Selección del grosor de pared adecuado para tubos de acero sin soldadura en entornos de alta presión

El espesor de la pared es uno de los factores más importantes en un sistema de tuberías de alta presión. Si la pared del tubo es demasiado delgada, puede no proporcionar la capacidad de presión requerida. Sin embargo, una pared excesivamente gruesa puede aumentar el peso, el uso de materiales, el tiempo de soldadura y los costos de instalación.

Por esta razón, los compradores industriales no deben seleccionar tubos de acero sin costura solo por el diámetro exterior y el schedule. También deben revisar la presión, la temperatura, la calificación del material, el riesgo de corrosión, la tolerancia de fabricación y el código de diseño aplicable.

Zhongersheng Steel suministra tubos de acero sin costura para tuberías industriales, sistemas de energía, procesamiento químico, maquinaria y otros proyectos exigentes. Trabajamos con los compradores de proyectos para confirmar dimensiones, estándares, necesidades de inspección y embalaje para exportación antes de la producción.

Por qué el espesor de la pared es importante en los sistemas de presión

La presión interna crea tensión en la pared de un tubo de acero sin costura. A medida que la presión aumenta, el tubo necesita suficiente resistencia del material y espesor de pared para contener el fluido de forma segura.

El espesor de la pared también puede afectar:

• Capacidad de presión
• Peso del sistema
• Área de flujo
• Requisitos de soldadura
• Rendimiento de flexión
• Vida de corrosión
• Método de instalación
• Costos de materiales
• Vida útil

Aún así, el espesor de la pared solo no garantiza un rendimiento seguro. La calificación del material, la temperatura, las conexiones, las soldaduras, las válvulas, los soportes y las condiciones de operación deben funcionar juntos como un solo sistema.

Un ingeniero calificado debe calcular el espesor requerido según el código de diseño reglamentario del proyecto.

Comience con la presión de diseño

La presión de diseño no siempre es la misma que la presión de operación normal. Usualmente incluye un margen para cambios posibles, sobrepresiones, condiciones de arranque u otros eventos operativos.

Antes de seleccionar un tubo, el equipo del proyecto debe definir:

• Presión de operación normal
• Presión máxima esperada
• Presión de diseño
• Presión de prueba
• Posibles sobrepresiones
• Condiciones de vacío
• Tipo de fluido

Usar solo la presión normal puede llevar a una selección de material inadecuada. Por lo tanto, la especificación de compra debe indicar la presión de diseño confirmada.

Para sistemas con presión pulsante, como algunas líneas hidráulicas, líneas de descarga de bombas y sistemas de compresores, también puede ser necesario considerar la fatiga.

Considere la temperatura de diseño

La resistencia del acero puede cambiar a medida que aumenta la temperatura. Un material que funciona bien a temperatura ambiente puede tener una tensión admisible menor a temperatura elevada.

Las bajas temperaturas también pueden afectar la tenacidad. Por lo tanto, tanto las temperaturas de diseño máxima como mínima son importantes.

Las aplicaciones de alta temperatura pueden incluir:

• Líneas de vapor
• Sistemas de calderas
• Intercambiadores de calor
• Tuberías de refinerías
• Sistemas de aceite térmico
• Equipos de generación de energía

La calificación del material y el cálculo de la pared deben coincidir con la temperatura de diseño. Los compradores también deben confirmar si se aplican tratamientos térmicos, pruebas de impacto u otros requisitos especiales.

Ajuste la calificación del material al servicio

Diferentes calificaciones de acero ofrecen diferentes resistencia, tenacidad, soldabilidad y rendimiento térmico. Las calificaciones comunes de tubos de acero carbono sin costura pueden incluir ASTM A106 Grade B y otras calificaciones seleccionadas según el estándar de proyecto relevante.

El acero inoxidable puede ser necesario cuando el fluido o el entorno de trabajo crea un riesgo de corrosión mayor. El acero aleado puede usarse para ciertas aplicaciones de alta temperatura o presión exigente.

El material correcto depende de:

• Composición del fluido
• Temperatura de operación
• Nivel de presión
• Condiciones de corrosión
• Resistencia mecánica requerida
• Proceso de soldadura
• Código de tuberías aplicable
• Vida útil esperada

No se debe aceptar una calificación aparentemente similar sin verificar su composición química, propiedades mecánicas, tratamiento térmico y requisitos de estándar.

Entienda el espesor de pared nominal y mínimo

Un espesor de pared especificado puede ser nominal en lugar del valor mínimo permitido. Los estándares de fabricación pueden permitir una tolerancia negativa de pared.

Por ejemplo, un tubo pedido con un espesor nominal puede contener puntos medidos por debajo de ese valor nominal mientras aún cumple con el estándar del producto. Por lo tanto, el cálculo de diseño debe tener en cuenta la tolerancia de fabricación permitida.

Los compradores deben indicar claramente:

• Espesor de pared nominal
• Espesor de pared mínimo permitido
• Tolerancia de fabricación negativa
• Tolerancia de diámetro exterior
• Estándar de producto aplicable
• Método de medición requerido

Este paso es especialmente importante cuando el espesor calculado está cerca de un tamaño de tubo estándar.

Schedule de tubo vs. espesor de pared real

Los schedules de tubos, como Schedule 40, Schedule 80 y Schedule 160, proporcionan espesores de pared estándar para muchos tamaños de tubos. Sin embargo, el mismo número de schedule no representa un espesor fijo en todos los diámetros exteriores.

Además, un schedule más alto no significa automáticamente que el tubo sea adecuado para todas las aplicaciones de alta presión. La calificación del material y la temperatura aún afectan la presión admisible.

Por lo tanto, los compradores deben verificar el espesor de pared real que se muestra en el estándar dimensional relevante. La orden de compra debe incluir tanto el schedule como el espesor nominal requerido cuando sea posible.

Los tubos sin costura de pared gruesa pueden seleccionarse cuando los schedules estándar no cumplen con el requisito calculado.

Agregue una holgura de corrosión adecuada

La corrosión o erosión puede reducir la pared del tubo durante el servicio. Una holgura de corrosión agrega material más allá del requisito estructural mínimo.

La holgura correcta depende de:

• Tipo de fluido
• Concentración química
• Velocidad de flujo
• Temperatura
• Exposición a la humedad
• Tasa de corrosión esperada
• Frecuencia de inspección
• Vida útil requerida
• Revestimiento o recubrimiento interno

Una holgura de corrosión general no debe reemplazar una revisión adecuada del material. En un entorno altamente corrosivo, seleccionar una calificación más resistente puede ser más adecuado que simplemente aumentar el espesor de la pared.

La erosión también debe considerarse en las líneas que transportan sólidos, slurry o fluidos de alta velocidad.

Incluya holguras mecánicas y de procesamiento

La presión no es la única carga sobre un tubo. Las fuerzas externas pueden provenir de soportes, conexiones de equipos, expansión térmica, vibración, viento o peso del tubo.

El procesamiento también puede reducir la pared efectiva. El roscado, ranurado, flexión, mecanizado o conformado pueden remover material o crear adelgazamiento local.

La revisión de ingeniería debe considerar:

• Holgura de flexión
• Profundidad de rosca
• Holgura de mecanizado
• Reducción por conformado
• Cargas externas
• Vibración
• Servicio cíclico
• Estrés de instalación

Si el tubo sin costura se va a doblar, el comprador debe proporcionar el radio de flexión y el método de conformado. El adelgazamiento de la pared en la parte exterior de la flexión puede necesitar atención especial.

Siga el código de diseño aplicable

Los sistemas de tuberías de alta presión deben seguir el código requerido por la industria, el propietario del proyecto y la ubicación de instalación.

Dependiendo de la aplicación, el diseño puede referirse a estándares o códigos como:

• ASME B31.1 para tuberías de energía
• ASME B31.3 para tuberías de proceso
• Reglas aplicables de calderas y vasijas de presión
• Estándares de tuberías de presión EN
• Especificaciones de ingeniería del cliente
• Regulaciones de seguridad locales

El código reglamentario define cómo se usan la presión, la temperatura, la tensión admisible, los factores de junta, las tolerancias y las holguras en el diseño.

El proveedor de tubos puede confirmar las especificaciones del material y el producto. Sin embargo, el diseñador del sistema sigue siendo responsable de calcular y aprobar el espesor final de la pared.

Inspeccione el espesor de la pared antes del envío

Para proyectos relacionados con la presión, la inspección dimensional debe verificar que los tubos entregados coincidan con la orden aprobada.

Los puntos de inspección pueden incluir:

• Diámetro exterior
• Espesor de pared
• Ovalidad
• Rectitud
• Longitud del tubo
• Condición del extremo
• Calidad de la superficie
• Identificación del material
• Cantidad
• Marcas de embalaje

El espesor de la pared puede verificarse en los extremos del tubo con herramientas de medición adecuadas. El equipo ultrasónico también puede usarse para inspeccionar puntos seleccionados a lo largo del tubo cuando sea necesario.

El plan de muestreo, los criterios de aceptación y los registros de inspección deben acordarse antes de la producción.

Confirme las necesidades de prueba y trazabilidad

Los proyectos de alta presión pueden requerir más que la inspección dimensional. Los requisitos de prueba dependen del estándar del tubo y las condiciones de servicio.

Los compradores pueden solicitar o especificar:

• Registros de composición química
• Resultados de propiedades mecánicas
• Prueba hidrostática
• Prueba ultrasónica
• Prueba de corriente eddy
• Prueba de impacto
• Registros de tratamiento térmico
• Certificados de material
• Trazabilidad de lote o calor
• Inspección de terceros

No todas las pruebas se aplican a cada orden. Por lo tanto, el tipo de prueba requerido, el estándar, el nivel de aceptación y el formato de documento deben aparecer en la solicitud.

Prepare una solicitud completa de tubos sin costura

Una solicitud detallada ayuda al proveedor a identificar el producto correcto y evitar suposiciones poco claras.

Por favor, proporcione:

• Calificación del material
• Estándar de fabricación
• Diámetro exterior
• Espesor de pared nominal y mínimo
• Schedule de tubo, si aplica
• Longitud del tubo
• Presión y temperatura de diseño
• Fluido o medio
• Holgura de corrosión
• Requisitos de procesamiento
• Necesidades de prueba y documentos
• Cantidad de la orden
• Instrucciones de embalaje
• Destino de entrega

Zhongersheng Steel suministra tubos de acero carbono y acero inoxidable sin costura, así como láminas, bobinas, barras, alambre y perfiles estructurales. Los compradores de proyectos pueden enviar especificaciones técnicas y listas de materiales para revisión.

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