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Ing. Laura Damaris Merino Ortiz
Analista de Integridad Mecnica ASSA Services
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Integridad Mecnica
Definiciones
Tipos de Defectos
Evaluacin de Defectos
Evaluacin de Integridad Mecnica
Normatividad
CONTENIDO
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INTEGRIDAD MECNICA
Es la capacidad de un componente para desempear la funcin para lacual fue diseado y resistir las condiciones de servicio en el tiemporequerido.
En un ducto, la Integridad Mecnica se define como la habilidad decontener un fluido bajo presin interna manteniendo su forma ycontinuidad .
EVALUACIN DE INTEGRIDAD MECNICAEs un procedimiento sistemtico que permite evaluar cuantitativamente laintegridad de un componente, basndose en la identificacin del tipo y grado deseveridad de los defectos presentes en l, sus caractersticas de diseo, laspropiedades del material, las caractersticas de construccin, las condiciones deservicio y su historial de operacin.
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La Evaluacin de integridad mecnica es un sistema deanlisis de informacin proveniente de:
La inspeccin no destructiva. Los registros de operacin. La informacin tcnica de diseo y construccin.
La evaluacin de Integridad se apoya en la mecnica de fractura, lacual permite establecer si una estructura puede tolerar un defecto,basndose en el clculo de:
La carga o presin de falla (la resistencia residual). El tamao mximo tolerable de defecto (tamao crtico). El tiempo que tarda un defecto en alcanzar su tamao crtico
(la vida residual).
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Presin de diseo .- Mximo permisible de operacin SIN defectos.
Presin de operacin. - Nivel al que se opera normalmente (Pop).
Presin Mxima Permisible de Operacin (PMPO). - Nivel mximo para operar,
CON defectos, sin afectar el factor de seguridad (resultado del Anlisis deIntegridad).
Tamao crtico de defecto. - El que produce una PMPO menor que Pop
Vida residual.- Tiempo en que un defecto reduce la PMPO por debajo de Pop.
DEFINICIONES
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La tubera y sus componentes deben disearse para una presin interna de diseo
(Pi) igual o mayor que la presin de operacin mxima (POM) a rgimenconstante, la cual no debe ser menor a la presin de la carga hidrosttica encualquier punto del ducto en una condicin esttica.
La capacidad por presin interna para tubera que transporta liquido o gas, estadada por la siguiente expresin basada en la formula de Barlow(8.1.6 de la NRF 030-PEMEX-2009):
donde:
Pi Presin interna, en lb/pg (Psi).
D Dimetro exterior nominal del tubo, en mm (pulg.)T Espesor de pared de acero del tubo, en mm (pulg.)
SMYS Esfuerzo de Fluencia Mnimo Especificado del Tubo (Specified Minimum
Yielding Strenght), en N/mm (Psi).
f cp Factor de capacidad Permisible
Pi = 2t(SMYS) *fcpD
P =s t
r
f CP=f DISf TEMPf JL
Presin de Diseo
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PRESIN DEDISEO
Clase 1
Clase 4
EJEMPLO DE GRAFICA DE DISTRIBUCIN DEPRESIONES
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TIPOS DE DEFECTOS PRESENTES EN LOSDUCTOS
Los tpicos defectos presentes en los ductos son:
En metal base
Corrosin Daos mecnicos (entallas,
abolladuras, etc.) Laminaciones Ampollas Inclusiones Quemaduras
En soldadura
Falta de fusin en soldadura Corona de soldadura baja Agrietamiento Poros
Socavado Desalineamiento
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CORROSIN Fenmeno electroqumico, lento o acelerado de la naturaleza o el medio
ambiente, que degrada y destruye los materiales. Se establece cuando existe undesequilibrio en las fuerzas cohesivas donde hay una diferencia de potenciales(una especie electronegativa y otra positiva para que puedan ceder y migrarelectrones hacia la otra especie).
Para conocer la integridad mecnica que presenta el ducto con presencia decorrosin Interna/externa se realizan los clculos de Presin MximaPermisible de Operacin (PMPO) conforme a lo establecidos por lanormatividad vigente NRF-030-PEMEX-2009y los Cdigos ASME B31.4,ASME B31.8, ASME B31 G Y B31 G MODIFICADO.
El TVR es determinado en forma lineal y en funcin de las prdidas de metalInternas/Externas encontradas, el lmite mximo de prdida de espesor para
fines de clculo es el 80% del espesor de pared nominal.
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Corrosin
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DAOS MECANICOS.
Entallas o arrancaduras. Abolladuras. Abolladura con defectos.
Defectos generados por el contacto con elementos externos produciendo
una deformacin plstica o una perdida de metal del ducto o en loscordones de soldadura. Estos son generados durante la transportacin oel proceso de instalacin del ducto, pueden ser:
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Entallas o arrancaduras Superficie daada causada por un objeto ajeno o externo que hadesplazado o removido material de la pared del ducto, resultando undefecto de perdida de metal. La profundidad de la entalla es igual a laprofundidad de la prdida de metal ms la profundidad de grieta en subase.
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Abolladuras simples (planas)
tR
Ancho
Profundidad
Las abolladuras se evalan utilizando las normas y criterios usados
internacionalmente como BATTELLE, BRITISH GAS, DNV Y ASMEB31.8S, para determinar s el defecto afecta de manera importante laintegridad mecnica del ducto.
Tambin se determina s el defecto presenta dimensiones mayores a lopermitido, de acuerdo a la Tabla 14 discontinuidades en ductos y
reparaciones permanentes o definitivas aceptadas de laNORMA NRF-030-PEMEX.2009.
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LAMINACIONES
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AMPOLLAS
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INCLUSIONES
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QUEMADURAS Estos defectos son hechos por Arco Elctrico en el
proceso de unin (soldado) de los tubos.
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POROS Los poros son vacos en la soldadura y pueden ser
aislados agrupados en forma de tubo y pueden sercausados por humedad o perdida de flujo en la cubierta.
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SOCAVADOS
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CORONA BAJA
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DESALINEAMIENTO
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SEVERIDAD DEL DEFECTODe acuerdo al anlisis de integridad mecnica un defecto essevero si se cumple que:
PMPO Presin de operacin Su vida residual es menor a la requerida Su tamao es al tamao crtico Su evolucin es incierta o peligrosa
Presenta combinacin con otros defectos severos que nopueden ser analizados Presenta agrupaciones sospechosas o indicaciones noresueltas por la tcnica de inspeccin.
ASME B31G RSTRENG
CORROSIN
DEFECTOS ENSOLDADURA
API 579
DEFECTOS DEFABRICACIN
API 579 ECUACIONES NG-18
DAOS
MECNICOSLI MI TES EMPI RICOS
M ODELOS DE
M ECNI CA DE
FRACTURA
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EVALUACIN DE INTEGRIDAD
MECNICALa evaluacin Mecnica a un ducto se puede realizarmediante los siguientes Mtodos:
Inspeccin Interna. Prueba de Presin. Evaluacin Directa. Mtodo Alternativo.
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Inspeccin InternaEs un mtodo de Evaluacin de Integridad utilizado para detectar y ubicarindicaciones en ductos mediante Equipos Instrumentados
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Equipo Instrumentado GeoposicionadorConsiste en un sistema de navegacin inercial para el posicionamiento global GPS, as
como, giroscopios y acelermetros que permiten la obtencin del cambio angular X, Y, Z, yel registro de los cambios de velocidad, normalmente es una seccin independiente que secorre junto con el equipo instrumentado los instrumentos se incorporan al cuerpo de este.
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Equipo Instrumentado de Flujo Magntico
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Equipo Instrumentado de Ultrasonido
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Metodologa ASSA Services
1. Se recopila la informacin tcnica del ducto,(especificaciones del diseo, condiciones e historial deservicio, planos, etc.)
2. Con el reporte de inspeccin del EIII se elabora la estadstica general
de las indicaciones registradas, de tal forma que todas las anomalasfueron clasificadas y cuantificadas de acuerdo a su tipo ydimensionamiento.
3. Se determina la Presin Mxima Permisible deOperacin (PMPO) a las anomalas reportadas por el EIII,conforme a lo establecido por la normatividad vigente NRF-030-PEMEX-2009, ASME B31.4, ASME B31.8, ASME B31 Gy B31 G Modificado como una primera aproximacin paralas indicaciones por corrosin y los algoritmos de mecnicade fractura para el resto de las anomalas reportadas en elducto de acuerdo al tipo de anomala.
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4. Asumiendo una ley lineal de rapidez de prdida demetal, se determina el Tiempo de Vida Remanente (TVR)en que cada defecto activo y registrado por el EIII quellegara a ser crtico; es decir, que por sus dimensionespodra originar fallas o fugas en la seccin de tuberaque los contiene.
5. Se presenta un Programa de Verificacin deIndicaciones para corroborar la existencia ydimensionamiento de las indicaciones registradas por elEIII.
6. Se inspeccionaron mediante Ensayos No Destructivos (END)las indicaciones incluidas en el Programa de Verificacin deIndicaciones, una vez realizadas las inspecciones con END secomparan los daos encontrados con las indicacionesregistrados por el EIII de acuerdo a las tolerancias en cuanto adeteccin, localizacin y dimensionamiento que marca elequipo.
Metodologa ASSA Services
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7. Se determina si se requiere realizar algn ajuste a losdatos reportados por el EIII de acuerdo a los resultadosde las comparaciones realizadas, dictaminando as laconfiabilidad del equipo.
8. Se calcula la PMPO y el TVR de los daosconsiderados como operantes en el ducto.
9. Se presenta las conclusiones de la evaluacin delestado de integridad del ducto y las recomendacionespara el seguro mantenimiento y operacin futura delmismo.
Metodologa
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Prueba de PresinLa prueba consiste en llenar el ducto completamente con el medio de prueba (agua gasinerte) incrementando gradualmente la presin hasta alcanzar el valor requerido. Esta presines mantenida durante el tiempo especificado y se da por aceptada una vez que se compruebaque no existe perdida de hermeticidad.
De acuerdo al apartado 8.2.19 de la NRF-030-PEMEX-2009, La duracin de la prueba serde 8 horas mnimo y 4 horas en tubera (tramo corto) o secciones prefabricadas que seanparte y se integren al sistema del ducto sin prueba Posterior. El valor de la presin para laprueba hidrosttica debe ser de 1,25 la presin de diseo.
I i di t E l i Di t
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Inspeccin mediante Evaluacin DirectaEs un proceso estructurado que se utiliza para verificar la existencia dedaos en la tubera y, y en caso de que existan, se determina lamagnitud de los mismos, consiste en cuatro etapas:
3.- Examinacin Directa:Anlisis de los datos de la inspeccin Indirecta para seleccionar los sitios de
excavacin y las evaluaciones superficiales del tubo, identificar y evaluar losefectos de la corrosin.
2.- Inspeccin Indirecta: Se determina las secciones o regiones donde la actividad de corrosin pudo haberocurrido o puede estar ocurriendo.
1.- Evaluacin Previa: Recoleccin de datos actuales e histricos para caracterizar el ducto y determinarsi el proceso de evaluacin directa es aplicable.
4.- Evaluacin Posterior:Reporte sobre la integridad mecnica del ducto donde contiene conclusiones,recomendaciones de reparacin, recomendaciones de re inspeccin en el c aso deque la PMPO sea menor a la Presin de Operacin y mantenimiento futuro .
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Evaluacin Directa.Las mismas cuatro etapas se siguen para los siguientes 3 procesos:
Evaluacin Directa para Corrosin Externa.Evaluacin Directa para Corrosin Interna.Evaluacin Directa para Agrietamientos por corrosin Bajo
Esfuerzos.
Los siguientes documentos son guas para la realizacin de las evaluaciones:
NACE SP0502-2008Metodologa de Evaluacin Directa para Corrosin Externaen Tuberas .
NACE SP0206-2006Metodologa de Evaluacin Directa para Corrosin Internapara Tuberas Transportando Normalmente Gas Natural .
NACE SP0208-2008Metodologa de Evaluacin Directa para Corrosin Internapara Tuberas de petrleo liquido
DTPH56-05T-002 Metodologa de Evaluacin Directa para Corrosin Interna enDuctos de Gas Hmedo .
NACE SP0204-2008Metodologa de Evaluacin Directa para Agrietamiento porCorrosin Bajo Esfuerzos.
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Evaluacin Previa
Recopilacin, revisin de lainformacin tcnica de lalnea proporcionada, comoson: datos tcnicos dediseo, construccin,operacin, mantenimiento,
reportes de fugas,sustituciones, tramosdireccionales, evaluacionesprevias, inspeccin devlvulas de seccionamiento,cambios de direccin, trazo y
el perfil de elevacin de lalnea, as como las Zonas dealta Consecuencia que semencionan en el Celaje.
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Inspeccin Indirecta
Se identifican y definen las secciones que pueden presentar actividadcorrosiva mediante herramientas de inspeccin.
PIPEFLOWversin 9.0.2 desarrollado porNeotechnology Consulltans Ltd (Neotec)
Pipeline Current Mapper (PCM) yAlternating Current VoltageGradiant (ACVG)
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Zonas deacumulacin delquidos
Inspeccin Indirecta mediante ICDA
Flujo de Fluidos mediante elMtodo de Elemento Finito (MEF)mediante el software PIPEFLOversin 9.0.2 desarrollado porNeotechnology Consulltans Ltd
(Neotec).
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Inspeccin Indirecta mediante ICDA
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CONDICIONES DE FRONTERA
Se establece la Presin y Temperatura de Operacin.
Introduccin de las propiedades qumicas:
1. Gravedad de los componentes del producto transportado2. Parmetros del Punto de Burbuja (presin a la cual la primerburbuja de gas comienza a liberarse del petrleo).
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CONDICIONES DE FRONTERA
Cantidad del producto transportado:
1. Flujo de Aceite2. Flujo de Gas3. Flujo de Agua
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Se establece el Perfil de Elevacin del ducto.
CONDICIONES DE FRONTERA
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Se ejecuta el comando Run.
SOLUCIN
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RESULTADOS
Acumulacin de Lquidos en el ducto.
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En la Evaluacin Directa para Corrosin Externa (ECDA) se aplican las tcnicas PipelineCurrent Mapper (PCM) y Alternating Current Voltage Gradiant (ACVG) como unaherramienta de inspeccin indirecta para identificar los defectos en el recubrimientomecnico , zonas de contacto con otros ductos, trayectoria y profundidad del ducto.
Metodologa de Evaluacin Directa para CorrosinExterna ECDA
PCM (Mapeo de Corrientes en Tuberas).
Esta tcnica no requiere el contacto con el suelo ;consiste en inducir corriente alterna de bajafrecuencia al ducto, generando un campo magnticocuya intensidad es medido con un magnetmetro,permitiendo conocer la corriente que conduce latubera. Con los valores de la corriente medida (mA)yla distancia inspeccionada.
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ACVG (Gradiente de Voltaje de Corriente Alterna). En esta tcnica se aplica corrientemediante un transmisor con el propsito de crear un gradiente de voltaje alrededor de losdefectos del recubrimiento mecnico y con un marco conectado al equipo receptor PCM sepueden localizar los puntos que presenten fugas de corriente a lo largo del derecho de vadel ducto.
Metodologa de Evaluacin Directa para Corrosin Externa ECDA
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Metodologa de Evaluacin Directa para CorrosinExterna ECDA
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Pozo Constituciones 202 D
Batera 8 Constituciones
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KM
PCM
Metodologa de Evaluacin Directa para Corrosin ExternaECDA
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3. Examinacin Directa
Anlisis de los datosobtenidos mediante
Inspeccin Indirecta y deacuerdo al Procedimientointerno de ASSA services.
Metodologa Evaluacin Directa
INDICACIN No. 1: PRDIDA DE METALINTERNA ENCONTRADA CONULTRASONIDO INDUSTRIAL EN ELEMENTO E20
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Ensayos no Destructivos
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Evaluacin de la Severidad de losDefectos en ductos de Acero al Carbn
Mtodo Frmulas
ASME B31.G
Rstreng-1(B.31G Modificado)
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Entregables
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Entregables
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Mtodos alternativos
Cuando los anteriores mtodos no pueden ser utilizados, se puede utilizarmtodos alternativos para la Evaluacin de Integridad con una tecnologa,cuyos resultados sean equiparables con las metodologas antesmencionadas, adems de estar apoyadas en practicas reconocidas deingeniera.
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NACIONALESNRF-001-PEMEX-2009
NRF-005-PEMEX-2009
NRF-030-PEMEX-2009
NRF-026-PEMEX-2008
NRF-047-PEMEX-2004
NOM-027-SESH-2010
PEP-PAID-002
INTERNACIONALES
ASME B31G-2009
B31G-RSTRENG
API SPEC 5L/ISO 3183
API STD 1160
ASME B31.8 S
NORMATIVIDAD