Busque "expansión de tuberías" en un contexto de abastecimiento-de acero y llegará a dos procesos de fabricación completamente diferentes que comparten el mismo nombre. Uno es un paso de acabado aplicado a tuberías soldadas (ERW, LSAW, SSAW) para corregir la redondez y la precisión dimensional después del conformado. El otro es un proceso de extensión de tamaño-aplicado a tubos sin costura, que se utiliza para hacer un diámetro mayor que el que un molino perforador rotatorio puede producir en una sola pasada. Ambos implican empujar o dibujar el diámetro de una tubería hacia afuera - y ahí es donde termina la similitud. Confundir los dos, o asumir que "tubo expandido" siempre significa lo mismo, es una fuente real de falta de comunicación en la etapa de cotización, particularmente para los compradores nuevos en la adquisición de tubos.
Este artículo separa los dos procesos, explica qué cambia cada uno sobre la tubería terminada y establece qué verificar antes de especificar o aceptar cualquiera de los tipos en un proyecto.
Expansión en frío: un paso para dimensionar tuberías soldadas
La expansión en frío -, a veces denominada dimensionamiento en frío o expansión mecánica -, se aplica a tuberías soldadas (más comúnmente LSAW y SSAW, ocasionalmente ERW de gran-diámetro) inmediatamente después de conformar y soldar, mientras la tubería está a temperatura ambiente. El tubo se carga en un expansor hidráulico equipado con una matriz segmentada o cabezal de expansión. La cabeza se inserta en la tubería y se fuerza mecánicamente hacia afuera en una serie de pasos controlados a lo largo de la longitud de la tubería, deformando plásticamente la pared de la tubería hacia afuera en una cantidad pequeña y controlada con precisión.
El propósito es casi enteramente dimensional. La tubería-formada en placa y en bobina-(JCOE, UOE o en espiral) sale de la línea de soldadura con algo de -de- redondez, tensión de formación residual y variación de diámetro a lo largo de su longitud - la placa o bobina nunca se dobla en un círculo perfectamente uniforme en la primera pasada. La expansión en frío corrige esto forzando a todo el cuerpo de la tubería a tener una tolerancia circular mucho más ajustada y consistente, generalmente dentro de una fracción de un porcentaje del diámetro exterior nominal.
API 5L reconoce formalmente este paso: una tubería que se ha sometido a este proceso recibe la designación "CE" (expansión en frío) en su marcado y certificación, y la norma define la-relación de expansión en frío - el aumento porcentual en la circunferencia o el diámetro logrado durante el proceso - como un valor que el fabricante debe declarar y mantener constante dentro de una unidad de prueba. En la práctica, esta relación es pequeña, típicamente en el rango de aproximadamente 0,3% a 1,5%, ya que el objetivo es una corrección de precisión, no un cambio importante de tamaño. Un aumento de la proporción más allá de un umbral definido de una unidad de prueba a la siguiente requiere comenzar una nueva unidad de prueba bajoAPI 5Lmarco de prueba, porque las propiedades mecánicas de la tubería pueden cambiar con la cantidad de trabajo en frío aplicado.
Ese cambio es el segundo efecto que vale la pena comprender. El trabajo en frío del acero mediante deformación plástica aumenta el límite elástico en la dirección de la expansión (el material se endurece), lo que generalmente es un efecto secundario bienvenido para una tubería que sufrirá presión interna. También introduce cierta anisotropía - el límite elástico a la compresión de la tubería en algunas direcciones puede reducirse algo en relación con su límite elástico a la tracción, un efecto que los metalúrgicos denominan efecto Bauschinger. Para la mayoría de las aplicaciones de tuberías, esto está dentro del ámbito aceptable y se tiene en cuenta en los códigos de diseño; se convierte en una cuestión de ingeniería más importante sólo en casos especiales, como servicios de alta-resistencia al colapso-, donde un diseñador puede querer tener visibilidad de exactamente cuánta expansión en frío se aplicó.
Expansión en caliente: extensión de tuberías sin costura más allá del alcance de la fábrica de perforación
La expansión en caliente resuelve un problema completamente diferente. Los molinos perforadores rotativos - las máquinas que convierten un tocho de acero redondo y macizo en una carcasa hueca sin costuras - tienen un práctico techo de diámetro. La mayoría de las fábricas logran producir tubos sin costura de hasta aproximadamente 20 pulgadas (508 mm) de diámetro exterior en una sola pasada de laminación en caliente. La demanda de tubos sin costura de gran-diámetro existe independientemente de - ciertos proyectos de transmisión de petróleo y gas, y aplicaciones especiales donde una alternativa soldada no es aceptable, requieren tubos sin costura mucho más allá de ese techo, hasta alrededor de 40 pulgadas (1016 mm).
La expansión en caliente es el proceso que cierra esa brecha. Una "tubería madre" sin costura-laminada en caliente estándar, producida en el diámetro máximo del molino de perforación o cerca de él, se recalienta - generalmente mediante calentamiento por inducción de frecuencia-media - hasta una temperatura de trabajo-caliente, luego se pasa a través de un molino de expansión mecánica donde un mandril interno o una herramienta de expansión fuerza la pared del tubo calentado hacia afuera hasta alcanzar el diámetro mayor objetivo. El espesor de la pared se reduce proporcionalmente a medida que aumenta el diámetro, siguiendo la misma lógica de conservación del volumen-que cualquier proceso de conformado en caliente-.
El atractivo es sencillo: produce una tubería genuinamente sin costura (sin costura de soldadura en ningún diámetro) en tamaños que un molino perforador no puede alcanzar directamente, generalmente a un costo menor que las rutas alternativas sin costura de gran diámetro-y con una eficiencia de producción razonable. Esta es la razón por la que los tubos sin costura-expandidos en caliente han encontrado un mercado estable, particularmente en las fábricas chinas sin costura que han desarrollado capacidades específicas en torno a este proceso.
También incluye ventajas y desventajas-que un comprador que especifique "perfecto" para una aplicación exigente debería conocer. La tubería madre contiene inclusiones no-metálicas - sulfuros, óxidos y silicatos - que son una característica normal de bajo-nivel de cualquier proceso de fabricación de acero. Durante la expansión en caliente, la temperatura elevada y la deformación pueden aplanar estas inclusiones en formas delgadas en forma de placa-alineadas con la dirección de expansión, un fenómeno que puede promover la delaminación (separación interna a lo largo del plano de rodadura) bajo ciertas condiciones de tensión. El enfriamiento desigual después de la expansión también puede dejar tensiones residuales en la pared de la tubería, más pronunciadas que en una tubería madre que nunca fue re-reelaborada. Para aplicaciones sin costura de uso general-, la expansión en caliente controlada adecuadamente produce tuberías que funcionan de manera confiable dentro de sus especificaciones nominales. Pero para entornos de servicio amargo - que involucran H2S donde el craqueo inducido por hidrógeno (HIC) y la resistencia al agrietamiento por tensión por sulfuro (SSC) son la principal preocupación - la inclusión-el efecto de aplanamiento es un punto de precaución reconocido en la industria, y algunas especificaciones de proyectos excluyen por completo las tuberías expandidas en caliente-del servicio crítico HIC/SSC-, o requieren pruebas de calificación adicionales antes de aceptarlas. eso.
Diferencias de inspección que se derivan de cada proceso
Los dos procesos también cambian en qué debe centrarse la inspección después del hecho. Después de la expansión en frío, la inspección dimensional (-redondez-, diámetro a lo largo de la tubería, rectitud) es la verificación principal, ya que el proceso es mecánico y no introduce los problemas metalúrgicos que conlleva el recalentamiento. Las pruebas ultrasónicas de la costura de soldadura y el cuerpo siguen los mismos requisitos que cualquier tubería soldada, pero no existe una recalificación metalúrgica adicional impulsada por el paso de dimensionamiento en sí.
Después de la expansión en caliente, la prueba ultrasónica adquiere un papel más específico: es la forma práctica de comprobar el riesgo de delaminación descrito anteriormente, ya que las inclusiones aplanadas y las separaciones internas no son visibles desde el exterior. Una planta que ejecuta un disciplinado proceso de expansión-en caliente realizará una exploración UT de la tubería expandida final, no solo de la tubería madre antes de la expansión, precisamente porque el paso de expansión en sí es lo que introduce el riesgo que se está verificando. Si la documentación de calidad de un proveedor solo muestra pruebas en la etapa de tubería madre, vale la pena plantearlo como una pregunta antes de realizar un pedido de tubería expandida sin costura destinada a un servicio exigente.
El tiempo de entrega y el costo también difieren de una manera que importa en la etapa de cotización. La expansión en frío es un rápido paso de acabado en línea-integrado en la secuencia de producción de tubos soldados, lo que agrega un tiempo y un costo insignificantes en relación con el tubo base. La expansión en caliente es una operación separada de recalentamiento y conformado que se realiza en una tubería madre ya-completa, que agrega una etapa de producción distinta, extiende el tiempo de entrega en comparación con los tamaños sin costura estándar y se refleja en una prima de costo real sobre la tubería que se encuentra dentro del rango de diámetro nativo de la planta de perforación - una prima que a menudo es el factor decisivo a la hora de elegir si un proyecto elige una tubería sin costura expandida en caliente-o cambia a una alternativa soldada de gran-diámetro.
Dos procesos, dos preguntas diferentes que plantear
Debido a que "tubo expandido" puede significar cualquiera de estos, las preguntas que un comprador debe hacer dependen completamente de cuál se aplica al producto que se cotiza.
Para las tuberías soldadas-expandidas en frío, las preguntas relevantes son dimensionales y mecánicas: qué relación de expansión-en frío se aplicó, está declarada en el certificado de fábrica como lo requiere API 5L y si el perfil de propiedad resultante (particularmente si la carga de compresión o la resistencia al colapso son importantes para la aplicación) se encuentra dentro de lo que asume la base de diseño del proyecto. Esta es información de rutina que debe proporcionar una planta y rara vez es un punto de verdadera preocupación para el servicio de transmisión o distribución estándar.
Para las tuberías sin costura-expandidas en caliente, las preguntas relevantes van más allá: ¿el diámetro de la tubería-expandido en caliente o de la tubería madre-original (el certificado de fábrica y la orden de compra deben indicarlo explícitamente, ya que los dos no son intercambiables para todas las aplicaciones) y, si están-expandidos en caliente, es el servicio previsto agrio, de alta-tenacidad-crítica o de otro modo sensible a la orientación de la inclusión y la tensión residual? Si la respuesta a la última pregunta es sí, vale la pena preguntarle directamente al proveedor si el proyecto o grado específico tiene un historial documentado de pruebas exitosas de HIC/SSC en material-expandido en caliente, en lugar de asumir que el cumplimiento general de API 5L resuelve la cuestión.
Hacer coincidir el proceso con el escenario
- Líneas de transmisión estándar (no-agrias):La tubería soldada LSAW/SSAW con expansión en frío estándar es la opción predeterminada y rentable-.
- Servicio ácido (H2S / NACE MR0175):Evite las tuberías sin costura-expandidas en caliente debido a los riesgos de inclusión-aplanamiento y delaminación; opte por tuberías soldadas expandidas en frío o sin costura no-expandidas-en frío con una relación de expansión verificada.
- General Industrial & Structural (>20" sin costuras):La tubería sin costura-expandida en caliente es ideal y económica en este caso, siempre que se confirme la cobertura total de UT.
- Aplicaciones de alto-colapso (aguas profundas/casing):Verifique la relación de expansión en frío-con las especificaciones de diseño, ya que la expansión en frío reduce el límite elástico de compresión (efecto Bauschinger).
- Tamaños estándar (menor o igual a 20" de alto-P/alto-T):La tubería sin costura estándar no-expandida es la solución estándar.-Los procesos de expansión son innecesarios.
- Presupuesto-Especificaciones grandes e integradas restringidas:La tubería sin costura-expandida en caliente proporciona una opción rentable-cuando se requiere estrictamente "sin costura" y las condiciones del servicio lo permiten.
Principio fundamental:La selección de tuberías debe estar determinada por las demandas del servicio (presión, temperatura, exposición al H2S, riesgo de colapso externo), haciendo coincidir el proceso de fabricación con el entorno operativo.
