Diseño de brida de titanio de alta tensión para petróleo y gas

Diseño de Brida de Titanio de Alta Tensión para Petróleo y Gas

Una brida en servicio de alta presión de petróleo y gas no se dimensiona por la pared de la tubería. Se dimensiona por la carga de pernos necesaria para mantener la junta apretada, y luego se verifica para que el cubo y el anillo no se deformen lo suficiente como para descargar ese perno. Es por eso que una brida Clase 900 es mucho más pesada de lo que la presión por sí sola requeriría, y por qué el trabajo de diseño se centra en tres lugares: la junta, el perno y la rigidez del cubo. Esta página expone esas verificaciones para bridas de titanio y las opciones de materiales que las acompañan.

Datos de Brida

Las Cuatro Verificaciones Detrás del Dibujo

Asentamiento de la juntaFuga en el montaje antes de la presiónCarga de pernos a la tensión de asiento de la junta elegidaCarga operativaFuga bajo presión y movimiento térmicoCarga de pernos con la fuerza de extremo hidrostática añadidaTensión del cubo y del anilloLímite elástico de la brida en la cara elevadaTensión longitudinal y tangencial frente a la admisibleRigidez de la bridaRotación que descarga el pernoLímite de deflexión, más estricto a medida que aumenta la clase

La secuencia importa. La junta se elige primero, porque una junta de espiral y una junta anular necesitan cargas de asiento muy diferentes, y el perno se elige segundo, porque su área de tensión tiene que entregar la mayor de las dos cargas con un margen. Solo entonces se verifica la brida: una brida de titanio tiene una tensión admisible más alta que una de acero al carbono de la misma clase, pero un módulo elástico más bajo, por lo que se deforma más bajo la misma carga de perno. Esa es la trampa en un diseño de titanio, y es por eso que una brida no puede simplemente copiarse de un dibujo de acero con el material cambiado.

Junta Anular y Servicio de Alta Clase

Por encima de la Clase 900, la cara de junta anular es habitual, porque un anillo metálico en una ranura mecanizada tolera la presión y el ciclo térmico que destruiría una junta blanda. Las dimensiones de la ranura y el anillo se compran según el estándar, y luego la brida se verifica por la profundidad de la ranura frente a la altura del anillo: una ranura demasiado profunda permite que el anillo toque fondo y la junta gotee, sin importar cuán fuerte se aprieten los pernos. Las bridas de titanio para servicio de junta anular se mecanizan a partir de forjas con suficiente material para que la ranura se pueda cortar después de la prueba ultrasónica, no antes.

Servicio Agrio y Grado 7

El sulfuro de hidrógeno húmedo es la condición que decide si Gr2 o Gr5 se pueden usar en absoluto. El titanio resiste mejor el agrietamiento por tensión de sulfuro que la mayoría de los aceros, pero la ruta aceptada en petróleo y gas es especificar Gr7, que es Gr2 con 0.12 a 0.25 por ciento de paladio, y certificar la química y la dureza contra NACE MR0175 para la presión parcial indicada. El paladio aumenta el potencial de corrosión en ácido reductor y mantiene la película pasiva intacta donde hay hidrógeno, y es el grado que una especificación de servicio agrio esperará ver en el certificado.

Fatiga, Vibración y Juntas Submarinas

Una brida en superficie ve ciclos de presión y una brida submarina ve flexión de la tubería ascendente y la línea de flujo, por lo que la verificación de fatiga se realiza en el cuello de soldadura en lugar de en el anillo. El cuello de soldadura es donde cambia la sección, y una transición brusca, un socavado en la soldadura o una marca de rectificado se convierten en el origen de la grieta. Las juntas submarinas añaden dos elementos más: protección catódica, porque una brida de titanio acoplada a una estructura de acero concentra la corriente de protección en el acero y puede fragilizar el titanio si el potencial se vuelve demasiado negativo, y aislamiento térmico, porque una brida de titanio conduce calor al agua de mar y un punto frío invita a la formación de hidratos.

Pernos, Juntas y Aislamiento Galvánico

Los pernos son de acero, no de titanio, por la misma razón que en cualquier junta de presión: un perno de titanio se agarrota y su par de apriete no es repetible. Donde una brida de titanio se encuentra con una brida de acero, una junta aislante y arandelas aislantes rompen el acoplamiento para que la brida de acero no se impulse como un ánodo por el titanio mucho más noble. La carga del perno se calcula con la junta, el par de apriete se aplica en un patrón de estrella en tres pasadas, y la cifra se registra, porque una junta que se vuelve a apretar a un valor diferente después de una fuga no será aceptada por el operador.

Pedido para Petróleo y Gas

Pedir por estándar, clase, tamaño, cara, tipo, grado y taladro, por ejemplo, 6 pulgadas Clase 900, ASME B16.5, junta anular, cuello de soldadura, Gr7 según NACE MR0175, taladro para que coincida con tubería de 168.3 por 7.11 mm, probado por UT, certificado 3.1. Añadir la presión y temperatura de diseño, el tipo de junta, si el servicio es agrio, y los límites de impacto o dureza requeridos, porque esos deciden el grado y el tratamiento térmico, y una brida que es correcta en dimensión pero incorrecta en grado no se puede arreglar en el sitio.

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