Sesión técnica, sala Tuzandépetl, Evaluación de laminaciones en ductos de transporte de hidrocarburos mediante API RP 579-1/ASME FFS-1 Fitness-Force-Services

Evaluación de laminaciones en ductos de transporte de hidrocarburos
mediante API RP 579-1 / ASME FFS-1 Fitness-For- Service.
Octavio Chablé Herrera  Tecpetrol  México

Evaluación de laminaciones en ductos de
transporte de hidrocarburos Mediante
API RP 579-1 / ASME FFS-1 Fitness-For- Service
Octavio Chablé Herrera  Sistema 3  México  Tecpetrol

2° Congreso y exposición internacional de logística, transporte y distribución de hidrocarburos


Introducción: El proyecto del Sistema 3



Definición: Una laminación es un defecto cuya morfología consiste en una discontinuidad con
separación interna o debilitamiento en la pared del ducto (figura 1), creando capas que
generalmente y en el mejor de los casos, se alinean de forma paralela a la pared del ducto.
Figura 1. Morfología típica de una laminación en un ducto

Fuente: Internet



Detección mediante equipos instrumentados: La capacidad de detección de las
laminaciones depende del tipo de técnica y del tipo de laminación.

Inspección ultrasónica (UT): Consiste en
medir los espesores de pared del tubo
mediante el barrido de toda la circunferencia
mediante un haz ultrasónico.

Inspección por fuga de flujo magnético
(MFL): Consiste en detectar la dispersión de
un campo magnético que se produce por la
presencia de una discontinuidad en la pieza a
inspeccionar.



Detección mediante Ensayos No Destructivos convencionales.
Inspección visual (VT): algunos tipos de
laminaciones pueden ser detectadas por esta
técnica, por ejemplo, laminaciones por
traslape o laminaciones conectadas a la
superficie.

LAMINACION

Partículas magnéticas (PT): La presencia
de una laminación cerca de la pared externa
(<0.250 pulg) puede ser detectada.

Ultrasonido (UT): es mediante esta técnica
que se detectan la mayoría de las
laminaciones. En la Figura 2 se muestra la
delimitación de una laminación y la forma del
oscilograma del equipo de ultrasonido.
Líquidos penetrantes (PT): En general esta
técnica no detectará laminaciones a menos
que se encuentre conectada a la superficie o
presente grietas en la pared externa.



Clasificación de laminaciones: Se pueden clasificar por su origen, por su forma y por su
localización. Los tipos mas comunes se muestran en la Tabla:

•

•

Por su origen
Por rolado de
inclusiones no
metálicas y vacíos
Por bandas de
inclusiones no
metálicas

Por su forma
•
•
•
•
•

Planas
Escalonadas
Inclinadas
Abultadas
Ampolladas

Por su localización
•
•

Conectadas a
soldaduras
Conectadas a la
superficie

Fuente: Basado en el trabajo de J.L. Gonzalez et al, Revista Ductos, Edición Mayo-Junio 2000.



Por su origen - por rolado de Inclusiones no metálicas y vacíos: Resulta de óxidos,
inclusiones no metálicas (típicamente MnS), segregación de aleaciones u otras impurezas
atrapadas en el material, incluyendo vacíos, que son deformadas durante el proceso de rolado
(Ver Figura 3).
Figura 3. Representación de la morfología de las inclusiones antes y después del rolado.

Fuente: Chunhui Luo, Modeling the behavior of inclusions in plastic deformation of Steels,
Doctoral Thesis, Royal Institute of Technology, Estocolmo, Suecia (2001), Página 4.



Fuente:



Por su origen – Por traslape de la superficie: Se originan también durante el rolado de las
placas por superficies irregulares o porosidades en la superficie, que cuando se laminan en
caliente rolan sí misma, traslapándose.
Figura 4. Traslape en la superficie

Fuente: Howard (Hsun-hau) Huang, Daniel Gutchess, Engineer, Imaging-based In-Line Surface
Defect Inspection for Bar Rolling, AIST Iron & Steel Conference and
Exposition, Nashville, TN, (2010), Página 5.



Por su origen - por banda de inclusiones: Son áreas, generalmente en el centro del
espesor, donde se acumulan gran cantidad de inclusiones no metálicas elongadas por
deformación, i.e., el proceso de rolado produce bandas alargadas que son caracterizadas
como inclusiones.
Figura 4. Banda de inclusiones

Fuente: Tecpetrol



Por su forma - planas simples: Son las menos complejas. Cuando provienen por rolado se
presentan más largas que anchas, y cuando son inducidas por hidrogeno, son más
rectangulares y pueden ser discontinuas y con escalonamiento.
Figura 5. Laminación plana simple

Fuente: Tecpetrol



Por su forma - escalonadas: Es común que este asociada al Agrietamiento Inducido por
Hidrogeno. Es un grupo de laminaciones en una misma zona del ducto, son intermitentes y
ubicadas a diferentes profundidades, con la posibilidad de conectarse en forma escalonada.
Figura 6. Laminación escalonada

Fuente: Tecpetrol



Por su forma - Inclinadas: contrario a la laminación plana, este tipo de laminación se
encuentra a diferentes profundidades, formando un ángulo respecto al eje del ducto, lo cual
es peligroso ya que si evoluciona puede eventualmente romper a la superficie.
Figura 6. Laminación escalonada

Fuente: Tecpetrol



Por su forma - abultada: Se forman cuando una laminación simple muy larga (>12 pulg) se
llena de gas o cuando el tubo se deforma por pandeo. El abultamiento puede ser en ambas
superficies, en las cuales se observa como una protuberancia de forma ovalada que puede
presentar agrietamientos.
Figura 6. Laminación abultada

Fuente: Tecpetrol



Por su forma - ampolladas: es similar a una abultada, pero de diferente morfología. Se
forma por la absorción de gas en una laminación. Su forma es casi circular y casi siempre se
presentan en grupos. Cuando el ampollamiento es severo, se forman grietas tipo T o L.
Figura 6. Laminación ampollada

Fuente: Tecpetrol



Proceso de ampollamiento: La corrosión amarga libera el hidrogeno atómico en la
superficie del ducto, los cuales el acero del ducto hasta llegar al interior de una laminación,
para recombinarse para formar moléculas de hidrogeno las cuales por su tamaño no pueden
entonces dispersarse a través del acero, quedando atrapadas dentro de la cavidad,
aumentando la presión interna dentro de la laminación, causando un abultamiento en la pared
interna y/o externa del ducto, y agrietamiento alrededor de la ampolla o sobre esta.

Flujo de Gas amargo
S
S

H
H

S

H
H

S
S

H
H

H
H

S

H

H

S

H

H

S

H

Fe

S

H

H

H

S
S

H

S

H

H
H

S

S

H

Fe

+ S

H

+

S

H

H

S

H
H

H
H

H

H
H

H

H

H

H

H

H

H

H

Pared externa del ducto

H

H

H

+

H

H

H
H

H

H
H

H + H 

H

H

H
H


H

H

H
H


Fuente: http://sirius.mtm.kuleuven.be/Research/corr-o-scope/hcindex2/tutor2.htm



Casos de ampollamiento en el sistema 3: se han detectado ampollas con grietas en la
pared interna de componentes, un caso fue en una Trampa de envío de 24 NPS, en servicio
amargo. Para detectar las ampollas, que en la pared externa parecían laminaciones, se solicitó
a Pemex trasladar la Trampa a un taller para inspeccionar internamente los componentes. Se
encontraron 4 ampollas cada una con grietas de hasta 4.4 cm de largo.



Por su localización - conectadas a soldaduras: Esta situación sucede en cualquier tipo de
laminación. Generalmente no traspasa la soldadura. Es frecuente que una laminación se
conecte a la soldadura de campo o a la costura longitudinal del tubo.
Figura 6. Laminación conectada a la soldadura

Fuente: Tecpetrol



Por su localización - conectadas a la superficie: Son laminaciones cuya inclinación,
escalonamiento o grietas asociadas hacen una conexión con una de las superficies libre del
tubo; generalmente la interna.
Figura 6. Laminación conectada a la soldadura

Fuente: Tecpetrol



Principales riesgos por presencia de laminaciones
Laminaciones inclinadas o escalonadas: debido a su orientación pueden reducir el espesor
efectivo del ducto y pueden causar una ruta de falla, especialmente a través de ciclos de
presión.
Laminaciones sujetas a esfuerzos no solo circunferenciales: las laminaciones sujetas a
otros tipos de esfuerzos, no solo de membrana, las laminaciones pueden reducir la Resistencia
del ducto cuando están sujetos a esfuerzos de flexión, compresión o radiales.
Laminaciones cercanas a soldaduras: estas se pueden propagar a través de la zona
afectada por el calor o a través de la línea de fusión.
Laminaciones cercanas a una discontinuidad estructural: por ejemplo, en una conexión
ramal, las laminaciones pueden reducirla resistencia del ducto por esfuerzos de
flexión, provocados por el peso de la conexión ramal.
Laminaciones en Servicio amargo: El sulfuro de hidrogeno es muy corrosivo en ductos de
acero, los fluidos con altos niveles de H2S se denominan como amargos y NACE define los
niveles de H2S por arriba de 0.05 psi de presión parcial como condición amarga. La corrosión
amarga libera hidrogeno atómico, que se recombina como hidrogeno molecular dentro de las
laminaciones, creando ampollas y agrietamientos que pueden causar una falla.



Evaluación de laminaciones
ASME B31 y API 1104: rechazan las laminaciones en la etapa de construcción Indicando que
no se debe reparar el componente con laminaciones, sino más bien retirarlos completamente;
para la etapa de operación y mantenimiento, una laminación no se considera un defecto si es
paralela a la superficie del ducto, no intersecte una soldadura y no sea rompiente a la
superficie.
NRF-030-PEMEX-2009: no hacen referencia alguna a las laminaciones. Es necesario que
esta norma incluya lo pertinente a la evaluación y reparación de estos defectos.
NRF-014-PEMEX-2013: indica en la sección 8.9.7 evaluar la aptitud para el servicio
mediante la practica recomendada API RP 579-1 / ASME FFS-1 Fitness-For- Service.
API RP 579-1 / ASME FFS-1 Fitness-For- Service: Provee de procedimientos para
determinar la aptitud para el servicio de laminaciones. La Parte 13 de API 579 se usa para
evaluar la aceptabilidad de laminaciones, ya sean que se encuentren paralelas o no a la
superficie de la pared del ducto. Los métodos de cálculo sirven para determinar la PMPO. La
parte 13 consta de 3 niveles de evaluación. Para el nivel 1 y 2 se requiere la información
mostrada en la Figura 12. Si el componente no satisface los niveles 1 y 2 de evaluación se
puede aplicar el nivel 3, que es una simulación por el método del elemento finito. La edición
más actual es del año 2007, y se publicó un manual de ejemplos en 2009.



Evaluación por el nivel 1 de la parte 13 de API 579: Es un criterio tipo filtro o lista de
verificación basada en las dimensiones, orientación relativa a la superficie, distancia a juntas
soldadas, discontinuidades estructurales y distancia a otras laminaciones.
Paso 1. Determine si existe algún abultamiento: Verificar la presencia de
abultamientos, protuberancias o ampollas en la superficie interna o externa del componente
en o sobre la zona de la laminación. En caso afirmativo evalúe la laminación mediante el nivel
1 de la Parte 7 de API 579 (Evaluación de ampollas por hidrogeno).



Paso 2. Determine los parámetros de evaluación: Para lo cual se debe obtener la información
de la figura siguiente.



Paso 3. Verificar el espacio entre laminaciones: Si hay dos o más laminaciones en el
mismo plano, y no hay indicaciones de agrietamientos y la distancia entre ellas es menor o
igual que dos veces el espesor de pared (i.e. Ls2tc) entonces se deben combinar las
laminaciones en una sola. Si las laminaciones no están en el mismo plano, se debe evaluar el
grupo de laminaciones mediante el Nivel 1 de la Parte 7 de API 579 (Evaluación de ampollas).



Paso 4. Verificar la altura de la laminación: si la altura de la laminación es pequeña
respecto a las dimensiones de la laminación (i.e. Lh  0.09 Max [s,c]) proceda al PASO 5. De lo
contrario, evalúe el componente mediante el nivel 1 de la Parte 9 de API 579, ya que si la
laminación es muy alta, actúa mas bien como una grieta.

Paso 5. Determinar el espesor de pared a utilizarse: Calcule tc, el cual es el espesor
mínimo medido (tmm) en zona sana adyacente a la laminación, menos un espesor por
corrosión futura (FCA), el cual se puede calcular como el espesor de pared que se desgastara
o corroerá en el tiempo de vida considerado para el componente. Típicamente se considera un
desgaste de 0.00625” por año (6.25 MPA  0.159 mm/año).

27



Paso 6. Verifique el tamaño y ubicación de la laminación. Antes de proceder al paso 7,
se deben verificar que se cumplan las siguientes condiciones:
•

No tiene agrietamientos

•

No
tiende
a
romper
hacia
la
superficie, tmm0.10tc, en caso contrario
se debe evaluar como un defecto
parecido a grieta mediante el Nivel 1 de
API 579.

•

No se encuentra cercana a juntas
soldadas, ya sea a 1” o a dos veces el
espesor de pared tc (i.e. Lw Max
[2tc, 1”]).

•

No
se
encuentra
cerca
de
discontinuidades estructurales mayores
(e.g. una conexión ramal). El limite es
1.8Dtc (i.e. se debe cumplir Lmsd 
1.8[Dtc]).

No debe ser “grande” si la laminación se
encuentra en Servicio amargo, entonces
las dimensiones planas de la laminación
no deben superar el limite que es
0.6(Dtc).
•


Paso 7. Calcule la PMPO: para ductos se debe utilizar la ecuación 1[5] de la NRF-030PEMEX-2009 para el componente, considerando el espesor calculado en el paso 5. El
componente con la laminación es apto para continuar en servicio hasta una presión de
operación igual a la PMPO calculada.



Evaluación por el nivel 2 de la parte 13 de API 579: Si el componente no satisface lo
requerimientos del Nivel 1, se tienen dos opciones: sustituir, reparar o retirar el componente o
realizar una evaluación por el nivel 2, el cual es similar al nivel 1. Para la evaluación por nivel
2, se deben seguir los siguientes pasos:
Paso 1 al Paso 5. Son idénticos a los del Nivel 1 (Excepto que en caso de rechazo, se
remiten al nivel 2 de evaluación de las mismas partes indicadas en el nivel 1).
Paso 6. Verifique el tamaño y ubicación de la laminación. Antes de proceder al paso 7,
se deben verificar que se cumplan todas y cada una de las siguientes condiciones:


No tiene agrietamientos.



No tiende a romper hacia la superficie, tmm0.10tc, en caso contrario se debe evaluar
como un defecto parecido a grieta mediante el Nivel 2 de API 579.



No se encuentra cerca de juntas soldadas, ya sea a 1” o a dos veces el espesor de pared
tc, la que sea mayor (i.e. Lw Max [2tc, 1”]). Si no cumple esta condición son
aceptables siempre y cuando no haya agrietamientos transversales a la pared.



No se encuentra cerca de discontinuidades estructurales (e.g. una conexión ramal). Se
verifica la distancia a una discontinuidad estructural con el valor de 1.8Dtc (i.e. se debe
cumplir Lmsd1.8[Dtc]). Si no hay discontinuidades estructurales, se da por cierto que la
laminación está lejos de las mismas.

No se encuentra en Servicio amargo, de lo contrario se debe evaluar mediante la
parte 5 de API 579.



Ejemplo práctico.
En un ducto de 24 NPS que transporte de gas amargo, con especificación API 5L-X52, se
encontró mediante ultrasonido una laminación de 36.500” de largo y 11.250” de ancho, en un
horario de 2:26 - 4:15. Según el reporte de inspección la laminación es plana y se encuentra a
una profundidad de 0.359” respecto a la pared externa. El espesor de pared en zona sana
adyacente a la laminación fue de 0.691”.
No se reportaron ampollas ni grietas. La soldadura más cercana se
encuentra a 2.500”, y existe una conexión ramal a 19.375” de la
laminación.



Paso

Verificación

Nivel 1

Nivel 2

Existencia de
abultamientos

¿Hay abultamiento? = No.

Parámetros de
evaluación

s = 36.500”
c = 11.250”
Lh = 0.000”
Ls = 3.250”
tmm = 0.332”

Espacio entre
laminaciones

¿Hay laminaciones cercanas que se puedan agrupar? No.
Ls critico = 2tc =1.257”
Ls = 2.500”
Ls < Ls critico

4

Altura de la
laminación

¿Tiene una altura muy grande respecto a sus dimensiones planares? No.
Lh critica = 0.09*Max(s,c,) = 3.285”
IDEM
Lh = 0.000” (la laminación es plana)
Lh < Lh critica

5

Espesor de pared a
utilizarse

FCA = 0.0625”
tc = tady – FCA = 0.691” – 0.0625”
tc = 0.6285”

1

2

3

IDEM
tady = 0.691”
Lw = 0.393”
Lmsd = 19.375”
D = 22.618


IDEM

IDEM

IDEM


Paso

Verificación

Nivel 1
¿Tiene agrietamientos? = No

Nivel 2
IDEM

¿Es rompiente a la superficie? = No.
tmm critico = 0.10tc = 0.0628”
tmm = 0.332”
tmm > tmm critico
¿Se encuentra cerca de juntas soldadas? = Si
LW critica = Max (2tc ,1”) = 1.257”
LW = 0.393”
A NIVEL 2
LW < LW critica

X

6

Tamaño y
ubicación

¿Se encuentra cerca de discontinuidades
estructurales? = No.
Lmsd critica = 1.8(Dtc) = 6.786”
Lmsd = 19.375”
Lmsd > Lmsd critica
¿Si se encuentra en servicio amargo, es
grande? = Si.
Tamaño límite = 0.6*(Dtc) = 2.268”
¿s > 2.268”? = Si (s=96.500”)
A NIVEL 2
¿c > 2.268”? = Si (c=11.250”)
No aplica. El componente con laminación se
debe sustituir, reparar o realizar una
evaluación por el nivel 2.

X

7

PMPO

IDEM
¿Se encuentra cerca de juntas soldadas? = Si
LW critica = Max (2tc ,1”) = 1.257”
LW = 0.393”
LW < LW critica
¿Existen agrietamientos? No

IDEM

¿Se encuentra en servicio amargo? = Si.

X

EVALUAR MEDIANTE LA PARTE 5 DE API 579
No aplica. El componente con laminación se
debe sustituir, reparar o evaluar mediante la
parte 5 de API 579.



Reparación de laminaciones.
Si la evaluación indica que una laminación no es apta para continuar en servicio, el tramo del
ducto se puede reparar por dos métodos:
• Reparación definitiva: sustitución del tramo afectado
• Reparación permanente: Instalación de una envolvente metálica circunferencial completa
soldada, y programación de la reparación definitiva.



Conclusiones y recomendaciones.
•

Las laminaciones están presentes en los ductos de transporte de hidrocarburos de mayor
antigüedad y pueden ser una amenaza si no se les identifica y evalúa en tiempo y forma,
en particular representan un riesgo si están en servicio amargo.

•

La práctica recomendada API 579 provee procedimientos para determinar la aptitud para el
servicio de componentes con laminaciones. Los criterios de aceptación y rechazo de basan
en la cercanía de las laminaciones a juntas soldadas y a discontinuidades estructurales, así
como en su parecido a grietas y tamaño si están en servicio amargo.

•

Los componentes con laminaciones que no satisfacen los criterios de aceptación deben ser
sustituidos, o bien, reparados mediante envolventes metálicas soldadas, en tanto se
programa, a corto plazo, la sustitución.

•

Las laminaciones que satisfacen los criterios de aceptación no requieren reparación, pero si
el componente está severamente dañado o existe una gran densidad de las laminaciones,
se recomienda la reparación definitiva, en particular si las laminaciones se encuentran en
servicio amargo, ya que pueden crecer o ser en realidad ampollas internas, lo cual no se
puede detectar mediante pruebas no destructivas.

•

Se recomienda incluir el criterio de evaluación de laminaciones y ampollas en las normas
de referencia de Pemex, o bien la creación de una Norma de referencia referente a la
“Inspección, evaluación de integridad y mantenimiento de ductos terrestres” que indique
como evaluar estos y otros defectos.


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