Oceaneering recibió el encargo de desarrollar una estrategia de gestión de la integridad adecuada para un activo marítimo envejecido en el Mar del Norte. El alcance del trabajo se centró en los conectores de tuberías de alta presión de la configuración del árbol de Navidad en las cabezas de pozo del activo.
Este trabajo incluyó el desarrollo de una estrategia para identificar los conectores de abrazaderas de tuberías con sospecha de pérdida de metal, la cuantificación in situ de la pérdida de metal y el desarrollo de criterios de aceptación. Aunque todos los sistemas afectados se diseñaron para funcionar a la misma presión máxima, los sistemas individuales podían estar sujetos a diferentes niveles de tensión en las tuberías y cargas estructurales, por lo que los criterios de aceptación desarrollados debían ser de naturaleza genérica para evitar la evaluación detallada de cada abrazadera afectada individualmente.
Aunque el uso de conexiones con abrazaderas en lugar de las conexiones con bridas convencionales ofrece muchas ventajas, no se suele prestar mucha atención a su integridad.
La degradación susceptible suele limitarse a la corrosión atmosférica, y la gestión de la integridad consiste normalmente en una inspección visual, un mantenimiento periódico de la estructura y una sustitución basada en una evaluación subjetiva, sin ninguna orientación discernible ni criterios de aceptación bien definidos.
La retirada de una conexión de abrazadera durante el mantenimiento rutinario de un activo envejecido reveló una pérdida significativa de metal en la superficie cilíndrica interior de la abrazadera, a pesar de que la superficie exterior de la abrazadera parecía estar en buen estado. La inspección visual de la abrazadera corroída descubrió ranuras de alivio obstruidas, lo que impedía el libre drenaje de la humedad de la superficie cilíndrica interior sin recubrimiento de la abrazadera. La inspección de una muestra de abrazaderas similares reveló la obstrucción de los orificios de alivio y la instalación en ángulo, lo que impedía el drenaje en un gran número de abrazaderas en aplicaciones críticas de alta presión.
Siguiendo los procedimientos de diseño del código y el análisis de tensiones bidimensional lineal-elástico por elementos finitos, se calculó la fuerza axial y los momentos flectores máximos admisibles para la configuración de la abrazadera a la presión máxima de diseño.
Posteriormente, se aplicaron la fuerza axial, los momentos flectores y la presión máximos admisibles a un modelo tridimensional de análisis de tensiones elasto-plásticas, al tiempo que se aumentaba gradualmente la pérdida de metal, con el fin de determinar los límites de pérdida de metal admisibles, manteniendo al mismo tiempo la deformación plástica localizada asociada en niveles aceptables según la normativa.
Después de determinar la pérdida máxima de metal permitida para las condiciones de diseño más desfavorables, se realizó un análisis de sensibilidad para determinar la tolerancia a una mayor pérdida de metal en caso de reducción de los niveles de tensión de las tuberías y de las cargas estructurales. Se elaboró una tabla con la pérdida máxima de metal permitida y el nivel correspondiente de carga estructural máxima permitida, expresada como fuerza de peso o “carga suspendida”, para facilitar la consulta y la evaluación rápida de la integridad del estado de las abrazaderas sin necesidad de realizar cálculos adicionales.
Se probaron diversas técnicas de medición ultrasónica del espesor en la abrazadera corroída fuera de servicio para verificar la eficacia de la detección y la precisión en la cuantificación de la pérdida de metal. Se identificó una técnica de inspección adecuada para el cribado masivo y la detección de abrazaderas con pérdida de metal, junto con una técnica más especializada para la cuantificación precisa de la pérdida de metal en abrazaderas individuales. Se desarrollaron procedimientos de inspección adecuados y específicos para cada aplicación para las técnicas de inspección seleccionadas.
Al inicio del proyecto, se identificaron los posibles retos. Por ejemplo, el equipo sabía que varias abrazaderas podían estar expuestas a diferentes niveles de tensión en las tuberías, como en el caso de una cabeza de pozo a la que se le habían conectado tuberías adicionales, lo que añadía una tensión adicional a una abrazadera que no tenía una configuración similar.
Una de las dificultades para el equipo fue desarrollar criterios genéricos que fueran independientes de la tensión de las tuberías. Lo logramos analizando los datos de los niveles de tensión de las tuberías en el ‘peor de los casos’ y elaborando una tabla de criterios de aceptación que se corresponde con niveles específicos de tensión de las tuberías.
Otro reto sería cómo medir la pérdida de metal en el interior de la abrazadera debido a las difíciles configuraciones de las mismas. Algunas abrazaderas tenían un acabado superficial con letras en relieve y esquinas redondeadas. El equipo realizó mediciones ultrasónicas de prueba a través del cuerpo de la abrazadera utilizando diversas técnicas de ensayos no destructivos (END) y verificaciones. Esto permitió al equipo identificar técnicas de END para una selección rápida y medir con precisión la cantidad de pérdida de metal para determinar la aceptabilidad de la abrazadera.
Los resultados del estudio de ingeniería permiten al cliente aplicar una estrategia de detección rápida de todas las abrazaderas sospechosas utilizando el equipo central de inspección de a bordo. Las abrazaderas afectadas que se puedan aislar se pueden identificar para su sustitución urgente o para una cuantificación adicional de la pérdida de metal.
Posteriormente, se puede movilizar un equipo de inspección especializado para cuantificar la pérdida de metal en las abrazaderas identificadas que siguen en servicio. Los valores mínimos de espesor medidos se pueden comparar con los criterios de aceptación para las condiciones de carga ‘más desfavorables’. Las abrazaderas con un nivel de espesor inaceptable se pueden examinar más a fondo teniendo en cuenta la carga externa y la tensión de la tubería, utilizando los criterios de aceptación desarrollados basados en niveles reducidos de fuerza axial.
Nuestro grupo de Gestión de Integridad y Soluciones Digitales aprovechó la amplia experiencia de Oceaneering en evaluación de integridad y pruebas no destructivas para proporcionar a nuestro cliente una solución que le permitiera evaluar rápidamente la integridad y cuantificar el riesgo asociado a una amenaza para la integridad hasta entonces desconocida que afectaba a un gran número de componentes críticos.
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