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Metales ferrosos: la resistencia y naturaleza robusta del procesamiento de tuberías en la fabricación
Aceros al carbono y de baja aleación: un estándar en los sectores de petróleo y gas y generación de energía
Aleaciones resistentes a la fluencia y de alta temperatura (como P91) para la fabricación de tuberías
Aceros inoxidables ferríticos y dúplex
Durante el procesamiento de tuberías en presencia de medios más agresivos, como cloruros, ácidos orgánicos y agua de mar, elementos tales como el cromo y el molibdeno presentes en los aceros inoxidables, los aceros dúplex y los superdúplex permiten que dichos aceros formen rápidamente, y según se informa, se pasiven de forma autónoma frente a la corrosión por picaduras y por grietas. En particular, los aceros inoxidables dúplex, que combinan la tenacidad de la microestructura austenítica con la resistencia de la microestructura ferrítica, presentan una susceptibilidad considerablemente reducida —hasta un 65 %— a la corrosión por tensión inducida por cloruros (SCC), tal como demuestran recientes estudios de campo conformes a las normas NACE, en comparación con los aceros inoxidables 316L. Su microestructura equilibrada de doble fase también les confiere una mayor resistencia al límite elástico y una mejor soldabilidad, lo que convierte a los aceros inoxidables dúplex en una excelente opción para uniones de alta integridad en plantas desaladoras, plataformas offshore y tuberías de transporte químico. Cada grado se selecciona según la severidad del entorno: así, el 316L puede utilizarse en entornos con concentraciones moderadas de cloruros, mientras que las aleaciones superdúplex pueden sustituir tratamientos superficiales y conservantes costosos en entornos severos con concentraciones de cloruros superiores a 30 000 ppm.
Superaloyes a base de níquel y titanio para servicio en ambientes químicos agresivos y agua de mar
En las condiciones más corrosivas y de mayor temperatura, la elección de materiales son las superaleaciones a base de níquel y el titanio. Estas condiciones podrían darse durante el transporte de ácido sulfúrico, en los risers de aguas profundas o durante la extracción de petróleo ácido. Un ejemplo de superaleación a base de níquel es el Inconel 625 o incluso el Hastelloy C-276. Estas condiciones también requieren titanio. Un ejemplo son los grados 2 y 7. En cuanto al ácido sulfúrico concentrado, el Hastelloy C-276 mantiene más del 95 % de su resistencia a la corrosión. El agua de mar incluye diversos mecanismos de corrosión, como la corrosión por picaduras y la corrosión por grietas, considerados los más agresivos. Debido a ello, resulta difícil diseñar materiales capaces de resistir la corrosión durante largos períodos. El óxido de titanio se forma en el agua de mar y previene excepcionalmente la corrosión, constituyendo así una opción sostenible. Un ejemplo es la vida útil de 40 años del titanio en sistemas de refrigeración. El Inconel 625 es preferible a otros materiales frente a la fisuración por tensión sulfídica en corrientes de hidrocarburos. Por lo tanto, las superaleaciones a base de níquel y el titanio contribuyen a ofrecer un sólido costo total de propiedad, garantizando al mismo tiempo el funcionamiento ininterrumpido de sistemas críticos para la misión.
Fabricación económica de tuberías de baja presión mediante procesamiento de tubos poliméricos y no metálicos
HDPE, PVC, CPVC y PEX: ¿Cuál es el equilibrio óptimo entre costo, eficiencia de instalación e incompatibilidad química?
Cuando se trata de fabricación y procesamiento de tuberías a baja presión y no críticas, especialmente para el suministro municipal de agua, riego y desagües químicos, los materiales poliméricos ofrecen importantes ventajas económicas, así como beneficios logísticos. Los sistemas de tuberías de PEAD, PVC, CPVC y PEX son soluciones ligeras y resistentes a la corrosión. Además, no requieren roscado ni soldadura, por lo que los ahorros en mano de obra y tiempo de instalación pueden alcanzar hasta un 40 % en comparación con un sistema metálico. La tubería de PEAD es la más adecuada para sistemas de distribución de gas y agua, así como para sistemas enterrados de distribución de gas y agua. El PEAD es flexible y permite una soldadura por fusión sin juntas. La tubería de PVC ofrece buena resistencia a ácidos y álcalis. El CPVC presenta buena resistencia y puede soportar agua a temperaturas superiores a 200 °F. La tubería de PEX tiene buena flexibilidad y es ideal para sistemas de fontanería. Sin embargo, todos estos materiales presentan ciertas debilidades. Por ejemplo, el PVC se vuelve frágil a temperaturas de congelación y el CPVC sufre degradación por UV tras su exposición. Asimismo, las reducciones térmicas y de presión son factores críticos al seleccionar materiales para tuberías. Por tanto, la elección de materiales flexibles para tuberías debe realizarse considerando cuidadosamente su compatibilidad química.
Aplicación del diseño y la ingeniería para la estructura de procesamiento de tuberías
Un enfoque metódico y sistemático es esencial para determinar el material que se utilizará en la fabricación de tuberías. Cuando se transportan fluidos, las tuberías deben resistir sin deteriorarse las aguas residuales calientes, viscosas y ácidas procedentes de las refinerías. Este es el requisito más básico para preservar el flujo continuo y la integridad de los productos. La norma ASME B31.3 hace referencia al mantenimiento de la presión de trabajo esperada y de las condiciones operativas. Esto significa que la presión en las tuberías no debe superar en más del 30 % la presión de trabajo prevista, mientras que la temperatura no debe exceder los 400 grados Celsius. El acero P91 se encuentra dentro de ese rango. Las condiciones operativas también dependen de la temperatura del fluido y del viento. Los dispositivos deben ser resistentes a la corrosión y compatibles con los fluidos. Aleaciones de mayor calidad, aunque más costosas, justifican su inversión. Muchas aleaciones se utilizan junto con las bridas de tuberías resistentes a la corrosión. Por tanto, cuanto mayor sea el caudal de fluido, más rentable será el dispositivo. Se logra un funcionamiento fluido y una solidez financiera. La integración de estos criterios permite tomar decisiones sólidas que garanticen operaciones más seguras, más fiables y mayores ahorros de costes en las estructuras de procesamiento de tuberías.
Preguntas frecuentes
¿Cuáles son los beneficios del acero al carbono y del acero de baja aleación?
El acero al carbono y el acero de baja aleación ofrecen numerosos beneficios. Tienen una excelente relación resistencia-costo. Se pueden utilizar en la fabricación de tuberías para sectores de energía, petróleo y gas. Asimismo, presentan una muy buena resistencia a temperaturas extremas y también a ambientes agresivos (sour).
¿Por qué estos aleados para condiciones corrosivas?
Porque aleaciones como las calidades dúplex y los aceros inoxidables tienen una mayor resistencia a la corrosión, ya que durante su proceso corrosivo se forma una capa protectora de óxido, lo que las hace ideales para entornos con cloruros, ácidos orgánicos e incluso agua de mar.
¿Cómo se comparan los polímeros con los metales para la fabricación de tuberías?
Materiales como el PEAD, el PVC, el CPVC y el PEX ofrecen varias ventajas frente a los metales, como su bajo peso y su resistencia a la corrosión, lo que supone importantes ventajas económicas y logísticas, especialmente teniendo en cuenta que estas tuberías se instalan en aplicaciones de baja presión y no críticas.