Como escolher conexões de liga para tubulações de processo de alta pressão

Uma conexão de liga para tubulações de processo de alta pressão deve atender a duas exigências distintas: deve conter a pressão em toda a faixa de temperatura de projeto, e suas superfícies molhadas devem resistir ao ambiente real do processo. Uma liga adequada não compensa um projeto de pressão inadequado, enquanto uma conexão com espessura de parede suficiente ainda pode falhar prematuramente se o material for suscetível à corrosão localizada.

Comece pelas condições de projeto e pelo código de tubulação aplicável e, em seguida, compare os materiais candidatos com o fluido, a temperatura, o método de união e os requisitos de inspeção. O diâmetro nominal do tubo e a série de espessura, por si sós, não determinam se uma conexão é adequada para um serviço específico.

Comece considerando toda a faixa de pressão e temperatura

Registre a pressão e a temperatura de projeto, bem como a faixa normal de operação. Inclua as condições de partida, parada, limpeza, operação anormal e teste de pressão. Uma conexão pode estar sujeita à condição mecânica mais exigente durante uma variação de temperatura, mesmo que a pressão máxima ocorra em outro momento.

A resistência do material geralmente varia com a temperatura. Para serviços em temperaturas elevadas, use as tensões admissíveis e as regras de projeto aplicáveis ao material selecionado segundo o código vigente. Quando a temperatura contínua torna a fluência relevante, a resistência à tração de curto prazo não é suficiente para avaliar a capacidade de suportar pressão a longo prazo.

Em baixas temperaturas, a tenacidade pode se tornar um fator limitante. A especificação deve abordar a temperatura mínima de projeto e quaisquer requisitos de ensaio de impacto aplicáveis ao material, à espessura e ao código de tubulação.

Identifique também as condições cíclicas. Variações frequentes de pressão, transientes térmicos e vibração podem gerar preocupações relacionadas à fadiga, principalmente em soldas, transições e áreas de concentração de tensões. Uma conexão que atende a um cálculo de pressão estática não está automaticamente qualificada para serviço cíclico severo.

Compatibilize a liga com a química do processo

A seleção contra corrosão exige mais detalhes do que apenas o nome do fluido. A concentração, a temperatura, o oxigênio dissolvido, os cloretos, os contaminantes e as condições de escoamento podem alterar o comportamento de uma mesma liga. Considere também as zonas estagnadas e os depósitos, além do fluxo principal: frestas sob depósitos ou em juntas podem criar condições mais agressivas do que as do líquido a granel.

Por exemplo, uma liga de níquel-molibdênio-cromo, como C-276 ou C-22, pode ser considerada quando correntes de processo contendo cloretos apresentam risco de corrosão por pites ou em frestas. A escolha entre elas ainda depende da exposição química completa, incluindo condições oxidantes e redutoras. Nenhuma das duas ligas deve ser considerada universalmente resistente a todas as misturas ácidas.

Ligas de níquel-molibdênio, como B-2 e B-3, são candidatas para determinados serviços com ácidos redutores, incluindo algumas aplicações com ácido clorídrico. Sua adequação pode mudar na presença de contaminantes oxidantes. Por outro lado, não se deve presumir que uma liga selecionada principalmente por sua resistência em altas temperaturas, como a Hastelloy X, ofereça a mesma resistência à corrosão aquosa que uma classe escolhida para serviços químicos agressivos.

O titânio pode ser uma opção atraente em alguns ambientes com cloretos e água do mar, mas não é um substituto universal das ligas de níquel. Ácidos redutores, condições de fresta e a natureza do filme de óxido protetor podem afetar sua adequação. Ligas de cobre-níquel podem ser apropriadas em determinados serviços marítimos, mas seu desempenho depende das condições de escoamento e da química da água; elas não são intercambiáveis com ligas à base de níquel resistentes à corrosão.

Quando os dados de corrosão publicados não representarem a mistura do processo, avalie os materiais candidatos em condições representativas, incluindo soldas e depósitos previstos, quando pertinente. Uma baixa taxa de corrosão geral, por si só, não descarta ataque localizado ou trincamento por corrosão sob tensão.

Determine se a conexão está qualificada para compor o limite de pressão

Identifique o tipo de conexão e o processo de fabricação: conexão para solda de topo sem costura ou soldada, conexão forjada para solda de encaixe ou roscada, ou componente de projeto especial. Cotovelos, reduções, tês e conexões de derivação podem apresentar distribuições de tensões diferentes; portanto, igualar a espessura nominal da parede à do tubo reto não é uma verificação de projeto completa.

Use o código de tubulação aplicável em conjunto com a norma pertinente ao componente ou com um método documentado de projeto de componentes. Verifique as dimensões especificadas da conexão, as tolerâncias de fabricação, o grau do material e a capacidade de pressão e temperatura. Para geometrias não padronizadas ou serviços fora da base estabelecida para um componente padrão, o projeto pode exigir cálculos ou qualificação adicionais.

Dê atenção especial à espessura mínima final da parede. A conformação, a usinagem e a preparação da solda podem reduzir a espessura local, enquanto podem ser necessárias margens para corrosão e erosão durante o serviço. A questão relevante é se o componente acabado mantém a espessura exigida em seus pontos mais críticos, e não se o material inicial tinha uma espessura nominal adequada.

As conexões roscadas merecem uma análise específica quando as consequências de vazamentos, a vibração, a corrosão ou o carregamento cíclico forem significativos. A perda local de seção na rosca e o método de vedação da junta podem tornar mais adequada outra categoria de conexão. A escolha final depende do código, da classe de pressão, das necessidades de manutenção e das condições de serviço.

Considere a junta como um todo, não apenas a conexão

O desempenho de uma conexão depende de suas soldas e do tubo adjacente. Especifique os materiais em ambos os lados de cada junta, o metal de adição e o procedimento de soldagem qualificado. Soldas entre metais diferentes exigem atenção especial, pois a diluição pode alterar a composição química do metal de solda e afetar a resistência à corrosão ou as propriedades mecânicas.

Os controles de fabricação também são importantes. A contaminação da superfície, um aporte térmico inadequado ou um tratamento térmico impróprio podem comprometer uma liga resistente à corrosão. O titânio, por exemplo, exige proteção eficaz durante a soldagem para limitar a contaminação do metal aquecido. Para ligas de níquel, o procedimento de soldagem deve considerar o grau selecionado e as propriedades exigidas da junta acabada.

Quando tubos de liga de níquel fizerem parte do mesmo sistema de processo, os tubos de liga Hastelloy incluem graus como C-276, C-22, B-2, B-3 e X. Eles oferecem um ponto de partida útil para avaliar a compatibilidade dos materiais da tubulação, mas uma especificação de tubo, por si só, não estabelece a classificação de pressão nem a qualificação de fabricação de uma conexão feita dessa liga.

Elabore uma especificação de compra que possa ser verificada

Depois de selecionar o material e o projeto da conexão, transforme a decisão em requisitos que possam ser verificados no recebimento. Apenas o nome comercial da liga não é suficiente: especifique a designação do material e a especificação do produto aplicáveis, as dimensões, a norma da conexão ou a base de projeto aprovada e o processo de fabricação.

O pacote de inspeção e documentação deve refletir as consequências de uma falha e os requisitos aplicáveis ao projeto. Dependendo da aplicação, pode incluir:

• Certificados de material que identifiquem a composição, as propriedades mecânicas, o tratamento térmico e a rastreabilidade.
• Inspeção dimensional, incluindo a espessura mínima da parede em pontos críticos.
• Identificação positiva do material para reduzir o risco de troca de graus.
• Ensaios não destrutivos exigidos para soldas ou componentes acabados.
• Testes de pressão, quando exigidos pelo código aplicável ou pela especificação do projeto.
• Registros dos procedimentos de soldagem, dos soldadores e de quaisquer ensaios de corrosão exigidos.

Antes de fazer o pedido, compatibilize a folha de dados com o projeto da tubulação: forneça a faixa de pressão e temperatura, a composição do fluido, a margem para corrosão, os detalhes das conexões, os requisitos de inspeção e os ciclos de operação previstos. Isso fornece ao fabricante uma base para fornecer uma conexão cujo material, geometria e documentação sejam adequados ao serviço pretendido.