inspecciones.

o Datos del equipo empleado y de la Calibración efectuada

o Nombre y firma de quien efectuó la medición

Realizar la evaluación en base a la condición encontrada en la inspección visual y

a los resultados de la medición de espesores de la siguiente manera:

Para la inspección visual externa e interna: evaluar considerando si la

condición actual es adecuada o no para ofrecer un servicio seguro y

eficiente.

Apoyarse en la práctica recomendada API- 574 como guías para determinar

requerimientos adicionales, así como situaciones de riesgo para el servicio.

Para los resultados de la medición de espesores, definir en base a los

resultados obtenidos de vida remanente si el o los elementos requieren ser

sustituidos por presentar una integridad mecánica deficiente o por el

contrario si presentan una integridad mecánica aceptable para continuar en

servicio.

De requerirse otro tipo de inspección, se realiza o se solicita a través de

terceros para determinar si algún elemento cumple con los requerimientos

establecidos de integridad

MEDICION DE ESPESORES

Los siguientes procedimientos de operación deben ser realizados por todos los

usuarios del equipo, esto con el fin de minimizar errores durante la inspección.

1. Revisa el último reporte del análisis de la medición de espesores que se

haya generado para ese equipo o circuito de tuberías.

2. Verifica los espesores de límite de retiro establecidos.

3. Verifique que se encuentre vigente la fecha de mantenimiento al equipo

4. utilizado para la medición de espesores.

5. Al medir un circuito, revisa tanto la tubería como aislamiento, el

recubrimiento anticorrosivo, soportaría etc. y en el caso de los equipos se

incluyen las boquillas.

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

www.mexichem.com

www.krautkramer.com

Manual De Operación De Ultrasonido DANATRONICS EHC-09DL.

Manual de tuberías. Autor: Martín Hernández, Bernardo.

ISBN: 978-84-605-0533-4. Editorial: Bernardo Martín Hernández

Nom-002 norma oficial mexicana para mantenimiento, reparación e

inspección de tuberías de gas L.P.

API 570 (2003) – Piping Inspection Code (código de inspección de tuberías

a presión).

API 574 (98) – Inspection Practices for Piping Systems Components

inspection practicas Para sistemas de tuberías y componentes).

ASME B31.3 tuberías de proceso en refinerías y plantas químicas.

DEFINICIONES Y ABREVIATURAS UTILIZADAS

Integridad mecánica: Es una filosofía de trabajo que tiene por objeto garantizar

que todo equipo de proceso sea diseñado, procurado, fabricado, construido,

instalado, operado, inspeccionado, mantenido, y/o reemplazado oportunamente

para prevenir fallas, accidentes o potenciales riesgos a personas, instalaciones y

al ambiente

Defecto: Discontinuidad de magnitud suficiente para ser rechazada por las

normas o especificaciones.

Desgaste: Es la pérdida de material que sufren las paredes de la tubería,

recipientes a presión, válvula o conexión, por abrasión o por la acción corrosiva

del fluido manejado o del medio ambiente donde se encuentra instalada. No debe

considerarse como desgaste la corrosión localizada, ni el deterioro tipo

metalúrgico.

Equipos estáticos de proceso: Son equipos empleados en el procesamiento de

hidrocarburos en instalaciones marinas los cuales comprenden circuitos de

tuberías de proceso, tanques y recipientes a presión.

Esfuerzo: La reacción de un cuerpo a la acción de fuerzas, cargas, presiones o

desplazamientos aplicados y se expresa como fuerza por unidad de área, siendo

sus unidades más usuales Pa. (Lb/pulg2.

Espesor mínimo requerido por condiciones estructurales de seguridad del

componente (t): Es el espesor mínimo requerido considerando la compensación

debido a cargas externas (Fluido, claro entre soportes, peso propio del

componente, vibración, entre otros), a las que está expuesta el componente.

Presión de diseño: Es la presión máxima a la que se puede operar un sistema de

la instalación por diseño.

Presión máxima permisible de operación (PMPO): Es la presión máxima a la

que un componente puede ser operado.

Circuito de tubería: Conjunto de tuberías de proceso que conducen el mismo

fluido y operan con iguales condiciones de presión y temperatura.

ASME American society of mechanical engineers (Sociedad americana de

ingenieros mecánicos.

ASME B31.3 – Es una versión abreviada de la Norma “ASME B31.3, Tubería para

Plantas Químicas y Refinerías Petroleras,” publicada por la Sociedad

Norteamericana de Ingenieros

ASTM American society testing Materials (Sociedad americana de pruebas de

materiales).

API = American petroleum institute. (Instituto americano del petróleo).

Vc = Velocidad de corrosión en milésimas de pulgada / año

Eo = Espesor original ó Espesor promedio obtenido en medición anterior en

pulgadas.

Ep = Espesor promedio obtenido en la medición actual en pulgadas.

T = Intervalo de tiempo entre mediciones (años)

Vr = Vida remanente en años.

Em = El espesor mínimo permisible para la sección ó zona limitante

ANEXOS

TABLAS DE CEDULAS DE TUBERIAS Y ESPECIFICACIONES DE

TABLAS DE ESFUERZOS PERMISIBLES PARA DIFERENTES MATERIALES

UTILIZADOS PARA LA FABRICACION DE TUBERIAS DE DIFERENTES

DIAMETROS.