LO DIFÍCIL DE LOS PUNTOS DUROS

Sintetizando:

Los puntos duros están ahí… y lo sabemos. De todas las amenazas que ponen en riesgo los ductos actualmente, los hard spots se han vuelto una de las amenazas más escudriñadas en los últimos años. Este artículo explica la forma en la que los expertos de ROSEN ayudan a los operadores a controlar la amenaza de los hard spots de forma exitosa con un enfoque riguroso y estructurado basado en el servicio de inspección interna RoMAT DMG.

Un hard spot se define como un área localizada con mayor dureza en comparación con la base de metal que la rodea [1]. La presencia de puntos duros, especialmente en combinación con otras amenazas como anomalías geométricas, anomalías de manufactura, etc., tienen un gran impacto en las evaluaciones de integridad y la respuesta a las mismas. Hasta hace poco, la industria tenía un entendimiento muy rudimentario sobre los hard spots. Evaluar esta amenaza implica ciertos retos, los cuales incluyen lo siguiente, sin que eso signifique que son los únicos:

¿Qué tipos de hard spots existen y cuáles son amenazas de integridad?
¿Cómo confirmar la presencia de hard spots y entendemos su naturaleza?
¿Cómo evaluar la integridad de los hard spots?
¿Cómo enfocarse en las anomalías correctas para aprovechar al máximo nuestro presupuesto de integridad?
¿Cómo abordar la amenaza de los hard spots? ¿Cuáles son las acciones correctivas apropiadas?

OBTENCIÓN DE DATOS CONFIABLES

El primer paso en cualquier proceso de toma de decisiones es la obtención de datos confiables. Con base en los datos publicados en el periodo que va desde los principios de 1960 hasta inicios de los años 2000, las tuberías fabricadas antes de 1970, especialmente tuberías A.O. Smith soldadas por chispa, son conocidas por ser particularmente susceptibles a hard spots. En 2021, hubo un cambio importante en las regulaciones de gas, CFR 49 192. Una cláusula recién creada, la CFR 192.632 - Evaluación de Ingeniería Crítica para la Reconfirmación de la MAOP (Máxima Presión de Operación Admisible), declara explícitamente: "Si un ducto tiene segmentos que podrían ser susceptibles a puntos duros de acuerdo con evaluaciones, fugas, fallas, un historial de manufactura antigua u otra información, entonces el programa ILI debe incluir una herramienta que pueda detectar hard spots". Para abordar esto, el servicio RoMAT Dual MaGnetization (DMG) de ROSEN, el cual se basa en tecnología estándar de flujo magnético, puede servir como un punto inicial para una estrategia de administración de integridad holística. Dado que los hard spots poseen diferentes propiedades metalúrgicas -permeabilidad magnética, específicamente- en comparación con el metal circundante, combinar la saturación magnética total con una magnetización más baja bien definida permite clasificar y medir puntos duros con precisión y exactitud.

Efectuar una ILI (inspección interna) es solamente la punta del iceberg. Entender los resultados ILI y diferenciar los tipos de anomalías de material endurecido que pueden existir en el ducto es de vital importancia para garantizar que se implemente la respuesta correcta.

SERVICIO ROMAT DMG

El uso de RoMat DMG puede servir como soporte para procesos de administración de integridad establecidos y puede abarcar las guías regulatorias previstas que tratan con la existencia de puntos duros como parte de la reconfirmación MAOP. El servicio se basa en un marco con RoMat DMG como piedra angular, tal como se muestra en la figura 1:

El marco comienza con un análisis de susceptibilidad con el objetivo de analizar los datos disponibles que pertenecen al ducto y generar gráficas de diagnóstico para identificar las áreas de mayor susceptibilidad. Si la información ILI sobre grietas, pérdida de metal, condición del revestimiento, etc., ya está disponible, esa información se puede alinear para dar más contenido a la evaluación de susceptibilidad.

PROCESO DE EVALUACIÓN DE DATOS

Después de la inspección interna RoMAT DMG, la evaluación de datos genera una lista de anomalías que contiene los puntos duros reportados y los detalles asociados. Esta lista se revisa mediante un proceso iterativo entre ingenieros de evaluación e integridad. Durante esta etapa, los resultados ILI se analizan desde una perspectiva de integridad y posteriormente se integran a otra información disponible. Este proceso permite tener un entendimiento exhaustivo de los datos reportados y, por lo tanto, añade valor a la evaluación de integridad.

Después de entregar un reporte final, las excavaciones en campo son fundamentales para validar el sistema ILI e investigar/remediar la amenaza de los puntos duros según sea necesario. Por ende, se incorpora una lista de anomalías priorizada y elaborada por el equipo de ingeniería de integridad dentro del servicio RoMAT DMG para ayudarle a los operadores con la selección de las excavaciones. Los resultados de campo se proporcionan a los proveedores ILI, lo cual permite que haya una mejora continua del sistema con respecto a la POD (probabilidad de detección), POI (probabilidad de identificación) y la medición. La integración de hallazgos en el mundo real con los datos de la señal ILI ayuda a definir amenazas y cómo controlar puntos duros de forma efectiva.

AVANCES EN LA TECNOLOGÍA DMG

Nuestro entendimiento de los puntos duros y la tecnología DMG ahora ha avanzado de forma tal que podemos detectar e identificar tres tipos diferentes de anomalías de endurecimiento de material, tal como se describe a continuación. La Figura 2 y la Figura 3 muestran ejemplos de los tipos de anomalías de puntos duros conocidos por la industria que sirvieron como base para desarrollar el servicio RoMAT DMG. La dureza de este tipo de anomalía va de 220 HBW a 400 HBW.

Figura 2 - Hard spot reportado en tubería DSAW de 1961, medido en 316 HBW en campo

Figura 3 - Hard spot reportado en tubería EFW de 1954, medido en 318 HBW en campo

Varios esfuerzos exhaustivos de validación han dado como resultado la concientización y caracterización de otros dos tipos de anomalías de endurecimiento de material. Las siguientes anomalías –mostradas en la figura 4– fueron reportadas con RoMAT DMG y son diferentes de las que se habían esperado debido a que muestran, constantemente, un patrón parecido a "dientes de sierra" en la superficie interna, sin ninguna indicación del mismo en la superficie externa.

Figura 4 - Tres muestras claras que muestran un patrón de "diente de sierra" en toda la circunferencia interna de la tubería

La dureza medida en la superficie interna de estas anomalías va de 190 HBW a 240 HBW. La dureza interna de estas anomalías, aunque es elevada en comparación con el metal base, es mucho menor que el umbral sugerido para los "defectos de puntos duros" de API 5L [1] de 327 HBW.

Otro grupo de anomalías reportado por RoMAT DMG presenta puntos duros claros en las superficies externa e interna, tal como se muestra en la Figura 5, y también atraviesan la pared.

Figura 5 - Anomalías del grupo 2

La dureza medida en la superficie exterior de estas anomalías puede alcanzar valores máximos de hasta 350 HBW y de 240 HBW en la superficie interna. Con base en la dureza medida y las dimensiones, estas anomalías deberían, de acuerdo con los criterios definidos en API 5L [1], ser clasificadas como "defectos de puntos duros".

RESOLVER LA AMENAZA DE LOS PUNTOS DUROS

Antes de abordar las opciones correctivas apropiadas, es importante considerar las amenazas potenciales asociadas con los puntos duros. Los puntos duros generalmente se crean durante el proceso de manufactura (enfriamiento localizado/reparaciones de soldadura); esto significa que probablemente sobrevivieron las pruebas hidrostáticas para la aceptación de fabricación y de puesta en marcha. En consecuencia, es tentador suponer que los puntos duros son defectos estables no perjudiciales y, por ende, son una amenaza latente.

SUCEPTIBILIDAD A FISURACIÓN POR HIDRÓGENO

Una de las preocupaciones principales asociadas con los puntos duros o hard spots es la susceptibilidad a la fisuración por hidrógeno. El hidrógeno puede estar presente en la superficie interna de la tubería debido al producto transportado o en la superficie externa debido al suelo circundante o la reacción química ocasionada por el sistema de protección catódica. Por lo tanto, los ductos que transportan productos que no contienen una fuente de hidrógeno, y sin la presencia de la interacción de anomalías, es menos probable que las anomalías de endurecimiento de material sean una amenaza. Dado que reemplazar gas natural con hidrógeno cada vez es más prevalente, la amenaza de las anomalías de endurecimiento de material deberá considerarse conforme el tema se consolide.

Las anomalías de endurecimiento externo, al interactuar con otras amenazas tales como daños de terceros, defectos que conectan con la superficie, etc., pueden aumentar la severidad de dichas amenazas debido a la concentración de esfuerzo y el debilitamiento del acero. Por lo tanto, los resultados DMG se pueden alinear con otros datos ILI y de campo para identificar cualquier coincidencia de puntos duros con otras amenazas. Adicionalmente, la información sobre el desprendimiento del recubrimiento de las inspecciones EMAT puede ayudar a localizar áreas en las que el hidrógeno podría migrar a la microestructura del acero. Con la presencia de puntos duros, estas áreas pueden convertirse en algo que resulte en fisuraciones. La Figura 6 a continuación muestra la alineación de DMG (imagen superior) y los resultados ILI EMAT (imagen de en medio), junto con información registrada para la tubería (imagen inferior). Este ejercicio facilita la identificación de la interacción de anomalías, en su caso, y las propiedades correspondientes de la tubería.

Figura 6 - Alineación de resultados DMG y ILI EMAT con información registrada para la tubería

¿CUÁLES SON LOS CRITERIOS DE RESPUESTA APROPIADOS?

Actualmente, existe una guía regulatoria limitada en cuando a la respuesta apropiada en términos de los criterios de aceptación o corrección. De acuerdo con API 5L, los puntos duros con dureza mayor a 327 HBW se clasificarán como un defecto. Como consecuencia, muchos operadores se basan en esta norma de manufactura y usan la dureza reportada por DMG de 277 HBW [2] como el umbral para la investigación en campo y reemplazo si una dureza superior a 327 HBW se confirma con mediciones en campo. Sin embargo, para anomalías con durezas menores a 277 HBW o durezas medidas inferiores a 327 HBW reportadas por ILI, ¿cuáles son los criterios de respuesta adecuados?

Se deben priorizar las anomalías de endurecimiento de material que interactúen con otras amenazas y anomalías que se ubiquen en áreas con desprendimiento de revestimiento y una fuente de hidrógeno. Además de cortar y reemplazar una sección de la tubería, otras opciones de mitigación disponibles incluyen instalar un encamisado tipo B, esmerilar las anomalías y monitorear. Finalmente, las acciones de respuesta dependerán de la tolerancia del operador al riesgo y sus procedimientos IMP. Ajustado a las necesidades individuales del cliente, el marco del servicio RoMAT DMG de ROSEN le ayuda al operador a gestionar la incertidumbre, maximizar los beneficios de la inspección interna y mitigar la amenaza según sea necesario.

Adicionalmente, al combinar varias tecnologías, RoMAT DMG también puede recolectar datos de pérdida de metal (servicio RoCorr MFL), del grado de la tubería (servicio RoMAT PGS) y de mapeo. La Figura 7 muestra un ejemplo del servicio RoMAT PGS, en donde cada punto de datos representa el YS (esfuerzo de cedencia) medido de una tubería individual en el ducto y se usa una clasificación por color para ilustrar las diferentes poblaciones identificadas. Los datos de puntos duros reportados por el servicio RoMAT DMG se han superpuesto con estas poblaciones y sus ubicaciones se muestran mediante las líneas verticales punteadas. Todos los puntos duros reportados, excepto uno, están dentro de la población "A1". Este ejemplo muestra cómo varios conjuntos de datos pueden revelar factores de riesgo y amenazas de integridad específicas para la población y por lo tanto sirven como soporte para una administración de integridad en el futuro.

Figura 7 - Superposición de resultados RoMAT DMG y ILI PGS; todos los puntos duros, con la excepción de uno, están concentrados en una sola población

CONCLUSIÓN

Como parte de su plan de administración de integridad y /o enfoque EAC para la reconfirmación MAOP, los operadores se basan en sistemas ILI para detectar, clasificar y medir anomalías en los ductos de forma precisa. Adicionalmente, entender la capacidad y las limitantes ILI junto con la susceptibilidad a amenazas es igualmente importante. RoMAT DMG es capaz de discriminar puntos duros y otros tipos de endurecimiento de material, con mejoras y desarrollos continuos.

LA INTEGRACIÓN DE DATOS OFRECE UN PANORAMA COMPLETO

La tecnología DMG sin duda continuará madurando y estará a altura de las exigencias de protección contra la amenaza de los puntos duros, particularmente conforme los organismos regulatorios proporcionen una guía actualizada y exhaustiva sobre la operación segura de los ductos. Además, aunque identificar la presencia de puntos duros o hard spots en el sistema de ductos es vital para cualquier IMP, solamente es una parte de un panorama más amplio. Finalmente, la integración de datos ofrece un panorama más completo de la amenaza de hard spots específicamente –y de la integridad del activo en general– para los propósitos de la verificación MAOP.

COMENTARIOS

[1] API 5L, Edición 46, abril de 2018, Sección 9.10.6: "Cualquier punto duro mayor a 50 mm (2.0 pulgadas) en cualquier dirección será clasificado como un defecto si su dureza es mayor a 35 HRC, 345 HV10 o 327 HBW, con base en hendiduras individuales.

[2] Con la tolerancia RoMAT DMG de ± 50HBW para anomalías en el cuerpo de la tubería, el límite inferior de 327 HBW podría ser 277 HBW en ILI.