Cumplimiento de las normas
La reparación compuesta de tuberías requiere un alto grado de fiabilidad, especialmente en el caso de sistemas de tuberías de alta presión o de tuberías que transportan medios peligrosos. Por este motivo, se llevan a cabo rigurosas pruebas internas y de terceros para demostrar el cumplimiento de una serie de requisitos establecidos en ISO 24817 y ASME PCC-2. Para los ensayos encaminados a evaluar las propiedades mecánicas de los materiales se utilizaron probetas de placa fabricadas con fibra de refuerzo y cada resina. Por otro lado, en la prueba de resistencia a la presión destinada a evaluar la durabilidad del sistema, se reparó con el sistema un carrete de tubería corto con pseudodefectos de las dimensiones especificadas, seguido de una prueba de resistencia a la presión para su confirmación. En la Tabla 2 se proporciona un resumen de cada prueba.
Resultados de las pruebas y verificación.
La siguiente tabla muestra algunos resultados de las pruebas de propiedades físicas. Entre paréntesis están las temperaturas de curado de las muestras.
En la prueba de resistencia a la unión por tracción y cizallamiento, la fuerza de unión de las resinas se mide de dos maneras: 1) curada durante 7 días en condiciones de temperatura específicas (condición a corto plazo) y 2) inmersión en agua durante 1000 horas a una temperatura especificada condiciones (condición a largo plazo), ambas utilizando acero al carbono como adherente. La comparación de los resultados de las pruebas de baja y alta temperatura tiene como objetivo ver el efecto de los cambios de temperatura sobre la fuerza adhesiva de las resinas. Todos los resultados cumplen con los requisitos de la norma ISO 24817 en dos aspectos:
(a) La resistencia al corte por tracción de cada resina es >5 MPa para condiciones a corto y largo plazo.
(b) Para cada resina, los valores a largo plazo son al menos el 30% de los valores a corto plazo.
La temperatura de transición vítrea (Tg) es la temperatura a la que un material polimérico comienza a ablandarse a medida que se calienta. Es un fenómeno común para los termoplásticos y a menudo se hace referencia a su valor al evaluar las propiedades térmicas y la resistencia térmica de las técnicas de reparación basadas en resina. Cuando la resina se calienta mientras se cura, la densidad de la reticulación aumenta y la temperatura de transición vítrea aumenta. Cuando la resina Belzona 1981 se cura a 60°C, la resina Belzona 1982 a 80°C y la resina Belzona 1983 a 150°C, las temperaturas de transición vítrea son 90°C, 115°C y 188°C respectivamente (ver Tabla 3).
Los sistemas de tuberías bajo presión están sujetos al efecto Poisson. Debido a las tensiones circunferenciales que se producen en el interior del tubo, el diámetro del tubo aumenta ligeramente, pero al mismo tiempo se produce una contracción en la dirección axial y el tubo se acorta. Por lo tanto, se requiere un índice de Poisson cercano al valor de la tubería para que los compuestos sean un material adecuado para restaurar la resistencia mecánica de las tuberías. La relación de Poisson del material Belzona SuperWrap II es bastante cercana a la del acero. Esto significa que cuando una tubería de acero típica se somete a cargas de compresión o tracción, la reparación SuperWrap II que la acompaña reacciona de manera similar al metal base.
El módulo de Young (módulo de tracción) es una medida de la rigidez de un material, y los materiales SuperWrap II tienen un módulo de Young alto de 37-39 GPa, lo que significa que la reparación tendrá buena rigidez y momento de flexión. Desde un punto de vista práctico, al evaluar el rendimiento de una reparación de tuberías compuestas , se informa que es deseable un módulo de elasticidad estándar de 6.895 MPa o superior, 3 y los valores de los materiales SuperWrap II están muy por encima de este. Por otro lado, considerando que el módulo de Young del acero ordinario es de aproximadamente 200 GPa, los materiales SuperWrap II , que tienen alrededor de una quinta parte, son mucho más elásticos que el acero y, en este sentido, se puede decir que la reparación SuperWrap II tiene Excelente elasticidad y puede seguir fácilmente el movimiento del metal base.
El coeficiente de expansión térmica de un material sólido indica en qué medida su longitud y volumen cambian cuando se somete a un cambio de temperatura en condiciones de presión constante. Las tuberías, que están sujetas a una variedad de condiciones operativas, generalmente sufren expansiones y contracciones repetidas como resultado de los cambios de temperatura. Por lo tanto, los materiales compuestos utilizados para restaurar la resistencia mecánica de los materiales de las tuberías también deben poder soportar la tensión térmica. El coeficiente de expansión lineal de los materiales Belzona SuperWrap II curados a temperatura ambiente está entre 9,40 y 11,26 x 10-6 /K, que es cercano al del acero ordinario (11-12,5 x 10-6 /K). 4 Esto significa que el efecto de tensión (deformación térmica) sobre la superficie adherida causado por la diferencia en la expansión térmica entre los materiales compuestos y el metal base es mínimo.
La siguinte tabla muestra las condiciones para las pruebas de durabilidad de los materiales compuestos SuperWrap II.
La prueba de presión a corto plazo evalúa el desempeño de Belzona SuperWrap II contra defectos de adelgazamiento de la pared (sin penetración). El objetivo es determinar el nivel máximo de adelgazamiento de la pared que se puede reparar. La prueba se lleva a cabo en un carrete corto de acero al carbono con un pseudodefecto (pérdida de pared) de un tamaño específico. La reparación está diseñada para restaurar el límite elástico de la pared de la tubería original. La presión de prueba se calculó como la presión de fluencia del carrete de prueba en su condición de sonido original (presiones de prueba indicadas en la Tabla 4). La diferencia en la presión de prueba entre las resinas Belzona 1981/1982 y la resina Belzona 1983 se debe a los diferentes carretes de prueba utilizados. Todas las resinas pasaron la prueba y los resultados demuestran que la reparación cumple con las especificaciones de diseño y es capaz de restaurar la durabilidad del material de la tubería.
La prueba de presión a largo plazo también evalúa el desempeño de Belzona SuperWrap II contra defectos de paredes delgadas. Aquí, la durabilidad de la reparación se evalúa después de 1000 horas de carga sostenida manteniendo la presión interna de la tubería a un nivel constante (presiones de prueba indicadas en la Tabla 4). Como resultado, no se observaron grietas, delaminación ni cualquier otra degradación y, por lo tanto, la prueba se consideró aprobada.
La prueba de resistencia al impacto examina el efecto sobre la reparación de un impacto de 5 J a baja velocidad, simulando la caída de una herramienta, como una llave inglesa, sobre la reparación. El objetivo de este ensayo es determinar el espesor mínimo de la capa de reparación en lo que respecta al impacto externo. De acuerdo con el Anexo F de la norma ISO 24817, se aplicó un impacto de 5 J a la reparación de la tubería dejando caer un peso desde una altura de 1 m, seguido de una prueba de presión. Los resultados mostraron que no hubo diferencia entre las tasas de liberación de energía medidas y calculadas, y se concluyó que este nivel de impacto no afectó la integridad del sistema de reparación SuperWrap II.
Tubería dañada tras sufrir corrosión bajo aislamiento (CUI)
Reparación compuesta completada (antes de retirar la película protectora) usando Belzona 1111 para reconstruir el perfil original y Belzona SuperWrap II para restaurar y mejorar la resistencia de la reparación.
Requisitos para la aplicación Belzona SuperWrap II
El diseño de reparación de Belzona SuperWrap II se determina mediante cálculos de resistencia basados en condiciones reales defectuosas de las tuberías de acuerdo con las normas ISO/ASME, que también tienen en cuenta factores como el método de preparación de la superficie, la geometría de la tubería, las condiciones ambientales y las presiones operativas/de diseño. , etc. Luego la reparación se realiza siguiendo el diseño, pero existen ciertas condiciones que deben cumplirse durante la aplicación.
En primer lugar, para garantizar la calidad del trabajo, todos los instaladores de Belzona SuperWrap II deben asistir y aprobar un curso de formación validado . El curso incluye una prueba práctica (además de un examen teórico), en la que se pide a los participantes que reparen un carrete de tubería con un defecto simulado, que luego debe pasar una determinada prueba de presión.
Como regla general, una reparación conforme a las normas siempre debe ser realizada por instaladores capacitados. Las normas ISO/ASME definen las clases de reparación de la clase 1 a la clase 3. La clase 1 es para tareas de baja especificación con condiciones menos críticas, como una presión de <2 MPa y una temperatura de <40 °C, y dado que esto es para sistemas que no se relacionan directamente a la seguridad del personal, los trabajos de reparación pueden ser realizados únicamente por los instaladores. Sin embargo, las clases 2 y 3 implican escenarios más críticos, por ejemplo, condiciones de mayor presión y temperatura, así como sistemas que transportan fluidos peligrosos; en esos casos, por lo tanto, el trabajo debe ser supervisado por un supervisor certificado que haya completado un nivel superior de formación. La renovación anual periódica de las calificaciones también es obligatoria para los instaladores y supervisores para garantizar que mantienen y mejoran sus habilidades después de la certificación.
Todos los resultados de la inspección, incluidas las mediciones ambientales, la rugosidad de la superficie lograda mediante la preparación de la superficie realizada, los números de lote de los productos utilizados y el espesor de la reparación resultante, se registran en los documentos de control de calidad de cada proyecto. Y esto se recopilará en todos los proyectos, incluida información sobre quién fue el instalador/supervisor involucrado.
Después de su uso en servicio, las reparaciones de Belzona SuperWrap II se pueden revalidar o retirar de servicio al alcanzar su vida útil de diseño, dependiendo de la decisión tomada por el propietario del activo.
La solución de reparación Belzona SuperWrap II está disponible en todo el mundo a través de la red de Distribuidores Internacionales de Belzona, y las aplicaciones pueden ser realizadas por personal capacitado y validado de terceros siempre que cumplan con los requisitos previos. Al permitir que el propietario del activo elija quién llevaría a cabo el diseño y también quién aplicaría los revestimientos en el sitio (siempre que esas partes estén calificadas según la norma), el operador tiene la flexibilidad de nombrar a los contratistas más adecuados, dependiendo sobre los requisitos específicos de un proyecto.
Conclusiones
Belzona SuperWrap II es una tecnología de reparación de tuberías basada en un material compuesto formado por una resina epoxi de dos componentes y una fibra de refuerzo híbrida (fibra de carbono/fibra de vidrio).
Las pruebas de precalificación de acuerdo con las normas ISO y ASME han demostrado que los materiales Belzona SuperWrap II tienen un alto nivel de propiedades mecánicas y son adecuados para la reparación de tuberías que cumple con las normas.
La reparación compuesta se diseña sobre la base de cálculos de resistencia de ingeniería y es capaz de restaurar la integridad de los materiales de las tuberías dañadas.
Un sistema de acreditación y registro de instaladores/supervisores garantiza una calidad de trabajo uniforme y una alta fiabilidad.
La reparación Belzona SuperWrap II, que cumple con los estándares ISO/ASME, es una solución de reparación confiable a largo plazo que contribuye a la gestión del mantenimiento de las tuberías.
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.
