​Abstracto

Antiguamente, la reparación de tuberías deterioradas implicaba la soldadura de placas y manguitos, el uso de abrazaderas a medida o la sustitución parcial del tramo defectuoso. Sin embargo, en los últimos años, el uso de materiales compuestos poliméricos para la reparación de tuberías ha ganado apoyo e interés a nivel mundial. Las razones principales para esto son: la reparación compuesta puede basarse en cálculos estructurales de ingeniería de acuerdo con estándares reconocidos internacionalmente; a diferencia de la soldadura, es un proceso en frío seguro que puede realizarse en zonas donde está prohibido el trabajo en caliente; se puede realizar a un costo menor y proporcionar una vida útil de reparación lo suficientemente larga como para considerarla una reparación permanente. 

Este documento describe Belzona SuperWrap II , incluyendo detalles de varias pruebas realizadas en el sistema para cumplir con ISO 24817 1 y ASME PCC-2 (Artículo 401) 2 , los dos principales estándares internacionales para la reparación de tuberías compuestas.

​Introducción

Las tuberías, especialmente las de gran diámetro, pueden transportar eficazmente grandes volúmenes de líquidos y gases a largas distancias. Al operar a largas distancias en diversos paisajes, entornos y condiciones, las tuberías pueden estar sujetas a efectos internos y externos de numerosos factores. Las diferencias de altura provocan fluctuaciones de presión interna, mientras que los cambios de temperatura hacen que el material de la tubería se expanda y contraiga; A partir de estos comportamientos, las tuberías están sometidas a cargas físicas como flexión, corte, torsión y fatiga. Al mismo tiempo, las paredes interiores de las tuberías pueden estar expuestas a la corrosión y a ataques químicos, dependiendo de los productos químicos implicados en el medio. Del mismo modo, en condiciones de protección inadecuada, las tuberías también están sujetas a corrosión externa.

Estos efectos, actuando solos o en combinación, pueden causar daños a la pared de la tubería en forma de pérdida de metal y eventualmente provocar defectos a través de la pared, lo que genera problemas de fugas. Las fugas también pueden tener consecuencias desastrosas, es decir, paradas e impacto medioambiental. Por esta razón, corresponde a los propietarios y operadores de las instalaciones tomar precauciones proactivas para evitar que suceda lo peor.​

​Reparación de composite Belzona SuperWrap II

Belzona SuperWrap II es una tecnología de reparación de tuberías basada en un compuesto polimérico de resina epoxi y fibras de refuerzo, que utiliza una técnica de envoltura húmeda en la que las fibras de refuerzo impregnadas de resina se envuelven directamente alrededor del defecto de la tubería y se curan.

Dos propiedades del material son clave para el desarrollo de materiales compuestos para la reparación de adelgazamiento de paredes y defectos de fuga en tuberías: resistencia mecánica y rigidez. La resistencia mecánica depende de la tensión máxima de tracción que un material puede soportar sin fallar y se determina a partir de su resistencia a la tracción. La rigidez, por otro lado, se refiere a la deformación elástica de un material cuando se aplica una fuerza y ​​está definida por el módulo de Young (también conocido como módulo de tracción o módulo de elasticidad). En el caso de los compuestos poliméricos , la resistencia mecánica y la rigidez dependen en gran medida de las propiedades de la fibra de refuerzo. La resina se encarga de transferir la carga entre las fibras de refuerzo. El éxito de una reparación compuesta también depende de la fuerza adhesiva de la resina, ya que debe integrarse con el sustrato de la tubería.

En el desarrollo de Belzona SuperWrap II , se consideraron varias combinaciones de resinas y fibras de refuerzo. Al final se optó por una resina epoxi de dos componentes con 100% de contenido de sólidos, compuesta por una base de novolaca fenólica (agente principal) y un solidificador de amina. La razón principal de esto fue el énfasis en el hecho de que las resinas epoxi pueden lograr una mejor adherencia y resistencia mecánica en comparación con otros grupos de polímeros funcionales, incluidos poliuretanos, metacrilatos, alquídicos, vinilos y poliésteres. La posibilidad de formar matrices poliméricas altamente reticuladas, que son la base de una excelente resistencia química y al calor, también debe complementarse como una de las razones para concluir que las resinas epoxi novolacas fenólicas son la mejor opción.

En general, las resinas epoxi tardan en curarse a bajas temperaturas, pero cuando se aplica calor, la reacción se activa y la resina cura en menos tiempo. Teniendo en cuenta las condiciones de temperatura en el momento de la aplicación, que tienden a verse afectadas por las diferencias climáticas, inicialmente se desarrollaron dos tipos de resina (resinas Belzona 1981 y Belzona 1982), seguidas por la resina Belzona 1983 con resistencia al calor mejorada (ver Tabla 1). ). Hoy en día, se encuentran disponibles tres tipos diferentes de resina , lo que permite al usuario seleccionar el material más adecuado en función de las condiciones de temperatura.

Belzona 1981 resina

Temperatura de aplicación: 5～20°C

Temperatura máxima de servicio: 60°C

Belzona 1982 resina

Temperatura de aplicación: 20～40°C

Temperatura máxima de servicio: 80°C

Belzona 1983 resina

Temperatura de aplicación: 5～40°C

Temperatura máxima de servicio: 150°C

Se seleccionó el material de fibra de refuerzo más adecuado en función de su resistencia mecánica y rigidez, así como de su trabajabilidad (corte, impregnación de resina, manipulación en obra, etc.). Después de considerar cuidadosamente todos los pros y los contras de cada material, se decidió utilizar una fibra híbrida, una combinación de fibra de carbono y fibra de vidrio, que se produce como Belzona 9381 para ser una lámina de fibra de refuerzo optimizada para Belzona SuperWrap II .

La lámina de refuerzo Belzona 9381 tiene una construcción de dos capas, con fibra de carbono en el frente y fibra de vidrio en la parte posterior, para maximizar los beneficios de ambas fibras y lograr la distribución y disposición más eficiente en términos de propiedades físicas y trabajabilidad. Esto se debe a que la capa de fibra de vidrio y resina epoxi está diseñada para actuar como aislante para evitar que las corrientes de corrosión fluyan a través de la fibra de carbono conductora. Las láminas de fibra de refuerzo están disponibles en varios anchos diferentes para adaptarse a diferentes diámetros de tubería, siendo las láminas más anchas particularmente útiles para geometrías especiales como curvas, tes, bridas, reductores, así como paredes y techos de grandes tanques de almacenamiento.

Después de que las fibras de refuerzo impregnadas de resina se hayan envuelto alrededor de la tubería, se utiliza una película consolidadora especial llamada Belzona 9382 para mantener la reparación en su lugar hasta que la resina haya curado. Una vez que la resina se haya curado, la película se puede quitar fácilmente.

Este artículo técnico fue escrito por Yusuke Nishi, ingeniero senior de servicios técnicos de Belzona. Yusuke Nishi es ingeniero sénior de servicios técnicos de Belzona Asia Pacífico con sede en Tailandia. Yusuke ha estado en la empresa desde 2011. Es un profesional experimentado dentro de la industria del mantenimiento de plantas que se especializa en reparación de compuestos y recubrimientos protectores. Posee un conocimiento técnico profundo en diversas áreas de soluciones poliméricas con un enfoque en el manejo de la corrosión y la resolución de problemas, adquirido a partir de más de 10 años de experiencia en Belzona.

Referencias

1 ISO 24817:2017, 'Industrias del petróleo, petroquímica y gas natural - Reparaciones compuestas para tuberías - Calificación y diseño, instalación, pruebas e inspección'.

2 ASME PCC-2:2018, 'Reparación de tuberías y equipos a presión'.