Tubos de acero sin costura para plantas petroquímicas y químicas

En las industrias química y petrolera modernas, las tuberías de acero sin costura son un material básico crucial, ya que desempeñan la importante función de transportar medios corrosivos y de alta temperatura y presión. Su rendimiento incide directamente en la seguridad operativa y la eficiencia de producción de las plantas. Este artículo analizará exhaustivamente los aspectos técnicos clave de las tuberías de acero sin costura utilizadas en plantas petroquímicas y químicas, abarcando las características del material, los escenarios de aplicación, las normas y especificaciones, y las tendencias de desarrollo futuras.

Características del material y ventajas principales: Gracias a su estructura integrada y sin costuras, las tuberías de acero sin costura superan significativamente a las tuberías de acero soldadas en cuanto a resistencia a la presión y sellado. Por ejemplo, las tuberías de acero sin costura utilizadas en las unidades de craqueo de petróleo deben soportar temperaturas superiores a 450 °C y corrosión por sulfuro de hidrógeno, y suelen utilizar acero aleado al cromo-molibdeno (como el 15CrMoG) o acero inoxidable austenítico (como el 0Cr18Ni9). Estas tuberías deben estar certificadas según la norma GB 5310 "Tubos de acero sin costura para calderas de alta presión", con una resistencia a la tracción mínima de 415 MPa y un límite elástico mínimo de 205 MPa. En las unidades de hidrocraqueo, las tuberías también deben ser resistentes a la fragilización por hidrógeno, que generalmente se logra mediante la adición de oligoelementos como el vanadio y el niobio para mejorar la estabilidad del límite de grano.

Escenarios típicos de aplicación y parámetros técnicos:

1. Unidades de refinación de petróleo: Las unidades de destilación atmosférica y al vacío utilizan tuberías de acero sin costura de gran diámetro (Φ219 mm ~ Φ813 mm) para tuberías, con presiones de trabajo de hasta 4 MPa. El separador ciclónico de regeneración en las unidades de craqueo catalítico requiere tuberías de acero inoxidable 310S resistentes al calor para soportar la erosión de gases de combustión a 900 °C.

2. Craqueo de etileno: Los datos muestran que los tubos del horno de craqueo en la sección de convección utilizan principalmente tubos de fundición centrífuga HP40Nb con un contenido de cromo-níquel de 25Cr-35Ni, manteniendo una resistencia a la rotura por fluencia superior a 30 MPa a 1000 °C.

3. Hornos de gasificación de carbón: Las unidades de gasificación de carbón de carcasa requieren tuberías de descarga de escoria con resistencia al desgaste y a la corrosión, que suelen emplear tuberías compuestas bimetálicas con una capa interna de hierro fundido con alto contenido de cromo (HRC≥58) y una capa externa de acero al carbono resistente a la presión.

Cabe destacar que los requisitos de material varían según el medio. Para el transporte de medios que contienen iones de cloruro, se requiere acero inoxidable superaustenítico (p. ej., 254SMO) con un valor PREN (equivalente a la picadura) superior a 40. Mientras que los ductos criogénicos de gas natural licuado (GNL) requieren acero con un 9% de níquel para mantener una buena tenacidad a -196 °C.

Comparación de normas nacionales e internacionales: Los ductos petroquímicos de mi país se rigen principalmente por normas como GB/T 8163 (transporte de fluidos) y GB 9948 (craqueo de petróleo), que se basan en la norma ASTM A335 (norma estadounidense) y la norma EN 10216 (norma europea). Si tomamos como ejemplo las tuberías de acero P91, las normas GB 5310 y ASME SA335 tienen requisitos significativamente diferentes en cuanto a la energía de impacto: la norma china exige una energía de impacto transversal ≥40 J (20 °C), mientras que la norma estadounidense exige una energía de impacto longitudinal ≥54 J. Una columna de Zhihu enfatiza específicamente que, en proyectos de contratación general EPC en el extranjero, se debe prestar atención a los requisitos adicionales para entornos de sulfuro de hidrógeno de la norma NACE MR0175, incluyendo el control de dureza (HRC ≤ 22) y el contenido de azufre (≤ 0,01%).

Nodos Clave de Control de Calidad:

1. Proceso de Fabricación: La temperatura final de laminación de los tubos laminados en caliente debe ser 50 °C superior a Ar3 para evitar el bandeo; los tubos estirados en frío requieren un recocido intermedio para eliminar el endurecimiento por acritud.

2. Tecnología de Pruebas: Además de las pruebas ultrasónicas convencionales, los tubos de gran diámetro y pared gruesa también requieren tecnología TOFD (Difracción de Tiempo de Vuelo) para detectar defectos de delaminación; los tubos de acero de alta temperatura deben someterse a pruebas de corrosión intergranular (por ejemplo, el método GB/T 4334 E).

3. Instalación in situ: La presión de prueba hidrostática debe ser 1,5 veces la presión de diseño y el tiempo de mantenimiento no debe ser inferior a 10 minutos. Un caso de un proyecto petroquímico muestra que un contenido excesivamente alto de iones de cloruro (>25 ppm) en el agua de prueba puede provocar agrietamiento por corrosión bajo tensión en tuberías de acero austenítico.

Tendencias de innovación y desarrollo tecnológico:

1. Mejoras en los materiales: El Instituto de Investigación de Ingeniería Petroquímica de China está promocionando el acero inoxidable de grano fino TP347HFG, que presenta una resistencia a la fluencia un 20 % superior a la del TP347 tradicional y es adecuado para condiciones ultrasupercríticas de hasta 700 °C.

2. Tecnología de compuestos: Las tuberías de compuestos de titanio y acero fabricadas mediante procesos de fusión explosiva y laminado en caliente reducen los costes en un 60 % en comparación con las tuberías de titanio puro y se han aplicado con éxito en plantas de ácido acético.

3. Monitoreo Inteligente: Un sistema de monitoreo de corrosión en línea basado en sensores de fibra óptica puede proporcionar alertas tempranas de cambios en el espesor de la pared de las tuberías con una precisión de 0,1 mm. Tras su aplicación en una refinería de petróleo, este sistema extendió el ciclo de mantenimiento de 3 a 5 años.