Tubería sin soldadura de alta presión

Qué es la tubería sin soldadura de alta presión?

La tubería sin soldadura de alta presión (tubería SMLS) es un tipo de tubería diseñada específicamente para soportar presiones extremadamente altas de fluidos internos (gas o líquido). Es idónea para la fabricación de calderas de alta y ultra alta presión, y para su uso en entornos de alta temperatura y alta presión, como los de la industria petrolera, energética, de maquinaria y química. Gracias a su proceso de fabricación sin soldadura, su rendimiento general es superior al de las tuberías soldadas, presentando una mayor estabilidad en condiciones de alta presión.

Alta presión: Esto significa que la tubería debe ser capaz de soportar con seguridad una enorme presión interna sin deformarse, expandirse ni reventar. Esto impone exigencias muy altas en cuanto a la resistencia del material, la uniformidad del espesor de la pared y la calidad general de la tubería de acero.

Sin soldadura: Esto se refiere al proceso de fabricación de la tubería. Se produce calentando un lingote de acero macizo a altas temperaturas, seguido de perforaciones, laminado o estiramiento para crear una tubería sin soldadura. Esta es la diferencia fundamental entre la tubería sin soldadura y la tubería soldada.

Aplicaciones principales: 

La tubería sin soldadura de alta presión se utiliza principalmente en componentes clave de calderas de alta presión, como tubos de sobrecalentador, tubos de recalentador, tuberías de vapor y tuberías principales de vapor. Es apta para entornos de alta temperatura de 450 °C a 650 °C, y algunas tuberías de aleación pueden mantener una resistencia a la fluencia de 140 MPa a 650 °C. Además de en calderas, los tubos sin soldadura también se utilizan en aplicaciones que soportan presión, como la perforación de petróleo y gas, equipos químicos y equipos de energía nuclear. Empresas nacionales ya han exportado tubos para calderas ultra-supercríticas a más de 60 países a lo largo de la Iniciativa de la Franja y la Ruta.

Por qué elegir tubos sin soldadura?

1. Integridad estructural: Las soldaduras en el cuerpo del tubo suelen ser el punto más débil de la tubería, convirtiéndose fácilmente en puntos de inicio de grietas bajo alta presión, cargas alternas y entornos corrosivos. Los tubos sin soldadura eliminan este punto débil, ofreciendo mayor resistencia general y capacidad de soportar presión.
2. Uniformidad: Las líneas de flujo metálico de los tubos sin soldadura son continuas, con una microestructura uniforme, lo que les permite soportar mejor la presión desde todas las direcciones.
3. Fiabilidad: En aplicaciones críticas, los tubos sin soldadura son la opción preferida debido a su mayor factor de seguridad.

Proceso de fabricación de tubos sin soldadura de alta presión:

Los tubos sin soldadura de alta presión se fabrican principalmente mediante procesos de laminación en caliente o estirado en frío (laminación). La laminación en caliente consiste en calentar palanquillas de acero a altas temperaturas y luego formar tubos sin soldadura mediante procesos de perforación y laminación. Este método es adecuado para producir tuberías de gran diámetro y paredes gruesas. Por otro lado, los procesos de laminación y estirado en frío utilizan temperaturas ambiente o bajas para lograr dimensiones más precisas y una superficie más lisa, lo que los hace adecuados para aplicaciones de pequeño diámetro y alta precisión.

Las paredes de los tubos sin soldadura eliminan los defectos de soldadura que pueden producirse en las tuberías soldadas tradicionales, lo que les permite soportar mayores presiones internas y entornos de trabajo extremos. Esto las convierte en la opción preferida para el transporte de fluidos o gases a alta presión en industrias como la petrolera, la química y la de generación de energía.

Materiales y normas:

La selección del material para tuberías sin soldadura de alta presión depende de la presión de trabajo, la temperatura y la corrosividad del fluido. Las tuberías sin soldadura se fabrican generalmente de acero al carbono, acero aleado o acero inoxidable, y cada material es adecuado para diferentes entornos de trabajo.

Por ejemplo, las tuberías sin soldadura de acero al carbono son menos costosas y adecuadas para entornos generales de alta presión; las tuberías sin soldadura de acero aleado tienen mayor resistencia y resistencia a la corrosión, lo que las hace adecuadas para condiciones más exigentes; y las tuberías sin soldadura de acero inoxidable se utilizan principalmente para el transporte de fluidos corrosivos.

A continuación, se presentan algunos de los materiales más comunes:

1. Acero al carbono

Este es el tipo más común y económico, adecuado para aplicaciones de presión media a alta con temperaturas moderadamente altas.

ASTM A106 Gr. B: Este es el material más común para tuberías sin soldadura de alta presión, ampliamente utilizado en calderas, sobrecalentadores y recalentadores de centrales eléctricas, y tuberías principales de vapor. Posee buena resistencia y facilidad de procesamiento, siendo adecuado para vapor, agua, aceite y otros fluidos con temperaturas de operación que no superen los 425 °C.
ASTM A53 Gr. B: Se utiliza para estructuras mecánicas y tuberías para el transporte de fluidos a presión media y baja a temperaturas normales o medias, y tiene un bajo coste.

20G (SA-106 Gr. B): Este es el acero al carbono específico para calderas más utilizado en China. Se emplea principalmente en tubos de calderas (tubos de pared refrigerados por agua, tubos de economizador, tuberías de vapor) y diversos recipientes de media y baja presión.

2. Acero aleado

Cuando la temperatura o la presión de operación aumentan significativamente, la resistencia del acero al carbono disminuye considerablemente, lo que requiere el uso de acero aleado.

15CrMoG (ASTM A335 P11/P22/P91): Este es un acero típico al cromo-molibdeno. La adición de cromo y molibdeno mejora significativamente la resistencia a altas temperaturas, la resistencia a la fluencia y la resistencia a la oxidación del acero.

Aplicaciones: Se utiliza principalmente en entornos de alta temperatura y alta presión, como tuberías de sobrecalentadores y recalentadores en calderas de centrales eléctricas y tubos de hornos de craqueo en la industria petroquímica. El acero P91 es una nueva generación de acero de alta resistencia, que permite paredes de tubería más delgadas para soportar presiones más elevadas.

3. Acero inoxidable

El acero inoxidable debe utilizarse cuando el medio es corrosivo.

304/L (ASTM A312 TP304/304L): Acero inoxidable austenítico de uso general con buena resistencia a la corrosión y conformabilidad, utilizado en entornos corrosivos de alta presión en las industrias química, alimentaria y farmacéutica.
316/L (ASTM A312 TP316/316L): Gracias a la adición de molibdeno, su resistencia a la corrosión por picaduras y grietas es superior a la del 304, lo que lo hace especialmente adecuado para entornos que contienen iones cloruro (como agua de mar y salitre).
321 (ASTM A312 TP321): Contiene titanio, lo que previene eficazmente la corrosión intergranular, y se utiliza comúnmente en rangos de alta temperatura (aproximadamente 800 °C).

Normas:

ASTM A106: Servicio a alta temperatura y alta presión
ASTM A335: Servicio de acero aleado a alta temperatura y alta presión
ASTM A53: Servicio general a presión y estructural
GB/T 5310: Calderas y centrales eléctricas de alta presión
EN 10216: Equipos a presión y calderas
API 5CT / API 5L: Perforación y transporte de petróleo y gas

Características principales de las tuberías sin soldadura de alta presión:

La característica principal de las tuberías sin soldadura de alta presión reside en su resistencia a la alta presión. Debido a la ausencia de soldaduras, la estructura general de la tubería es más uniforme, lo que le permite soportar mayores presiones internas. El espesor uniforme de la pared de las tuberías sin soldadura reduce la resistencia durante el transporte de fluidos, mejorando la eficiencia del transporte.

Otra característica importante es su resistencia a la temperatura. Las tuberías sin soldadura de alta presión se mantienen estables tanto en entornos de alta como de baja temperatura, sin deformación significativa ni reducción de resistencia debido a los cambios de temperatura. Esto les permite operar de forma fiable en condiciones extremas, como vapor a alta temperatura y gases licuados a baja temperatura.

Principales aplicaciones de los tubos de acero sin soldadura de alta presión:

Los tubos de acero sin soldadura de alta presión tienen una amplia gama de aplicaciones, entre las que destacan las siguientes:

1. Industria energética

Calderas de centrales eléctricas: Este es el principal sector de aplicación de los tubos de acero sin soldadura de alta presión. Se utilizan para fabricar paredes refrigeradas por agua, sobrecalentadores, recalentadores y tuberías principales de vapor para calderas. Estas tuberías transportan vapor a alta temperatura (superior a 600 °C) y alta presión (hasta 30 MPa) para accionar turbinas de generación de energía, lo que exige una resistencia extremadamente alta a la fluencia y la oxidación a altas temperaturas. Los materiales son principalmente aceros aleados como el 15CrMoG y el P91/P92.

Energía nuclear: Al igual que en las centrales térmicas, la sección convencional de las centrales nucleares también utiliza ampliamente tubos de acero aleado de alta presión.

2. Industria petroquímica

Perforación y producción de petróleo y gas: Se utilizan en oleoductos subterráneos, revestimientos de pozos petrolíferos y gasoductos de transmisión de gas natural, soportando la alta presión y la corrosión de la formación.

Refinerías de petróleo: En las unidades de hidrocraqueo e hidrorrefinación, las tuberías entre reactores e intercambiadores de calor deben soportar presiones parciales y temperaturas de hidrógeno extremadamente altas, lo que requiere el uso de acero al cromo-molibdeno resistente a la corrosión por hidrógeno (como A335 P5/P9/P11).

Equipos químicos: En unidades de reacción de alta temperatura y alta presión, como la síntesis de amoníaco y la producción de urea, las tuberías deben soportar altas temperaturas (superiores a 500 °C) y altas presiones (superiores a 20 MPa) durante períodos prolongados. También se utilizan con frecuencia para transportar medios corrosivos como ácidos, álcalis y sales. Las tuberías sin soldadura de acero inoxidable se utilizan ampliamente en este campo.

3. Equipos mecánicos y sistemas hidráulicos

Utilizadas en dispositivos de transmisión de fluidos a alta presión, como sistemas hidráulicos y neumáticos, las tuberías requieren alta precisión y resistencia.

Soportes/Cilindros hidráulicos: Los soportes hidráulicos en minas de carbón y los cilindros hidráulicos en maquinaria de ingeniería suelen operar a presiones muy altas (20-40 MPa), lo que exige paredes internas lisas y una gran capacidad de carga. Se utilizan comúnmente tuberías sin soldadura de precisión estiradas en frío, fabricadas con acero al carbono A106 o acero aleado 27SiMn.

Sistemas neumáticos de alta presión: En ciertas fábricas especializadas, también se pueden utilizar tuberías sin soldadura de alta presión para conductos de suministro de aire comprimido.

4. Desarrollo de nuevas energías

Más allá de los sectores industriales tradicionales, las tuberías sin soldadura de alta presión han demostrado un potencial significativo en el desarrollo de nuevas energías. Por ejemplo, en la extracción de gas de esquisto, la tecnología de fracturación hidráulica requiere tuberías de alta presión para transportar fluidos de fracturación, ya sean a base de agua o químicos. Por ello, la capacidad de carga a alta presión de las tuberías sin soldadura es crucial para el éxito operativo. Además, en el almacenamiento y transporte de hidrógeno, su diseño sin soldadura evita la fragilización por hidrógeno causada por la permeación de este elemento, proporcionando un soporte material fiable para el futuro desarrollo de la economía del hidrógeno.

Consideraciones clave para la compra de tuberías sin soldadura de alta presión:

Al adquirir tuberías sin soldadura de alta presión, se deben considerar los siguientes factores clave:

1. Selección del material: Elegir un material apropiado según el entorno operativo, como acero al carbono, acero aleado o acero inoxidable.
2. Dimensiones y especificaciones: El diámetro exterior, el espesor de pared y la longitud deben cumplir con los requisitos de ingeniería.
3. Presión nominal: Asegurarse de que la capacidad de carga a presión de la tubería cumpla con los requisitos del sistema para evitar riesgos de seguridad causados por una presión excesiva.
4. Calidad de la superficie: Inspeccione la superficie de la tubería para verificar su suavidad y la ausencia de grietas, óxido y otros defectos, garantizando así su vida útil.

Mantenimiento y cuidado:

Para prolongar la vida útil de las tuberías sin soldadura de alta presión, es necesario realizar inspecciones y mantenimiento periódicos. Las medidas clave incluyen:

- Limpieza periódica: Prevenir la acumulación de incrustaciones o corrosión en la pared interna de la tubería, ya que esto puede afectar la eficiencia del transporte de fluidos.
- Inspección del estado de la superficie: Detectar y solucionar de inmediato grietas, óxido y otros problemas para prevenir un mayor deterioro.
- Evitar el uso con sobrepresión: Respetar estrictamente la presión de diseño para evitar daños en la tubería debido a la sobrepresión.

Situación del mercado: 

Actualmente, la demanda de tuberías sin soldadura de alta presión está en constante crecimiento, especialmente en las industrias energética y química. Con los avances en la tecnología industrial, los requisitos de rendimiento para las tuberías aumentan continuamente, como una mayor resistencia y una mejor resistencia a la corrosión. En el futuro, con la aplicación de nuevos materiales y procesos, el rendimiento de las tuberías sin soldadura de alta presión mejorará aún más para satisfacer las necesidades de condiciones operativas más complejas.

Conclusión: 

Gracias a su excelente resistencia a la presión y su amplia gama de aplicaciones, las tuberías sin soldadura de alta presión se han convertido en un material indispensable en la producción industrial, contribuyendo a la seguridad y eficiencia de sectores clave como la energía y la química. Elegir el material adecuado y realizar un mantenimiento apropiado garantiza su funcionamiento estable a largo plazo y proporciona una protección fiable para diversos sistemas de transporte de fluidos a alta presión.

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