Válvulas de compuerta API 602Casquete atornillado, vástago ascendente, soldadura por encastre con espigas de 100 mm de longitud soldadas en ambos extremos, PWHT.
¿Has oído hablar de PWHT? ¿Qué es PWHT?
Visión general del tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT)
La soldadura es una parte esencial del funcionamiento y el mantenimiento de los activos en las industrias petroleras (upstream, midstream, downstream) y de procesamiento químico. Aunque tiene muchas aplicaciones útiles, el proceso de soldadura puede debilitar inadvertidamente el equipo al impartir tensiones residuales en un material, lo que conduce a la reducción de las propiedades del material.
Para garantizar que la resistencia del material de una pieza se mantiene después de la soldadura, se realiza regularmente un proceso conocido como tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT). El PWHT puede utilizarse para reducir las tensiones residuales, como método de control de la dureza o incluso para aumentar la resistencia del material.
Si la PWHT se realiza de forma incorrecta, o se descuida por completo, las tensiones residuales pueden combinarse con las tensiones de carga para superar las limitaciones de diseño de un material. Esto puede provocar fallos de soldadura, un mayor potencial de agrietamiento y una mayor susceptibilidad a la fractura frágil.
La PWHT abarca muchos tipos diferentes de tratamientos potenciales:
Dos de los tipos más comunes son el postcalentamiento y el alivio del estrés:
Post Calefacción:
El agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC) suele producirse cuando altos niveles de hidrógeno ambiental penetran en un material durante la soldadura. Calentando el material después de la soldadura, es posible difundir el hidrógeno de la zona soldada, evitando así el HIC. Este proceso se conoce como postcalentamiento y debe iniciarse inmediatamente después de finalizar la soldadura. En lugar de dejar que se enfríe, el material debe calentarse a una temperatura determinada en función del tipo y el grosor del material. Debe mantenerse a esta temperatura durante varias horas en función del grosor del material.
Alivia el estrés:
Una vez finalizado, el proceso de soldadura puede dejar un gran número de tensiones residuales en un material, lo que puede aumentar el potencial de corrosión bajo tensión y de agrietamiento inducido por hidrógeno. La PWHT puede utilizarse para liberar estas tensiones residuales y reducir este potencial. Este proceso consiste en calentar el material a una temperatura específica y enfriarlo gradualmente.
La conveniencia o no de someter un material a PWHT depende de varios factores, como su sistema de aleación o si ha sido sometido a tratamiento térmico anteriormente. Algunos materiales pueden resultar dañados por el PWHT, mientras que otros casi siempre lo requieren.
En general, cuanto mayor es el contenido de carbono de un material, más probable es que necesite PWHT después de realizar las actividades de soldadura. Del mismo modo, cuanto mayor sea el contenido de aleación y el espesor de la sección transversal, mayor será la probabilidad de que el material necesite PWHT.
¿Cuándo se requiere PWHT para el acero al carbono?
El tratamiento térmico posterior a la soldadura o PWHT del acero al carbono debe realizarse después de cada soldadura para garantizar que se mantiene la resistencia del material de la pieza. Los criterios exactos para el PWHT del acero al carbono se mencionan en el código ASME BPVC. El PWHT garantiza la reducción de las tensiones residuales, el control de la dureza del material y la mejora de la resistencia mecánica.
Ventajas del tratamiento térmico posterior a la soldadura | Finalidad del PWHT
Si la PWHT se descuida o se realiza incorrectamente, las tensiones residuales pueden combinarse con las tensiones de carga de servicio. El valor puede exceder las limitaciones de diseño de un material, provocando fallos de soldadura, un mayor potencial de agrietamiento y una mayor susceptibilidad a la fractura frágil. A continuación se enumeran otras ventajas de la PWHT:
- Estructura metalúrgica mejorada
- Mejora de la ductilidad del material
- Menor riesgo de fractura frágil al aumentar la ductilidad
- Tensión térmica relajada debida a la redistribución de las tensiones residuales.
- Metal templado
- Eliminación del hidrógeno difusible, lo que ayuda a prevenir el agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC).
Método y equipo PWHT
El tratamiento térmico local posterior a la soldadura de las uniones soldadas de los tubos se realizará por el método de resistencia eléctrica una vez finalizadas todas las operaciones de soldadura o reparación.
- El calentador de resistencia está eléctrica y térmicamente autoaislado y se construye a medida para cada tubería individual.
- Las tensiones aplicadas a través de las bobinas son de 220 o 380 voltios CA, en función de los requisitos de potencia.
- El panel de control de potencia del tratamiento térmico posterior a la soldadura se compone de:
- Un indicador y registrador de controlador de temperatura de tipo digital.
- Dispositivo potenciómetro que controla el porcentaje de potencia de entrada a las bobinas.
- Un interruptor de encendido y apagado de las luces indicadoras, de entrada, y terminales de salida para la alimentación y la conexión del termopar.
- Contactores de potencia eléctrica de la clasificación adecuada.
- Cada panel alimentará una única estación de calefacción y, por lo tanto, para cada operación de calefacción se necesitará un panel. Las velocidades de calefacción y refrigeración se ajustan mediante la selección manual del porcentaje de potencia de entrada por medio de potenciómetros.
Requisitos para el tratamiento térmico posterior a la soldadura o PWHT
Antes de solicitar los requisitos detallados de PWHT y la exención de estos apartados, se realizarán calificaciones satisfactorias del procedimiento de soldadura de la especificación de los procedimientos de soldadura que se utilizarán de acuerdo con todas las variables esenciales de la SECCIÓN IX de ASME, incluidas las condiciones del tratamiento térmico posterior a la soldadura y otras restricciones que se enumeran a continuación.
Al realizar el tratamiento térmico local postsoldadura, la técnica de aplicación del calor debe garantizar la obtención de una temperatura uniforme en todos los puntos de la porción que se está tratando térmicamente. Se velará por que la anchura de la banda calentada a ambos lados del borde de la soldadura no sea inferior a cuatro (4) veces el espesor del tubo o 2″, de ambos el mayor.
Durante todo el ciclo de tratamiento térmico posterior a la soldadura, la parte situada fuera de la banda calentada se envolverá convenientemente con aislamiento para evitar cualquier gradiente de temperatura perjudicial en la superficie expuesta del tubo. Para ello, la temperatura en la superficie expuesta del tubo no debe superar los 400°c.
Las válvulas, instrumentos y otros elementos especiales con extremos de soldadura deberán protegerse, debido al riesgo de daños durante el tratamiento térmico posterior a la soldadura.
No se realizará ninguna soldadura después de la PWHT.
Se utilizarán registradores automáticos de temperatura debidamente calibrados. La tabla de calibración de cada registrador se presentará al propietario antes de iniciar las operaciones de tratamiento térmico y se obtendrá su aprobación. El equipo de registro se calibrará al menos una vez cada 12 meses. Asimismo, el equipo de instrumentos (potenciómetro) que se utilice para la calibración de los registradores deberá estar respaldado por un certificado relacionado.
Preparación y fijación del termopar para PWHT
Una vez realizada la inspección visual y eliminados los defectos superficiales y las soldaduras por puntos temporales (si las hubiera), se fijará un número adecuado de termopares (en función del diámetro de los tubos) a la tubería directamente y a intervalos iguales a lo largo de la periferia de la junta del tubo. El número mínimo de termopares fijados por junta será de 1 para diámetros de hasta 3″, 2 para diámetros de hasta 6″ y 3 para diámetros de hasta 10″y 4 para diámetros de hasta 12″ y superiores. Sin embargo, el número mínimo requerido de termopares que deben fijarse puede aumentarse si se considera necesario.
Los termopares se colocarán en la junta y en contacto firme con la tubería lo más cerca posible de la zona de soldadura. Los termopares deberán soldarse por puntos directamente a la junta o banda calefactora de forma conjunta siempre que tengan una cola del mismo material y se utilice un alambre o electrodo de relleno homologado de diámetro no superior a 2,5 mm para la soldadura por puntos.
Para evitar lecturas incorrectas de la temperatura debidas a la radiación directa sobre los termopares, éstos se protegerán con un revestimiento de fibra cerámica o cualquier otro material aislante adecuado.
Las resistencias calefactoras se colocarán sobre los termopares acoplados a lo largo de toda la banda calefactora y se aislarán como se muestra en la Fig. 1.
Los materiales aislantes serán lana mineral/lana de vidrio que puedan superar la temperatura empleada. El espesor mínimo del aislamiento será de 50 mm. Para mantener el material aislante en posición, se envolverá y atará una malla metálica o se atará por otros medios adecuados.
Temperatura PWHT, registro de tiempo
La temperatura y el tiempo del tratamiento térmico posterior a la soldadura y sus velocidades de calentamiento y enfriamiento se registrarán automáticamente y presentarán la temperatura real de la zona soldada. Cada termopar se conectará al instrumento de control y registro para cada unión tratada.
Calentamiento, mantenimiento y enfriamiento en PWHT
Se registrará la temperatura de calentamiento por encima de 300°c y la velocidad de calentamiento y enfriamiento no será superior a la especificada en la EPS y las normas correspondientes, pero en ningún caso superior a 200°c/h, y la diferencia entre las temperaturas medidas por varios termopares estará dentro del intervalo especificado.
La temperatura de la media de tratamiento térmico y el tiempo de mantenimiento serán los especificados en las especificaciones del procedimiento de soldadura correspondiente. Para facilitar la consulta, en la siguiente tabla se indican los valores correspondientes a los distintos tipos de acero.
El enfriamiento hasta 300°C será controlado. Por debajo de esa temperatura, el enfriamiento hasta la temperatura ambiente tendrá lugar sin control bajo el revestimiento aislante.
Algunas notas importantes relacionadas con la PWHT
La operación de PWHT deberá ser realizada únicamente por personal capacitado con experiencia similar y aprobado por el propietario.
Durante el PWHT, las juntas se protegerán de la lluvia y el viento mediante una cubierta adecuada y un parabrisas.
Se realizarán ensayos de dureza después del PWHT para determinar si el tratamiento térmico se ha realizado eficazmente. Normalmente, para el acero al carbono, la dureza Brinnel máxima es de 200 HB.
Precauciones de seguridad durante la PWHT
Se tomarán las siguientes precauciones de seguridad durante la PWHT:
Los equipos y paneles deberán estar debidamente conectados a tierra.
Los técnicos electricistas trabajarán con ropa de seguridad adecuada, como guantes de goma, zapatos, etc.
Sólo trabajará un electricista certificado.
Las uniones bajo PWHT estarán bien acordonadas con cinta roja/luz roja e indicación de peligro para evitar que personas desconocidas entren en contacto con conexiones eléctricas de alta tensión.
Se realizará una plataforma adecuada para las juntas in situ para evitar la caída de una persona.
Basándose en lo anterior, PWHT es la proceso crítico necesario para el material soldado, al que se debe prestar suficiente atención durante la producción.
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