API579 Spanish

Integridad para el Servicio y API 579

Presentado por:

Luis Sanjuan

04/03/2014 1

Primero consideremos la incapacidad de servicio

Aquí se muestran algunos problemas – primero consideremos corrosión

En general esto es la corrosión del acero

Las áreas rojas son Hematita

Los puntos negros son Magnetita

La Hematita es escamosa y porosa. Siendo la Hematita el principal problema

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Primero consideremos la Incapacidad de servicio



Éste es un ejemplo típico

Los puntos blancos son el revestimiento que ha sido removido

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Esto es corrosión galvánica del aluminio y acero bajo agua marina

Nótese la presencia de Hematita roja en el acero

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Los diversos mecanismos de Corrosión

Corrosión General Ocurre sobre grandes superficies Generalmente en forma de Hematita

Corrosión por Hendidura Cuando las grietas dan acceso limitado a un fluido confinado Cuando las piezas se montan juntas, pero no se soldán

Corrosión Microbial Causada por microorganismos A menudo por la producción de Sulfuro de Hidrógeno Dando lugar a corrosión acelerada

Corrosión en Altas temperaturas Causa deterioro químico Causa productos que migran hacia los límites de veta

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Considere por un momento la química de la corrosión

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Llenémoslos como sigue: 1 agua del grifo, 2 agua hervida con una película de aceite como sello para mantenerla hermética, 3 desecante

Tomemos 3 tubos de ensayo y pongamos en cada uno un clavo

1 2 3

Los clavos en 2 y 3 son los únicos que no se oxidan

La corrosión requiere de Oxígeno y Agua para producir oxido

Aquí tenemos una pieza de acero inmersa en agua



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Aquí tenemos una pieza de acero inmersa en agua

Y los iones OH- se distribuyen en el agua

O2 + 2H2O + 4e-4HO

-(OH- es un ión hidróxilo)

Por la oxidación, el acero pierde 2 electrones

Fe Fe2+ (Iron ion) + 2e-

En algún lugar dentro del metal, se forma un Ánodo con los iones de Acero

Fe2+

ánodo

Bajo presencia de O2, se forman iones hidróxilo

OH-

OH-OH- OH-OH-

Los iones negativos de OH- se combinan con los positivos Fe2+, para formar Hidróxido de Hierro



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Fe2+

ánodocátodo

OH-

OH-OH- OH-OH-

Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2

El Hidróxido de Hierro se deposita en otro sitio de la placa

Fe(OH)2

Formando un Cátodo



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Fe2+

ánodocátodo

Fe2+ + 2OH- Fe(OH)2

El Hidróxido de Hierro se deposita en otro sitio de la placa

Fe(OH)2

Formando un Cátodo

Los electrones perdidos por el hierro ahora migran a través del metal

e-

En presencia de O2 el Hidróxido de Hierro se Oxida

4Fe(OH)2 + O2 Fe2O3.H2O + 2H2O Óxido de Hierro – Óxido rojo

Este óxido se conoce como Hematita

OH-


Ahora pasemos al API 579

¿Qué hacer cuando un recipiente se desgasta?

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Ahora pasemos al API 579

Después de algún tiempo de servicio, un recipiente puede sufrir daño

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Corrosión General Corrosión por picaduras Ranuras y excavamientos Grietas superficiales Susceptibilidad a fractura por fragilidad Desalineamiento de las soldaduras Abolladuras Daño por fuego

En esta presentación vamos a considerar sólo algunos de los efectos del uso y desgaste

Consideremos un cilindro nuevo

Veamos los requerimientos de ASME VIII, División 1

P = 1,5 MPa Presión de diseñoD = 1500 mm Diámetro interiorc = 3 mm Corrosión permitidaS = 138 Mpa Presión máxima (diseño) permitidaE = 0,85 Eficiencia de las Juntas

De acuerdo al código el espesor requerido es – por PV Elite:

Si el espesor está por debajo de 12,7038 mm es una violación de códigoPero, como es para construir uno Nuevo – por tanto se selecciona una placa de 14 mm.

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Ahora consideremos el mismo cilindro después de varios años de operación

Algunos puntos de corrosión se detectan, como éste:

En algunos puntos el espesor se reduce a 11 mm (de 14 mm )

De acuerdo al cálculo original (nuevo):

El espesor requerido corroído fue de 12,7038 –3 = 9,7038 mm El espesor de placa escogido fue de 14 mm El espesor corroído aun es suficiente 11 mm Corrosión permitida se reduce a 11– 9.7038 = 1,296 mm Pero: Aún necesitamos una corrosión permitida de 1,5 mm para futuro servicio!

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Ahora consideremos el mismo cilindro después de varios años de operación

Necesitamos 1,5 mm de tolerancia a la corrosión para la vida útil restante

El espesor requerido corroído fue de 12,7038 –3 = 9,7038 mm El espesor de placa escogido fue de 14 mm El espesor corroído aun es suficiente 11 mm Corrosión permitida se reduce a 11– 9.7038 = 1,296 mm Pero: Aun necesitamos una corrosión permitida de 1,5 mm para futuro servicio!

El metal restante disponible para corrosión sólo es 1,296 mm

De acuerdo al código original, incurriríamos en una violación !

Recuerda: El código sólo es para construcción nueva

Evidentemente necesitamos ayuda técnica adicional

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API 579 es la ayuda que necesitamos

Éstas son Condiciones Óptimas de Servicio y modifican los requerimientos del código

Nos permite usar placa más delgada, pero se deben conocer ciertos criterios de aplicación

Nos brinda un procedimiento de evaluación de los daños por corrosión

Estos son los pasos que deben seguirse inicialmente:

Primero, debe ponerse una rejilla sobre el área corroída En las juntas, los espesores deben ser inspeccionados Un análisis debe llevarse a cabo para futuro servicio

Por tanto, debemos considerar las futuras posibilidades:

Podrá el recipiente volver a operación? Debe reducirse la presión de operación? Debe reducirse la vida útil? Debe llevarse a cabo una reparación? Debe ser desechado el recipiente?

API 579 puede responder estas preguntas

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API 579 – Nivel 1 Valoración

El primer paso: Inspección del área corroída para el espesor en los nodos

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8

M1

M2

M3

M4

M5

M6

M7

1 Superposición del área corroída con una rejilla

2 Marcar las líneas circunferenciales y longitudinales en la rejilla

3 Medir el espesor en los puntos de unión

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Siguiente: Hacer una tabla de la medición de espesores

0.48

0.75

0.55

0.36

0.48

049

0.75

0.360.75 0.48 0.47 0.55 0.48 0.49 0.75

1 Encuentre el espesor más pequeño en la dirección circunferencial

2 Encuentre el espesor más pequeño en la dirección longitudinal

3 Complete la inspección con el espesor mínimo en cada dirección


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Siguiente: Encuentre el valor absoluto mas pequeño para el espesor tmm

0.48

0.75

0.55

0.36

0.48

049

0.75

0.360.75 0.48 0.47 0.55 0.48 0.49 0.75

Aquí se muestra el Critical Thickness Profile (CTP) en la dirección longitudinal

Podemos graficar el CTP para encontrar el espesor promedio


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Aquí se muestra la gráfica del CTP (Perfil crítico de espesor)

0.470.55

0.36

0.48 0.49tmm

1,5” 1,5” 1,5” 1,5”

Ésta es la distancia de rejilla.

Ahora, necesitamos la Longitud Crítica LQ = 0,4581 (de la Tabla 4.5)

Espesor que se utilizará para la evaluación tc

tc = Espesor Original – Corrosión permitida = 0,75-0,1 = 0,65 in

L

L = Q(D.tc)1/2 = 0,4581.(48,2.0.65) =2,564 in (D corroído)

2,564 in


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Necesitamos los espesores t1 y t2

0.470.55

0.36

0.48 0.49tmm

1,5” 1,5” 1,5” 1,5”

L

2,564 in


t1 t2

De la geometría t1 = 0,522 in y t2 = 0,463 in

Encuentra el espesor promedio tam

tam = área sombreada dividida entre L tam = 0,426 in

tcmin del código = = = 0,430 inP.R

S.E-0,6.P

300.24,1

20000.0,85-0,6.300

tam Corroído = tam - FCA = 0,426 – 0,1 = 0,326 in

(FCA = corrosión futura permitida)

Conclusión: Falla la evaluación Nivel 1 - Intentemos el Nivel 2

FCA

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tam



Ya hemos calculado el espesor medio corroído:

Necesitamos el factor de Resistencia Permisible RSFa

El espesor requerido calculado (fórmula del código) tcmin = 0,430 in

Normalmente esto se toma como : RSFa = 0,9

Ahora: RFSa x tcmin = 0,9 x 0,430 = 0,387 in

El espesor restante: Falla Valoración Nivel 2

Podemos disminuir la MAWP del componente

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API 579 –MAWP Reducida


Ya hemos calculado el espesor medio corroído:

MAWP = = = 228,1 psi t.S.E

R+0,6.t

0,326.20000.0,85

24,1+0,6.0,326

Por tanto la MAWP tiene que reducirse de 300 psi a 228,1 psi

Este método usa la red normal, pero podemos tener puntos aleatorios

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API 579 – Considere Puntos Aleatorios

Primero, hagamos una tabla de espesores en puntos aleatorios

Siguiente, calculemos el espesor medio

tam = Σ (trd)1

N i =1

N

= 12,0667 mm

Ahora, calculemos (trd – tam) para cada punto

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Siguiente, calculemos (trd – tam) para cada punto

Ahora calculemos (trd – tam)2 para cada punto

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Siguiente, calculemos (trd – tam) para cada punto

Ahora calculemos (trd – tam)2 para cada punto

Encontrar el valor de S

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Encontrar el valor de S

S = Σ (trd-ta,)2

i =1

N

= 12,9333 mm

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Ahora calculemos el Coeficient Of Variance COV

COV = =1

tam

S

N-1[ ]

0,5 1

12,0667

12,9333

14-1[ ]

0,5

= 0,080 ó 8%

Ya que el COV es menor al 10% podemos utilizar el espesor tam medio

Ahora, el espesor nominal original tnom = 16 mm

PÉRDIDA es la cantidad de corrosión que ha tenido lugar

PÉRDIDA tnom - tam= 16 – 12,0667 = 3,9333 mm

Ahora tenemos que utilizar la fórmula del código para calcular el espesor requerido.

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Éste es el cilindro con el que estamos trabajando

P = 3,85 MPa Actual MAWPD = 484 mm Diámetro InteriorS = 96,196 MPa Presión Máxima PermisibleE = 1,0 Eficiencia de juntasc = 2 mm Corrosión Permitida – Además FCAtnom = 16 mm Espesor nuevo del cilindro

Fórmula de Código:

tcmin = = =10,1670mmP.(R+c+PÉRDIDA)

S.E-0,6.P

3,85.(242+2+3,9333)

96,196.1,0-0,6.3,85

tam – FCA = 12,0667 – 2,0 =10,0667mm

El cilindro no cuenta con el espesor suficiente para servicio futuro por Valoración Nivel 1

Por lo que podemos: Reducir la MAWP, Reducir la corrosión permitida futura (FCA) Intentar la valoración Nivel 2

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Ya conocemos el tam – FCA = 10,0667 mm

El espesor mínimo encontrado tmm- FCA = 8 mm

tlim = Max(0,2.tnom; 2,5) = Max(0,2.16; 2,5) = 3,2 mm

Calcular Max(0,5.tcmin ; tlim) = Max(0,5.10,167; 3,2)

= 5,0835 mm

Nivel 2 Pasemos a la valoración

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API 579 – Considere Puntos Aleatorios – Nivel 2

Cálculo Simple – Vida útil restante

Supóngase que tenemos el siguiente dato para un periodo de 5 años

La corrosión uniforme total es 2,5 mm para los 5 años Necesitamos saber la vida útil restante de una de las cabezas

Ésta es la cabeza, cuya vida útil restante necesitamos conocer:

P = 1,5 MPa MAWP en la cabezaD = 2500 mm Diámetro Original (Nuevo)c = 3 mm Corrosión permitida Original S = 120 Mpa Esfuerzo de diseño del materialE = 1,0 Eficiencia de las juntas

Velocidad de corrosión uniforme = 2,5 / 5 = cRate= 0,5 mm por año

tFinal = = = 15,645 mmP.D

2SE–0,2P

1,5.2500

2.120.1,0–0,2.1,5

t = Espesor actual corroído = 20 mm

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Cálculo Simple – Vida útil restante

tFinal = 15,645 mm, y t = 20 mm y cRate = 0,5 por año

Corrosión restante= 20 - 15,645 = 4,355 mm

Vida útil restante = 4,355/velocidad de corrosión = 4,355/0,5= 8,71 años

Se asume que la corrosión continúa a velocidad uniforme

Ahora nos movemos sobre algo más

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Ejemplo Simple – Corrosión por picaduras

Éste es un ejemplo típico de corrosión por picaduras

La valoración Nivel 1 es muy sencilla

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Primero, tenemos los datos del cilindro – diseño original

D = 60 in Diámetro interiortnom = 0,75 in Espesor originalLOSS = 0,05 in Pérdida de metal uniformeFCA = 0,07 in Futura Corrosión permitida S = 17500 psi Presión de diseñoE = 0,85 Eficiencia de las juntas

Paso 1: Localizar la peor área con el mayor número de picaduras

Paso 2: Medir Profundidad máxima de picaduras wmax = 0,3 in

Paso 3: Obtener el valor de tc de su ecuación

tc = tnom – PÉRDIDA – FCA = 0,75 – 0,05 – 0.07 = 0,63 in

Paso 4: Obtener la relación de espesor restante Rwt de su ecuación

tc

tc + FCA-wmax

0,63

0,63 + 0,07-0,3Rwt = = = 0,6349

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tc = 0,63 in Rwt = 0,6349 PÉRDIDA = 0,05 in FCA = 0,07 in

Paso 5: Obtener el radio interior efectivo del cilindro Rc

Rc = D/2 + LOSS + FCA = 30+0,05+0,07 = 30,12 in

Paso 6: Calcular la MAWP del cilindro

MAWP = = = 307 psiS.E.tc

Rc+0,6.tc

17500.0,85.0,63

30,12+0,6.0,63

Paso 7: Verificar si la MAWP tiene que ser reducida

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Aquí un ejemplo de una sonda de medición de picaduras

Pasamos ahora a un nuevo tema

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Fuera de Redondez - Picos

Esto es lo que se entiende por Pico:

Las terminaciones del cilindro son rectas, en vez de cilíndricas

Medir la altura de pico δ = 0,31 in

δ

Realicemos la valoración Nivel 2

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Obtener todos los datos del cilindro

δ

36 in

0,31 in

Do = 36 in Diámetro exterior del cilindrotnom = 0,5 in Espesor de paredP = 315 psi Presión de diseñoE = 1,0 Eficiencia de juntasFCA = 0,05 in Futura corrosión permitidaEY = 25,2.106 psi Módulo elásticoSa = 16 800 psi Esfuerzo del materialHf = 3,0 Factor de carga secundaria – de API 579

0,5 in

PÉRDIDA= 0 in Metal perdido

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Obtener todos los datos del cilindro

Do = 36 in Diámetro exterior del cilindrotnom = 0,5 in Espesor de paredP = 315 psi Presión de diseñoE = 1,0 Eficiencia de juntasFCA = 0,05 in Futura corrosión permitidaEY = 25,2.106 psi Modulo elásticoSa = 16 800 psi Esfuerzo del materialHf = 3,0 Factor de carga secundaria – de API 579

PÉRDIDA= 0 in Metal perdido

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Espesor de pared usado en la evaluación tc

tc = tnom – PÉRDIDA – FCA = 0,5 – 0,0 – 0,05 = 0,45 in

Obtener el esfuerzo en la membrana por medio del código σm

σm = = = 12 474 psiP.(Ro- 0,4.tc)

tc.E

315(18 - 0,4.0,45)

0,45.1,0

R radio interior = Ro – tnom + FCA + tc/2 = 17,775 in


Relación de tensiones de flexión adicionales inducidas SP

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ν Radio de Poisson = 0,3

SP = ( )0,5 = ( )0,512(1- ν 2)PR3

EY.tc3

12(1- 0,3 2)315.17,7753

25,5.106.0,453

= 2,88

De SP y δ/R y Figura 8.13 se obtiene Cf = 0,83

Necesitamos 3 valores mas: Rb1, Rb2 y Rbs el cálculo es largo


Relación de tensiones de flexión adicionales inducidas SP

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ν Radio de Poisson = 0,3

SP = ( )0,5 = ( )0,512(1- ν 2)PR3

EY.tc3

12(1- 0.3 2)315.17,7753

25,5.106.0,453

= 2,88

De SP y δ/R y Figura 8.13 se obtiene Cf = 0,83

Necesitamos 3 valores mas: Rb1, Rb2 y Rbs el cálculo es largo

Rb1 = 3,43, Rb2 =3,43 y Rbs = -1,0 (cálculos no mostrados)

Finalmente, calcular el Factor de Resistencia Restante RSF

Hf.Sa

σm.(1+Rb1)+LOSS(1+Rbs)RSF = min( ; 1,0)

3,0.16 800

12,474.(1+3,43)+0= min( ; 1,0 ) = 0,91


RSF = 0,91 de la diapositiva anterior

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RSF permitida = 0,90 requerimiento de API 579

Conclusión: Aprobado, cilindro está apto para entrar a servicio

Una palabra o dos acerca de ranuras

Una ranura puede ser analizada como una grieta en el recipiente

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σ σ

Puede ser analizada matemáticamente (modelada) como semi elipse

Dos dimensiones importantes : longitud a y el radio de la grieta r

ar

En los alrededores al borde de la grieta, las tensiones se incrementan

Sa

Sc

Sa esfuerzo medio, y Sc esfuerzo incrementado

Sa / Sc se conoce como el factor de concentración de esfuerzos (scf)


Un investigador de Cambridge, Inglis hizo el trabajo matemático

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σ σ

ar

Sa

Sc

Ésta es la ecuación que diseñó para el scf

scf = 2 + √ a

r

Si la punta de la grieta tiene un radio agudo, el scf es muy alto

El esfuerzo puede estar en el intervalo plástico del diagrama Esfuerzo - Deformación



04/03/2014 44


scf = 2 + √ a

r



ε deformación

σe

sfu

erz

o

ZonaElástica

Zona Plástica

Punto de fluencia

0,2%

Esto puede convertirse en una fuente de problemas de fatiga



04/03/2014 45


scf = 2 + √ a

r



Esto puede convertirse en una fuente de problemas de fatiga

No hemos analizado ranuras y picaduras

Éste es el fin de la presentación

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Gracias por ver la presentación,Tienen alguna pregunta?

Documents

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