Elaboración y calificación de procedimientos de soldadura en aceros ASTM A335 GR. P11, ASTM A312 y ASTM A53 GR. B para la unión de tuberías para el transporte de hidrocarburos

Abstract

La presente tesis se desarrolla completamente en el marco contexto del Proyecto Modernización de la Refinería de Talara, específicamente en los procesos de soldadura de tuberías para el transporte de líquidos y gases que son esenciales para los trabajos de refinación del petróleo y sus derivados. El objetivo es elaborar y desarrollar mediante la normatividad técnica, la calificación de los procedimientos específicos de soldadura (WPS), soportados con una calificación PQR, bajo los requerimientos del código ASME B31.3 (Process Piping) en tuberías de acero ASTM A335 Gr. P11, ASTM A312 y ASTM A53 Gr. B, que garanticen una soldadura de alta calidad, con el fin de que estas operen de manera eficiente, segura y que se manifieste en la preservación de vidas humanas, medio ambiente, equipos e instalaciones. En el capítulo I se establece los códigos de aplicación ASME B31.3 y ASME BPVC Sección IX, como normatividad de diseño y sus respectivos alcances para la elaboración y calificación de los procedimientos de soldadura, así como una breve descripción de los antecedentes referenciales, el planteamiento de la realidad problemática y finalmente el establecimiento de los objetivos generales y específicos bajo las bajo los cuales se desarrollarán los procedimientos de calificación de los materiales descritos para el desarrollo de la presente tesis. En el capítulo II se desarrolla el marco teórico en el que se describe los materiales y constituyentes de los aceros al carbono y acero aleados utilizados en las tuberías para los diferentes procesos de la refinería, los cuales determinan una variable esencial para el procedimiento de soldadura. Así mismo se describe sus principales propiedades físicas y los distintos ensayos destructivos utilizados para la determinación de sus características físicas específicas. Finalmente se describe los Ensayos No Destructivos (END) aplicables para determinar la sanidad de los materiales. En el capítulo III se describen los procesos de soldadura SMAW y GTAW, involucrados en el desarrollo de la presente tesis para la calificación de los procedimientos de soldadura, así como los materiales de aporte y equipos utilizados en cada proceso, del mismo modo las ventajas y limitaciones de cada uno. En el capítulo IV se describe la metalurgia de la soldadura, la cual involucra todos los fenómenos metalúrgicos que ocurren durante un proceso de fusión por soldadura. En el capítulo V se describe el procedimiento experimental seguido para la elaboración y calificación de los 03 procedimientos de soldadura (WPS), mediante el uso de los códigos ASME sección IX y ASME B31.3 como guía y punto de partida para la identificación de las variables esenciales y no esenciales en la elaboración de cada procedimiento. Finalmente se describe la fase de calificación, donde se establecen la cantidad de cupones de soldadura necesarios, así como la cantidad de especímenes por cada ensayo a aplicar. En el Capítulo VI se incluyen los ensayos mecánicos y se analizan los resultados obtenidos por cada procedimiento de soldadura y ejecutados de acuerdo al código ASME Sección IX, concluyéndose que los procedimientos de soldadura calificados, motivo de la presente tesis, son recomendados para su aplicación en la fabricación de las líneas de tuberías del proyecto de modernización de la refinería de Talara, dado que garantizan confiabilidad y aseguramiento en un producto terminado con óptima calidad debido a sus exigencias tecnológicas y son la documentación básica que rige y guía la práctica de soldadura.

This thesis is fully developed within the context of the Proyecto Modernización de la Refinería de Talara, specifically in the welding processes for the transport of liquids and gases that are essential for the refining of petroleum and its derivatives. The objective is to elaborate and develop through technical regulations, the qualification of specific welding procedures (WPS), supported with a PQR qualification, under the requirements of the ASME B31.3 (Process Piping) code in ASTM A335 Gr. P11, ASTM A312 and ASTM A53 Gr. B, which guarantee a high quality weld, in order for them to operate efficiently, safely and that is manifested in the preservation of human lives, the environment, equipment and facilities. Chapter I establishes the application codes ASME B31.3 and ASME BPVC Section IX, as design regulations and their respective scopes for the preparation and qualification of welding procedures, as well as a brief description of the referential background, the approach to the problematic reality and finally the establishment of the general and specific objectives under which the qualification procedures of the materials described for the development of this thesis will be developed. Chapter II develops the theoretical framework in wich the materials and constituents of carbon steels and alloyed steels used in pipes for the different refinery processes are described, which determine an essential variable for the welding procedure. Likewise, its main physical properties and the different destructive tests used to determine its specific characteristics are described. Finally, the Non-Destructive Tests (NDT) applicable to determine the health of the materials are described. Chapter III describes the SMAW and GTAW welding processes are based, involved in the development of this thesis for the qualification of welding procedures, as well as the input materials and equipment used in each process, in the same way the advantages and limitations of each one. Chapter V describes the experimental procedure followed for the elaboration and qualification of the 03 welding procedures (WPS), using the ASME section IX and ASME B31.3 codes as a guide and starting point for the identification of the essential and non-essential variables in the elaboration of each procedure. Finally, the qualification phase is described, where the number of required welding coupons was found, as well as the number of specimens for each test to be applied. In Chapter VI the mechanical tests are included and the results obtained by each welding procedure and executed according to the ASME Section IX code are analyzed, concluding that the qualified welding procedures, the reason for this thesis, are recommended for their application in the manufacture of the pipelines for the modernization project of the Talara refinery, since they guarantee reliability and assurance in a finished product with optimum quality due to their technological demands and are the basic documentation that governs and guides the welding practice.