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Departamento de Soldadura Programa de Capacitación Aspectos de la Soldadura en Refinerías y Plantas Petroquímicas Parte I - Uniones Bridadas Parte II – Caños Tubos y Accesorios

Aspectos de la Soldadura en Refinerías y Plantas Petroquímicas

AUTOR / EXPOSITOR: Jorge Luciano Domínguez - TEI&C Welding & Materials Department - Petrochemical Plants Leader

TEMA: Aspectos de la Soldadura para caños bridas y accesorios en Refinerías y Plantas Petroquímicas. ABSTRACT: Toda ingeniería aplicada a Refinarías y Plantas Petroquímicas viene asociada a métodos de unión de componentes estáticos, aquí la soldadura juega un rol fundamental, así como también las definiciones del entorno mecánico, los fluidos que se procesan y las propiedades de los componentes metálicos a unir. La charla abarca aspectos de soldadura, definiciones, aplicaciones, normativas, ventajas y desventajas de componentes soldados para equipos estáticos, relacionándolas con los servicios para lo cual se diseñan. 2

Aspectos de la Soldadura en Refinerías y Plantas Petroquímicas

Parte I - Uniones Bridadas Se las utiliza para vincular equipos, vá válvulas y lí líneas entre si, tienen la ventaja de ser desmontables a travé través de sus espá espárragos y tuercas removibles. Existen diversos Está Estándares ASME; British Standard o BS; JIS, AWWA etc:

Se las define por un Standard, un tipo, un diá diámetro nominal, un rango de presió presión y temperatura de diseñ diseño, un SCH (excepto para Lap Joint y SO) un tipo de asiento de junta, junta, un material y un tipo de extremo para soldar. En el sistema ASME las dimensiones se definen por Rangos de Presi Presión y Temperatura llamados Series asignados a grupos de materiales. (Ej : Series 150 -300 – 400 – 600 – 900 - 1500 ) (Ej : Material Group 1.1 & 1.2) Se pueden distinguir segú según sean sus extremos para soldar a tope, o a filete en : 3

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Materiales Forjados para Uniones Bridadas

En el sistema ASME/ASTM las especificaciones mas usadas pueden ser ser :

NOTA: Recordar siempre que, si se especifican materiales por ASME, la designación agrega una “S” adelante por ejemplo: ASTM A105 = ASME SA105

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Series o Rangos de Presión y Temperatura

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B16.5 y B16.47 WELDING NECK FLANGES BRIDAS CON CUELLO PARA SOLDAR BRIDAS B16.5 Ø de ½” a 24” BRIDAS B16.47 Patrón de agujereado Clase A Ø mayores de 26”(antes MSS SP-44) BRIDAS B16.47 Patrón de agujereado Clase B Ø mayores de 26” (antes API 605)

En la mayoría de los casos aplica soldadura a Tope con penetración total sin respaldo No es independiente del espesor o SCH del caño.

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B16.5 WELDING NECK FLANGES BRIDAS CON CUELLO PARA SOLDAR -Su robustez le confiere la mejor resistencia a la deformación por sobrecarga. Principalmente sobre el ala o dishing. -Son ideales para servicios con fluctuaciones extremas de temperatura y presión -El tipo de unión a tope es mandatario para servicio letal de ASME. -Permiten 100% de RX -Generalmente requiere procedimientos y soldadores calificados para penetración total de raíz sin respaldo. -Se deben especificar con el mismo Schedule del caño. 7

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B16.5 SLIP-ON FLANGES BRIDAS DESLIZANTES CON CUBO PARA SOLDAR Dos soldaduras a filete Es independiente del espesor o SCH del caño

Poor fit up during Welding

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B16.5 SLIP-ON FLANGES BRIDAS DESLIZANTES CON CUBO PARA SOLDAR -Son más simples -No necesitan presentación y se pierde menos tiempo, facilitando precisión al cortar el caño. -Más fáciles de alinear -Menor costo de instalación -Al tener dos soldaduras a filete si una de ellas falla se sigue asegurando la hermeticidad. -Requieren menor calificación de los soldadores. (pudiendo esto jugar en contra si hay poor fit up) -Menor robustez. -Presentan ciertas dificultades cuando hay exigencias de NDT. 9

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B16.5 SOCKET WELD FLANGES BRIDAS PARA SOLDAR A ENCHUFE

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B16.5 SOCKET WELD FLANGES BRIDAS PARA SOLDAR A ENCHUFE - Son ideales para diámetros pequeños y se usan para altas presiones. - Se deben especifican con el mismo SCH del caño. - No crean escalones o sobremontas de soldadura internas que afecten el régimen dinámico del fluido. - Requieren menor calificación de los soldadores. - Presentan ciertas dificultades cuando hay exigencias de NDT. - No recomendadas para servicios donde pueda presentarse Crevice Corrosion

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B16.5 LAP JOINT FLANGE (Vanstone Flared Laps) BRIDA LAPEADA o JUNTA CON SOLAPA

Rayado para asiento de junta

BRIDA B16.5

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B16.9

CAÑO B36.10

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B16.5 LAP JOINT FLANGE (Vanstone Flared Laps) BRIDA LAPEADA o JUNTA CON SOLAPA - Permiten giro libre sobre su eje, facilitando el ajuste. - Son necesarias cuando hay que ajustar ejes verticales. - No están en contacto con el fluido interior, lo que les da gran durabilidad. - En servicio erosivo o corrosivo se las puede recuperar para rehusar. - No son recomendadas para altas presiones. - Son independientes del SCH del caño, pero se deben proveer con su correspondiente Stub End que si debe ser del mismo SCH que el caño. - Permiten 100% de RX a la soldadura. - Generalmente requieren procedimientos y soldadores calificados para penetración total de raíz sin respaldo. 13

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CASO DE BRIDA ESPECIFICADA COMO LAP JOINT FLANGE (No es B16.5)

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B16.28 Bridas Orificio (Orifice Flange)

Pueden ser Welding Neck o Slip on

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B16.28 Bridas Orificio (Orifice Flange) -Tienen norma propia ASME B16.28 - Confinan en el cierre a un disco calibrado. - Se las usa para medir velocidades de flujo en forma barata y eficiente. -Se las aplica con propósitos intensivos, son similares a las “welding neck” y a las “slip on” pero con maquinado extra para evitar alteraciones en el régimen del fluido y para ajustar el conducto hacia los manómetros que miden el •p. -Suelen ser provistas como kit con disco incluido por lo que

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OTROS TIPOS DE BRIDA – NO INVOLUCRAN A LA SOLDADURA EN LA UNIÓN

B16.5 Roscada (Threaded Flange)

B16.5 Brida Ciega (Blind Flange)

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OTROS TIPOS DE BRIDA – NO INVOLUCRAN A LA SOLDADURA EN LA UNIÓN B16.5 Roscada (Threaded Flange) - Se usan allí donde la soldadura es impracticable por problemas de seguridad tales como zonas altamente explosivas o materiales con necesidad de PWHT. - También para hacer economía de recursos y tiempo donde los requerimientos lo permiten. - Aunque se las puede aplicar en servicios de muy alta presión, son solo aplicables para diámetros pequeños de cañería. - No recomendables para servicios cíclicos. 18

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OTROS TIPOS DE BRIDA – NO INVOLUCRAN A LA SOLDADURA EN LA UNIÓN B16.5 Brida Ciega (Blind Flange) -También conocidas como tapas ciegas. -Se las utiliza para bocas de inspección removibles, pasa hombres, en extremos de línea o conexiones de equipos proyectados para futuras ampliaciones.

En tapas de grandes dimensiones se las suelda a pescantes para facilitar su movimiento una vez retirados los bulones de unión.

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BRIDA PASA HOMBRE – INVOLUCRA SOLDADURA PESCANTE

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NON STANDARD FLANGES BRIDAS NO STANDARD

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OTROS TIPOS DE BRIDA NO STANDARD

Long Welding Neck

Long Welding Neck with Bevels o Flanged Olet

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TIPOS DE ASIENTO DE JUNTA EN BRIDAS

Raised Face Ring Joint Face

Male – Female Face Flat Face

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Groove & Tongue Face

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Abreviaturas usadas para extremos

Abreviaturas usadas para Caras de Asiento

WN – Welding Neck (Cuello para Soldar) SO – Slip On (Deslizante) SW – Socket Weld (Enchufe) LP – Lap joint( Lapeada) LWN – Long Welding Neck (Cuello largo p/Sold)

RF – Raised Face (Cara con Resalto) RJ & RTJ – Ring Joint (Anillo) FF – Flat Face (Cara Plana) MF – Male Famale (Macho – Hembra) TG – Tongue and Groove (De Ranura)

Combinaciones más comunes WNRF – Welding Neck Raised Face (Cuello para Soldar – Cara con Resalto) SORF – Slip On (Deslizante – Cara con Resalto) SWRF – Socket Weld (Enchufe – Cara con Resalto) WNRJ – Welding Neck Ring Joint (Cuello para Soldar – Cara con Anillo) SOFF – Slip On Flat Face (Deslizante – Cara Plana)

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Aspectos de la Soldadura en Refinerías y Plantas Petroquímicas Especificaciones de bridas ASME B16.5 (hasta 24 pulgadas de diámetro nominal) 1-Tipo de brida (Ej.: WN – SO – SW – LAP) 2-Tipo de caras o asientos ((Ej: RF ó RTJ) 3-Material (Ej: ASME SA 105) 4-Diametro nominal (Ej: NPS 6” ó NPS 8”) NPS = Nominal Pipe Size 5-Clase ó Serie (Ej: 150- 300-900) 6-SCH (Ej: STD – 40 – 120) el SCH no si aplica en bridas SO y LAP EJEMPLOS: WNRF SA105 NPS 8” S300 SCH 40 SWRJ SA182 Gr F316 NPS 4” S900 SCH 40s SORF SA105 NPS 24” S150

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Especificaciones de bridas ASME B16.47 (de 24 a 60 pulgadas de diámetro nominal) 1-Tipo de brida (Solo WN ) 2-Tipo de caras o asientos ((Ej: RF ó RTJ) 3-Patrón de agujereado Clase A (antes MSS SP-44) - Clase B (antes API 605) 4-Material (Ej: ASME SA 105) 5-Diametro nominal (Ej: NPS 28” ó NPS 60”) 6-Clase ó Serie (Ej: 150 - 300) 7-SCH (Ej: STD – 40) EJEMPLOS: WNRF SA105 NPS 28” S300 Clase A SCH 40

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Parte II – Caños, Tubos y Accesorios Se los utiliza para conducir fluidos, generalmente se unen de manera manera que no se pueden desmontar. Existen diversos Está Estándares y definiciones.

Caños y Tubos (Pipes & Tubes) Tubo es la definición amplia: “Toda pieza hueca de sección circular o no, que generalmente tiene los extremos abiertos, aplicables tanto a uso estructural como a conducción de fluidos. Caño es una palabra que proviene de caña, dá idea de sección circular hueca. En el idioma caño y tubo pueden ser usados como sinónimos. En equipos estáticos de refinerías y plantas petroquímicas se los usa principalmente por su función de conducción. Aquí caños y tubos NO SON Sinónimos. 27

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Tubo está definido por: Diámetro Exterior (Outside Diameter OD) Espesor de pared (Tickness Tk. Birmingham Wire Gage o BWG) Fabricado con o sin costura Tolerancias según ASTM A450 Normalmente se los usa cuando deben in mandrilados contra una placa, sus tolerancias son mas ajustadas y no permiten desvíos + en el OD. Uso en intercambiadores de calor, domos de calderas, etc. Caño está definido por: Diámetro Nominal (Nominal Pipe Size NPS) Espesor de pared con Schedule (ASME B36.10 y ASME B36.19) Fabricado con o sin costura Tolerancias según ASTM A530 Se los especifica cuando no importa el OD, sus tolerancias en OD pueden ser +/-. Por ejemplo serpentines de horno con codos soldados. 29

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Caños y Tubos con costura Existen costuras longitudinales y helicoidales Los procesos de soldadura pueden ser con y sin aporte. Como proceso de soldadura sin aporte se usa mucho ERW (electric resistance welded) seguido de trafilació trafilación sobre mandril DOM (drawn over mandrel).

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Tubos Curvados para equipos de intercambio

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Tubos rectos para equipos de intercambio

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Tubos aletados para extender el area de intercambio

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Tubos aletados para extender el area de intercambio en aeroenfriadores

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Tubos unidos a placa por mandrilado en equipos de intercambio

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Tubos con soldadura Resistente o de Resistencia (Strength Welds) NOTA: No confundir con ERW Electro Resistance Welding usado en costuras costuras longitudinales de tubos.

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Tubos mandrilados y con soldadura de Sello

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Tubos mandrilados y con soldadura de sello en equipos de intercambio

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Tubos mandrilados con soldadura orbital de sello

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Tubos Especificación de Materiales mas usadas

NOTA: Recordar siempre que, si se especifican materiales por ASME, la designación agrega una “S” adelante por ejemplo: ASTM A179 = ASME SA179

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Caños Se los usa mucho en plantas de proceso, pueden ser con o sin costura, y con extremos planos roscados o biselados.

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Caños Especificación de Materiales mas usadas

NOTA: Recordar siempre que, si se especifican materiales por ASME, la designación agrega una “S” adelante por ejemplo: ASTM A106 Grado B = ASME SA106 Grado B

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ASME B16.11 ACCESORIOS FORJADOS CON EXTREMOS PARA SOLDAR Y ROSCADOS ASME B16.11 Forged Fittings, Socket-Welding and Threaded Si bien el alcance de la norma abarca de 1/8” a 4” la masividad de los accesorios de diámetro 4” los hace poco comunes. Tienen la ventaja de poder ser soldados a filete. Codo 90°

Cruz

Te “T”

Codo 45°

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Cupla

Media Cupla

Tapa

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ASME B16.11 ACCESORIOS FORJADOS CON EXTREMOS PARA SOLDAR Y ROSCADOS ASME B16.11 Forged Fittings, Socket-Welding and Threaded

Tapón cabeza cuadrada

Tapón cabeza hexagonal

Tapón cabeza redonda

Buje cabeza hexagonal 44

Buje plano Tapa

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ACCESORIOS FORJADOS DERIVACIÓN (OUTLET)

- En general son refuerzos integrales para derivación sin un Standard dimensional y su designación suele cambiar según marcas comerciales y registradas. - Permiten la simplificación de esquemas de junta cuando el diseño requiere refuerzo. - En muchos casos la geometría y dirección de la macro estructura metalúrgica (o fibra) acompañan y distribuyen mejor las tensiones. 45

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ACCESORIOS FORJADOS TIPO ELBOWLET

Son derivaciones para conectar a codos (Elbows) No tienen un Standard dimensional y su designación suele cambiar según marcas comerciales. Existen con un extremo para soldar a tope BW, filete SW y roscados.

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ACCESORIOS FORJADOS TIPO LATROLET

Son para conectar derivaciones a ramas laterales. (Lateral Branch Welding Outlet o Lateral Outlet). No tienen un Standard dimensional y su designación suele cambiar según las marcas comerciales. Existen con un extremo para soldar a tope BW, filete SW y roscados.

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ACCESORIOS FORJADOS TIPO NIPOLET

Son para conectar Niples como Derivaciones (Niple Outlet). No tienen un Standard dimensional y su designación suele cambiar según marcas comerciales. Existen con un extremo para soldar a tope BW, filete SW y roscados. 48

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OTROS ACCESORIOS FORJADOS NO STANDARD

Studding Outlet

Flanged Olet

45 deg Vesselet

Nozzelet

Vesselet

Bosset

Safety Vesselet 49

Bottlet

Studdet

Swage Niple

Expanded Olet

Therma-Olet

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ACCESORIOS FORJADOS SWEEP (Extendidos)

Sweepolet (Sweep Outlet) Sin STD

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ACCESORIOS FORJADOS OUTLETS SP-97 Manufacturers Standardization Society (MSS) tiene publicada la norma MSS SP-97, donde, para un amplio rango de relaciones de diámetros y para serie 3000 & 6000, se definen básicamente tres tipos : MSS SP-97- Integrally Reinforced Forged Branch Outlet Fittings - Socket Welding, Threaded and Buttwelding Ends

Refuerzo derivación integral para soldar a enchufe o Sockolet (Socket Weld Outlet) SP 97

Refuerzo derivación integral para soldar a tope o Weldolet (Butt Weld Outlet) SP 97 51

Refuerzo derivación integral para roscar o Threadolet (Threaded Outlet) SP 97

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ACCESORIOS FORJADOS OUTLETS SP-97 MSS SP-97- Integrally Reinforced Forged Branch Outlet Fittings - Socket Welding, Threaded and Buttwelding Ends

Weldolet (Butt Weld Outlet)

Sockolet (Socket Weld Outlet)

SP 97

SP 97

Threadolet (Threaded Outlet) SP 97 52

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Accesorios Forjados - Materiales mas usados

NOTA: Recordar siempre que, si se especifican materiales por ASME, la designación agrega una “S” adelante por ejemplo: ASTM A181 Grado F11 = ASME SA181 Grado F11 53

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ASME B16.9 ACCESORIOS CONFORMADOS CON EXTREMOS PARA SOLDAR A TOPE ASME B16.9 Factory-Made Wrought Buttwelding Fittings Si bien el alcance de la norma abarca de ½” a 24” la soldadura a tope requiere calificaciones de soldador mas estrictas, por lo que es poco usado en diámetros muy chicos.

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ASME B16.9 ACCESORIOS CONFORMADOS CON EXTREMOS PARA SOLDAR A TOPE ASME B16.9 Factory-Made Wrought Buttwelding Fittings

Codos Radio Largo 90° y 45°

Tolerancias dimensionales

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ASME B16.9 ACCESORIOS CONFORMADOS CON EXTREMOS PARA SOLDAR A TOPE ASME B16.9 Factory-Made Wrought Buttwelding Fittings

Codo reducción 90 ° Radio Largo Curva 180 ° Radio Largo

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ASME B16.9 ACCESORIOS CONFORMADOS CON EXTREMOS PARA SOLDAR A TOPE ASME B16.9 Factory-Made Wrought Buttwelding Fittings

Codo 90 ° Radio Corto - ex B16.28 Curva 180 ° Radio corto - ex B16.28

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ASME B16.9 ACCESORIOS CONFORMADOS CON EXTREMOS PARA SOLDAR A TOPE ASME B16.9 Factory-Made Wrought Buttwelding Fittings

“T” recta y Cruz

“T” reducción y Cruz reducción 58

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ASME B16.9 ACCESORIOS CONFORMADOS CON EXTREMOS PARA SOLDAR A TOPE ASME B16.9 Factory-Made Wrought Buttwelding Fittings

Tapa o casquillo

Collarín o manguito con solapa para brida Lap Joint

Reducción concéntrica y excéntrica 59

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ACCESORIOS CONFORMADOS Especificaciones de materiales mas usadas

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FIN Parte I y II Junio 2008 61