Scott Funderburk, Director - Segmento de canalización de marketing global, The Lincoln Electric Company, explica cómo la selección adecuada de los consumibles puede tener un efecto significativo en el éxito de la soldadura en las tuberías de servicio ácido submarino.

La especificación de materiales juega un papel crucial en el éxito y la integridad de las soldaduras en las tuberías submarinas, especialmente las tuberías de servicio agrio, particularmente cuando se trata de seleccionar consumibles de soldadura.

La especificación MR017 de NACE International define un entorno de tubería de servicio ácido como “fluidos que contienen agua y sulfuro de hidrógeno (H2S) con una presión total de 0,4 MPa (65 psia) o más, y si la presión parcial de sulfuro de hidrógeno en el gas es mayor de 0,0003MPa (0.05psia) ".

En pocas palabras, las concentraciones de H2S, conocido como gas ácido, son cada vez más frecuentes en las condiciones de transporte submarino de petróleo y gas. Este gas no solo es casi tan letal como el monóxido de carbono, sino que también puede ser muy dañino para las tuberías si no se especifican los materiales correctos. En el exterior de las tuberías, las soldaduras están expuestas a concentraciones de hidrógeno más bajas que las que están en contacto con el ambiente agrio que se encuentra en las superficies dentro de la tubería. La corrosividad del sulfuro de hidrógeno puede resultar en agrietamiento por corrosión bajo tensión por sulfuro en el material soldado.

Consumibles para servicio amargo
Normalmente, el acero al carbono de alta resistencia, grado X70, se utiliza para estos trabajos submarinos. No existen diferencias importantes en la soldadura del material X70 en comparación con el acero de menor grado, como el X65. Sin embargo, es necesario seleccionar los consumibles de soldadura para obtener los requisitos mecánicos especificados para este producto en particular.

Los consumibles para su uso con acero al carbono X70 de alta resistencia deben ofrecer alta tenacidad, resistir la corrosión y el agrietamiento inducido por hidrógeno y ser adecuados para soldar en este grado de acero con buena soldabilidad y alta resistencia a la tracción y sin falta de fusión (LOF) defectos. Los consumibles seleccionados también deben resistir métodos de pruebas no destructivas (NDT) como la radiografía o las pruebas ultrasónicas automatizadas (AUT).

Los consumibles GMAW de baja aleación están diseñados para la soldadura semiautomática o automática de pasadas de raíz, en caliente, de llenado y de tapa en todas las posiciones en tuberías de grado X80 y pasadas de raíz en tuberías de grado X100, lo que hace que esta categoría de consumibles sea ideal para alta de acero al carbono de alta resistencia utilizado en entornos de servicio submarino.

Algunos productos son capaces de producir propiedades de impacto Charpy V-Notch de 69-95 J a -50 ° C, cumpliendo con los estrictos requisitos en trabajos de tuberías exigentes, como el que encontró Valentine Maritime (Gulf) LLC (VML) con sede en Abu Dhabi. a finales de 2010: un proyecto de instalación de cables y tuberías submarinas de 100 km en el campo Manifa para Saudi Aramco.

Figura 1 En el proyecto de tubería de Manifa, VML necesitaba especificar un proceso de soldadura y materiales que funcionarían en tuberías de servicio pesado y en un ambiente agrio, mientras se mantenía el proyecto funcionando a un ritmo productivo, a tiempo y dentro del presupuesto.

Desafíos submarinos
Cuando el contratista experimentado en alta mar abordó la construcción de esta parte del proyecto de remodelación del campo petrolífero de Manifa para el mayor productor de petróleo del mundo, Saudi Aramco, enfrentó muchos desafíos en el segmento de tubería submarina de 46 km x 42 pulgadas, incluida la selección de materiales de soldadura.

VML se especializa en la construcción, instalación, mantenimiento e inspección submarina de plataformas marinas y oleoductos submarinos, así como en el fletamento de barcazas y embarcaciones marinas. La actividad principal de la empresa es la ejecución de importantes proyectos EPC offshore. El proyecto Saudi Aramco Manifa fue crucial, ya que fue un EPC importante para VML.

La compañía había iniciado sus operaciones 20 años antes con la adquisición de una barcaza derrick lay (DLB), la Regina-250. En 2010, agregó otra barcaza y dio otro gran paso adelante en su crecimiento al encargar la construcción de un tercer DLB, aún más grande. Según el gerente de proyectos (PM) de Valentine Maritime, Subash Nair, una buena actuación con Saudi Aramco podría contribuir en gran medida a garantizar que la flota de barcazas de instalación de tuberías y torre de perforación permanezca ocupada durante los próximos años.

 

“Fue un proyecto extremadamente importante para nosotros como empresa porque supuso un gran avance con Saudi Aramco”, señala Nair.

Aunque los equipos de VML habían instalado con éxito cientos de kilómetros de tubería submarina, no habían soldado previamente la pesada tubería de grado X70 de 42 "de diámetro y 1,25" de espesor de pared que exigía este proyecto. El proyecto también tenía algunas áreas que usaban tubería de grado X65, otra opción adecuada para entornos agrios, incluida la conexión de patines de válvulas submarinas.

En el proyecto de la tubería de Manifa, VML necesitaba especificar un proceso de soldadura y materiales que funcionarían tanto con una tubería tan resistente como con el ambiente agrio, mientras que el proyecto se mantenía funcionando a un ritmo altamente productivo, a tiempo y dentro del presupuesto.

Los ingenieros de soldadura se decidieron por la soldadura automática por arco metálico con gas (GMAW) en modo de cortocircuito con un diseño de ranura en J estrecha para lograr una alta tasa de soldaduras. Sin embargo, las uniones soldadas por un proceso MIG automatizado son más susceptibles a la falta de defectos de fusión, por lo que VML necesitaba construir controles estrictos para los detalles de soldadura, incluida la selección del alambre de soldadura correcto.

Figura 2 Mientras trabajaban en la tubería, los soldadores pudieron lograr una colocación precisa del cable. El molde y el paso del alambre enrollado se mantuvo de principio a fin. Una vez colocado, no se salió de la unión.

Proceso de selección de cables
¿El próximo desafío? Seleccionar un consumible adecuado que excediera con creces la resistencia a la tracción de la tubería de grado X70, ofreciera pocos o ningún poro de gas y entregó excelentes propiedades de metal de soldadura bajo los estrictos requisitos de calidad de Saudi Aramco en un plazo de producción ajustado.

Para identificar el mejor consumible, VML probó cables de varios fabricantes diferentes. Los ingenieros crearon un total de 35 cupones de prueba, utilizando diferentes combinaciones de cables y mezclas de gases. Los cupones luego se sometieron a pruebas mecánicas y ultrasónicas no destructivas 100 por ciento automáticas. Subiendo a la cima estaba el cable MIG de baja aleación de Lincoln Electric, Pipeliner® 80Ni1.

Figura 3 El consumible seleccionado para el proyecto, el Pipeliner 80Ni1 de Lincoln Electric resistió la microporosidad por encima de la raíz a través del paso de la tapa, entregando un arco uniforme y uniforme desde todos los ángulos y para cada soldadura.

Este cable superó constantemente a los competidores al ofrecer los resultados necesarios en todos los aspectos. Los productos de la competencia revelaron microporosidad por encima de la raíz a través del paso de la tapa, pero Pipeliner 80Ni1 mostró una fuerte resistencia a este fenómeno. También cumplió con todos los requisitos de propiedades mecánicas, incluidos Charpy V-Notch, resistencia a la tracción y desplazamiento de apertura de la punta de la grieta (CTOD).

“Había una cantidad insignificante de poros de gas en el metal de soldadura en comparación con otros alambres y marcas similares”, señaló el ingeniero de soldadura. "Como resultado de la buena naturaleza humectante del consumible, la LOF se eliminó por completo".

Debido al gran diámetro y al espesor de pared de 1,25 ”, AUT con una evaluación crítica de ingeniería (ECA) aprobada fue el método elegido para NDT desde el punto de vista de la velocidad y la sensibilidad. Esto, sin embargo, fue respaldado por un excelente equipo de soldadura de tuberías, que es una capacidad interna de VML.

En el trabajo
Una vez en el trabajo, el equipo de soldadores profesionales de VML trabajó en turnos consecutivos. Hicieron un promedio de más de 79 uniones por día en la tubería de 42 ”OD x 1.25” WT, con una tasa de reparación de menos del 3 por ciento. La producción máxima fue de 92 porros por día.

El ingeniero de soldadura agregó que su equipo de soldadura estaba "muy cómodo" con el alambre GMAW de baja aleación, y señaló que el alambre especificado no solo ofrecía un rendimiento excelente con "buena penetración y humectación de las paredes laterales", sino que también era fácil de usar.

“El alambre se destacó por sus características superiores de capacidad de alimentación y rendimiento”, dijo. "También proporcionó un arco uniforme y uniforme desde todos los ángulos y para cada soldadura".

Mientras trabajaban en la tubería, los soldadores también pudieron lograr una colocación precisa del cable. Esto fue posible porque la fundición y el paso del alambre enrollado se mantienen desde el principio hasta el final de la soldadura. Una vez colocado, no se salió de la articulación. En general, la productividad mejoró en casi un 20 por ciento con poco tiempo de inactividad y dentro de los parámetros presupuestarios.

“Detener la producción en un trabajo submarino durante un día genera una pérdida de unos cientos de miles de dólares. Afecta no solo a nuestra calidad de producto, sino también a nuestra calidad de servicio ”, según el director del proyecto. “Además, gracias a los amplios criterios de aceptación de este cable, redujo la presión sobre los soldadores. Esto nos permitió maximizar nuestro presupuesto sin comprometer la calidad y la producción ”.

Muchas variables a considerar
La especificación de los consumibles para cualquier proyecto costa afuera, particularmente las tuberías de servicios amargos submarinos, toma en consideración muchos factores de selección; desde el proceso de soldadura hasta el grado y grosor del acero y los estrictos requisitos de ECA que se están considerando, elegir el electrodo correcto requiere tiempo y pruebas.

Al final, este tiempo y la atención a la elección de la especificación / proceso ofrece un retorno de la inversión definitivo. Con el consumible adecuado, las soldaduras en ambientes ácidos mantendrán la integridad y evitarán defectos de LOF y agrietamiento por sulfuro de hidrógeno, entre otras fallas.

Finalmente, un alambre de soldadura adecuadamente especificado puede contribuir a ganancias generales no solo en calidad sino también en productividad del proyecto. Las juntas soldadas correctamente la primera vez pueden mantener un trabajo en marcha o antes de lo previsto, como sugiere el ejemplo de VML.

"No esperábamos ese nivel de rendimiento", dijo el primer ministro, mirando hacia atrás en el trabajo después del largo proceso de especificación de consumibles. "Saudi Aramco también quedó gratamente sorprendido por la calidad de la producción y la eficiencia del trabajo de un contratista por primera vez, que trabaja bajo los estrictos requisitos de calidad y seguridad de Saudi Aramco, VML ahora puede licitar futuros proyectos submarinos para este estimado cliente".

De un vistazo ...

Valentine Maritime, con sede en Abu Dhabi, construyó 46 kilómetros de oleoducto submarino de servicios amargos en el campo petrolífero de Manifa para Saudi Aramco.

El proyecto tenía estrictos requisitos de calidad y un estricto plazo de finalización.

La tubería especificada para el proyecto era de 42 ”de diámetro exterior. x 1.25 ”WT, grado X70, acero al carbono de alta resistencia.

La tubería se soldó mediante un proceso automatizado de arco metálico con gas (GMAW) en modo de cortocircuito con un diseño de ranura en J estrecha para lograr una alta tasa de producción.

Los ingenieros buscaron un alambre de soldadura que excediera con creces la resistencia a la tracción de la tubería de grado X70 y tuviera poca o ninguna falta de defectos de fusión.

Después de pruebas exhaustivas de más de 30 consumibles diferentes, el equipo de soldadura especificó Pipeliner® 80Ni1 de Lincoln Electric.

El cable seleccionado superó con creces los requisitos de las pruebas no destructivas, así como los requisitos mecánicos clave, incluidos Charpy V-Notch, resistencia a la tracción y desplazamiento de apertura de la punta de la grieta (CTOD).

En el trabajo, los soldadores lograron una colocación precisa del cable, mejoraron la productividad hasta en un 18,5 por ciento con un tiempo de inactividad reducido y promediaron 75 uniones por día con una tasa de reparación de menos del 3 por ciento.

 

Artículo reimpreso de World Pipelines, mayo de 2012 Ver