En las industrias química y petrolera modernas, los tubos de acero sin costura (SMLS) son un material fundamental, ya que desempeñan la importante función de transportar medios corrosivos y de alta temperatura y presión. Su rendimiento afecta directamente la seguridad operativa y la eficiencia de producción de las plantas. Este artículo analizará exhaustivamente los aspectos técnicos clave de los tubos de acero sin costura utilizados en plantas petroquímicas y químicas, considerando 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, los tubos de acero sin costura son significativamente superiores a los
tubos de acero soldados en cuanto a resistencia a la presión y rendimiento de sellado. Por ejemplo, los tubos de acero sin costura utilizados en el craqueo de petróleo, que deben soportar temperaturas superiores a 450 °C y corrosión por sulfuro de hidrógeno, suelen utilizar acero aleado Cr-Mo (como 15CrMoG) o acero inoxidable austenítico (como 0Cr18Ni9). Estas tuberías de acero deben cumplir con la certificación GB 5310, "Tuberías 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 de acero también deben ser resistentes a la fragilización por hidrógeno, lo que generalmente se logra añadiendo 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: La línea de transferencia en las unidades de destilación atmosférica y al vacío utiliza tuberías sin costura de gran diámetro (Φ219 mm ~ Φ813 mm) con presiones de operación de hasta 4 MPa; el separador ciclónico regenerador en las unidades de craqueo catalítico requiere tuberías de acero inoxidable 310S resistentes al calor para soportar la erosión de los gases de combustión a 900 °C.
2. Craqueo de etileno: Los datos muestran que los tubos de los hornos de craqueo en la sección de convección utilizan principalmente tubos de fundición centrífuga HP40Nb, con un contenido de cromo-níquel de 25Cr-35Ni y una resistencia a la rotura por fluencia superior a 30 MPa a 1000 °C.
3. Hornos de gasificación química de carbón: Las tuberías de transporte de escoria en las unidades de gasificación de carbón de Shell deben poseer resistencia al desgaste y a la corrosión, y a menudo se utilizan 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 los materiales varían según el medio. Al manipular medios que contienen iones cloruro, se requiere acero inoxidable superaustenítico (como el 254SMO) con un valor PREN (equivalente de resistencia a la picadura) superior a 40. Mientras que las tuberías criogénicas de gas natural licuado (GNL) requieren acero con un 9 % de níquel para mantener una buena tenacidad a -196 °C.
Comparación de los sistemas normativos nacionales e internacionales:
Las tuberías petroquímicas de mi país se rigen principalmente por normas como GB/T 8163 (transporte de fluidos) y GB 9948 (craqueo de petróleo), que se comparan con las normas
ASTM A335 (norma estadounidense) y 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 de la norma NACE MR0175 en relación con entornos de sulfuro de hidrógeno, incluyendo el control de dureza (HRC ≤ 22) y el contenido de azufre (≤ 0,01%).
Nodos clave de control de calidad:
1. Proceso de Fabricación: Las tuberías laminadas en caliente requieren una temperatura final de laminación de 50 °C por encima de Ar3 para evitar estructuras bandeadas; las tuberías estiradas en frío requieren un recocido intermedio para eliminar el endurecimiento por acritud.
2. Tecnología de Inspección: Además de las pruebas ultrasónicas convencionales, las tuberías de gran diámetro y pared gruesa requieren TOFD (Difracción de Tiempo de Vuelo) para detectar defectos de delaminación; las tuberías de acero para servicio a 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 hidráulica debe ser 1,5 veces la presión de diseño y el tiempo de mantenimiento de la presión no debe ser inferior a 10 minutos. Un caso de un proyecto petroquímico muestra que un contenido excesivo de iones de cloruro (>25 ppm) en el agua de prueba provocó 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 de Sinopec promueve el acero inoxidable de grano fino TP347HFG, que presenta una resistencia a la fluencia un 20 % superior a la del TP347 convencional y es adecuado para condiciones ultrasupercríticas a 700 °C.
2. Tecnología de compuestos: Las tuberías de compuestos de titanio y acero preparadas mediante unión 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 detectar con antelación los cambios en el espesor de la pared con una precisión de 0,1 mm. Tras su aplicación en una refinería, el ciclo de mantenimiento se extendió de 3 a 5 años.
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