Pruebas hidráulicas a sistemas de tuberías

INTRODUCCIÓN

Debido a la creciente demanda de servicios en la Gerencia de Mantenimiento Integral, referente a la supervisión e implantación de métodos de pruebas de fuga surge la necesidad de impartir un taller de Pruebas Hidrostáticas a Sistemas de Tuberías con el objeto de actualizar técnicamente y dar soluciones en campo en una forma precisa y concisa a la problemática presentada.

IMPORTANCIA DE LASPRUEBASHIDROSTÁTICAS

Confirmar la integridad estructural y hermeticidad de los equipos y sistemas de tuberías que manejan hidrocarburos líquidos y gaseosos, y sustancias peligrosas, en instalaciones terrestres e instalaciones marinas incluyendo sus servicios auxiliares, con la finalidad de garantizar la confiabilidad de la instalación durante su operación normal.

NORMATIVIDAD

• ASME B31.3“Process Piping”.
• ASTM E 1003 – 95Standard Test Method for Hydrostatic Leak Testing.
• ASTM E 1316 – 05Standard Terminology for Nondestructive Testing.
• NRF-150-PEMEX-2005 Rev. 0 – Pruebas Hidrostáticas de Tuberías y Equipos.
• NRF-035-PEMEX-2005 – Sistemas de Tuberías en plantas Industriales- Instalación y Pruebas.
• ISO 15156-2001 “Petroleum and natural gas industries”.
• ANSI/ASME B16.48 “Steel line blanks”.
• MSS SP-61._ Hydrostatic Testing of Steel Valves “Pruebas Hidrostáticas de válvulas de acero).Abarca las válvulas de compuerta de cuña y de retención. API 598- “Valve Inspection and Test”(inspección y pruebas de válvulas)
• NOM-001-SEMARNAT-1996(1)“Límites máximos permisibles de contaminantes en las descargas residuales aguas y bienes nacionales”. NOM-001-STPS-1993Relativas a las condiciones de seguridad e higiene en los edificios, locales, instalaciones y áreas de los centros de trabajo.
• NOM-002-STPS-1993 Relativas a las condiciones de seguridad para la prevención y protección contra incendios en los centros de trabajo.
• NOM-005-STPS-1993 Relativas a las condiciones de seguridad en los centros de trabajo para el almacenamiento, transporte y manejo de sustancias inflamables y combustibles.
• NOM-008-STPS-1993 Relativas a las condiciones de seguridad e higiene para la producción, almacenamiento y manejo de explosivos en los centros de trabajo.
• NOM-009-STPS-1993 Relativas a las condiciones de seguridad e higiene para el almacenamiento, transporte y manejo de sustancia corrosivas, irritantes y tóxicas en los centros de trabajo.
• NOM-010-STPS-1993 Relativas a las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo donde se produzcan, almacenen o manejen sustancias químicas capaces de generar contaminación en el medio ambiente laboral.
• NOM-012-STPS-1993 Relativas a las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo donde se produzcan, usen, manejen, almacenen o transporten fuentes generadoras o emisoras de radiaciones ionizantes.
• NOM-016-STPS-1993 Relativas a las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo, referente a ventilación.
• NOM-017-STPS-1993 Relativa al equipo de protección personal para los trabajadores en los centros de trabajo.
• NOM-022-STPS-1993 Relativas a las condiciones de seguridad en los centros de trabajo en donde la electricidad estática representa un riesgo.
• NOM-024-STPS-1993 Relativas a las condiciones de seguridad e higiene en los centros de trabajo donde se generen vibraciones.
• NOM-025-STPS-1993 Relativas a los niveles y condiciones de iluminación que deben tener los centros de trabajo.
• NOM-028-STPS-1993 Seguridad-Código de colores para la identificación de fluidos conducidos en tuberías.
• NOM-114-STPS-1993 Sistema para la identificación y comunicación de riesgos por sustancias químicas en los centros de trabajo. NOM-001-SEMP-1994 Instalaciones destinadas al suministro y uso de la energía eléctrica.
• Código ASME Secc. V cap. X.
• NRF-028-PEMEX-2004. Diseño y construcción de recipientes a presión.
• Especificación Q-201.

GENERALIDADES ESP. Q-201

El objetivo de ésta especificación esproporcionar una base y guía para llevara cabo las pruebas en campo detuberías, equipos e instrumentos, a finde asegurar su hermeticidad.

Alcance de la Esp. Q-201

Cubre los requisitos generales para laspruebas a tuberías y sistemas deinstrumentos, posteriores a la erección, segúnse especifica en el ASME B31.3 Sec. 345.2. La tubería en sistemas de generación devapor a fuego directo se probará de acuerdocon la última edición del Código ASME paracalderas.

Alcanceprueba de recipientes a presión, cambiadoresde calor u otro tipo de equipos, los cualesserán probados de acuerdo con los códigos yespecificaciones bajo las cuales han sidodiseñados y construidos.La prueba de tal equipo llevada a caboconforme a los requisitos de esta especif. esincidental y aplica únicamente a susconexiones de tubería.

PRESIONES DE PRUEBA

Generalidades

La presión de prueba para cualquier sistemaindividual estará dentro de los límites máximoy mínimo indicados en limitaciones depresión.Cada uno de los circuitos de prueba seseleccionarán de tal manera que incluyan elmáximo de tuberías y equipos que puedan serprobados a una misma presión.

Presiones de prueba

Si las condiciones máximas de operación dela tubería que conecta a un equipo son lasmismas de éste, se probará simultáneamentea la presión hidrostática de prueba del equipo.Este procedimiento es permitido por laSección 345.4.3 del Código ASME B31.3, aúncuando ésta presión de prueba sea menorque la mínima calculada para la tubería

Limitaciones de Presión

La presión hidrostática mínima de prueba será 1 1/2 veces la presión de diseño. Si la temperatura de diseño es superior a la temperatura de prueba, la presión mínima de prueba se corregirá por temperatura.

Limitaciones de presión

Donde :Pp = Presión hidrostática mínima de prueba (kg/cm2)

P = Presión de diseño (kg/ cm2)

Sp =Esfuerzo permisible del material a la temperatura de prueba (kg/ cm2)

S = Esfuerzo permisible del material a la temperatura de diseño (kg/ cm2)

La presión hidrostática máxima de prueba noserá mayor que 1 1/2 veces la máximapresión permisible de trabajo.La presión hidrostática máxima de prueba deun sistema, estará limitada por la presiónmáxima de prueba del componente más débilde dicho sistema.

Toda la tubería que opere en servicio de vacíose probará neumáticamente a un mínimo de1.05 kg/cm2 man. o a la presión internamáxima permisible si es menor que laanterior. Todas las juntas se revisarán contrafugas con espuma de jabón.

Para pruebas neumáticas, la presión mínimade prueba será 110% de la presión de diseño.Para pruebas con presiones mayores de 1.75kg/cm2 man. se hará una prueba preliminar a1.75 kg/cm2 man., ésta se elevará lentamentehasta llegar a la presión de prueba requerida.

No se probarán las líneas que normalmenteestán abiertas a la atmósfera, tales comoventeos, drenes y descargas de válvulas deseguridad; las juntas se inspeccionaránvisualmente para verificar que su instalaciónsea adecuada.

No se probarán las tuberías de drenaje sinpresión, únicamente se examinaránvisualmente para verificar que la instalaciónde todas las juntas es correcta.

Para detectar fugas en juntas bridadas,roscadas y soldadas de un circuito que seprueba neumáticamente, se utilizará unasolución jabonosa.Las juntas bridadas se prepararán para laprueba cubriéndose enteramente con cintaadhesiva y abriendo un agujero de 1/8″ através de la cinta, en donde se colocará lasolución jabonosa para detectar la fuga.

Los asientos de válvulas de fierro no sesometerán a presiones mayores que lamáxima presión de trabajo en frío de laválvula. La presión de prueba a que sesometan las válvulas cerradas, no excederádel doble del rango de presión (raiting) de las mismas.

MEDIOS DE PRUEBA

Líquidos

Generalmente se usará agua limpia como medio para la prueba hidrostática de sistemas de tubería y de equipo. La temperatura del agua, durante la prueba será como mínimo de 4.5 °C. Puede ser calentada con vapor en caso de que la prueba se lleve a cabo en clima frío.

La prueba hidrostática normalmente no serealizará cuando la temperatura ambiente seamenor de 0 °C. Se tendrá especial cuidadocuando la temperatura del metal sea inferior a0 °C, a fin de evitar congelamientos endrenes, indicadores de nivel, etc.

Cuando la temperatura ambiente sea inferioral punto de congelación del agua, puedeagregarse a ésta, metanol o gliceron o biensustituirla por algún otro líquido que según elcaso puede ser gasóleo, querosina, etc., conel fin de eliminar la posibilidad decongelaciones.

Cuando la temperatura de operación sea inferior alpunto de congelación del agua o cuando el uso deésta se considere inadecuado, puede utilizarse comomedio de prueba gasóleo, querosina, metanol, etc.Se puede usar agua salada para la prueba cuando nose disponga de agua dulce. En tal caso la planta sepondrá en operación lo mas pronto posible, a fin deprevenir la corrosión de los platos de recipientes uotras partes de equipo.

Por ningún motivo se usará agua salada parala prueba de la tubería de alimentación deagua a calderas, retorno de condensado yvapor en sistemas generadores del mismo opara la prueba de cualquier sistemaconstruido con acero inoxidable austenítico

Gases

Cuando el diseño de un circuito de pruebasea tal, que haga poco práctica u objetable laprueba hidrostática del mismo, podrásustituirse por una prueba neumática. Algunosejemplos de tales sistemas son: aire deplanta, gas combustible, sistemas de vacío,tubería aislada o recubierta internamente,recipientes conteniendo catalizadores odesecantes, etc.

PROCEDIMIENTOS Y LIMITACIONES

• Limpieza: Todos los sistemas de tubería se limpiaránantes de la prueba, haciendo pasar agua oaire a presión, con el fin de eliminar tierra,rebabas o materias extrañas sueltas.Todas las válvulas de control se desmontarándurante el lavado.
• Preparativos para la prueba: Todos los sistemas que se pruebenhidrostáticamente, se les purgará el aireutilizando los venteos de los puntos altosantes de aplicar la presión de prueba.La tubería instalada con resortes ocontrapesos se soportará temporalmente enlos puntos donde el peso del fluido de pruebapudiera sobrecargar los soportes.
• No se aplicará pintura de campo niaislamiento a juntas bridadas, conexionesroscadas, soldaduras sin probar y agujeros deescurrimiento, hasta que el sistema haya sidoexitosamente probado.Las juntas de expansión, secadores, filtros yequipo similar especial, para los cuales lapresión máxima de prueba, en frío sea menorque la presión mínima de prueba del sistema,se desmontará o bloqueará antes de laprueba.
• Los sistemas de tubería sujetos a largosperíodos de prueba hidrostática, se proveeráncon un dispositivo protector para relevar lapresión excesiva que pudiera producirsedebido a la expansión térmica del fluido deprueba.
• Se instalarán bridas ciegas, placas debloqueo, tapones cachucha o machos paraaislar el sistema de tubería, equipo especial einstrumentos donde no se disponga deválvulas de bloqueo. Se utilizarán empaquesde grafito o similares para la pruebahidrostática en donde se utilicen elementos debloqueo bridados.

Sistemas de Tubería

Cuando los sistemas de tubería a probarestén directamente conectados en los límitesde tubería a tubería de responsabilidad deotros, dicho sistemas se aislarán medianteválvulas o placas de bloqueo.Cuando en los sistemas de tubería del párrafoanterior, sea impráctico aislar la tubería, lascondiciones para la prueba se acordarán porlas partes interesadas.

Antes de su instalación, el manómetro deprueba se calibrará con objeto de asegurar suexactitud.El manómetro de prueba se localizará en laparte mas baja del sistema, a fin de evitar unesfuerzo excesivo a cualquier equipo en lazona inferior del sistema durante la prueba.

La presión de prueba será aplicada medianteun método adecuado de bombeo u otra fuentede presión, la cual se aislará del sistemahasta que este quede dispuesto para laprueba. Se instalará un manómetro en ladescarga de la bomba, como guía para vigilarla presión en el sistema. La bomba se vigilaráconstantemente durante la prueba por unapersona autorizada, quien la desconectará delsistema cuando suspenda dicha vigilancia.

Las bombas, turbinas, sopladores ycompresores no estarán sujetos a pruebahidrostática en el campo.Cualquier equipo que contenga aditamentosde diseño especial tales como juntas, sellos,etc., se excluirá de la prueba o se probará deacuerdo con las instrucciones del fabricante.

La presión de prueba se mantendrá durante15 min. antes de la inspección y un lapsosuficientemente largo para permitir lainspección completa del sistema a prueba. Enningún caso, el período de inspección serámenor a 10 min.Cuando un sistema sea aislado en un par debridas compañeras, se colocará una placa debloqueo entre estas. Los espesores mínimosde las placas de bloqueo serán losespecificados en la tabla 1

Los mangos u “orejas” de las placas debloque se pintarán de un color brillante quelas haga fácilmente identificables, con elobjeto de que puedan ser localizadas yquitadas antes de la operación de arranque.Se elaborará una lista de todas las placas debloqueo y bridas ciegas que se hayaninstalado para la prueba y asegurarse de quetodas hayan sido desmontadas.

Los extremos de tubería donde sea imposibleel uso de placas de bloqueo, tales comobombas, compresores, turbinas o cualquiersitio donde se haya desconectado o quitado elequipo antes de la prueba hidrostática, sebloquearán con bridas ciegas normales delmismo rango que el sistema de tubería que seesta probando.

Las tuberías con válvulas de retencióntendrán la fuente de presión localizada flujoarriba de la válvula, de modo que la presióneste aplicada bajo el asiento. Si esto no esposible, se desmontará el disco o semantendrá en posición de abierto.

• La tubería de instrumentos se probará junto con el sistema de tubería hasta la válvula de bloqueo mas cercana al instrumento. Cuando exista una unión flujo abajo de la válvula, se desmontará durante la limpieza y prueba, con el fin de prevenir que inadvertidamente se introduzca tierra o materia extraña a la tubería de instrumentación.

Las pruebas adicionales después de lasreparaciones con soldadura, se harán a laspresiones especificadas para la pruebaoriginal.Se elaborarán y conservarán reportes deprueba de todos los sistemas probados,dichos reportes incluirán fecha de prueba,identificación de la tubería probada, presionesde operación y prueba, fluido de prueba yfirmas de aprobación de la persona a cargode la misma y del representante del cliente.

• Instrumentos: Las válvulas de relevo y discos de ruptura sedesmontarán o bloquearán del equipo o redde tubería antes de la prueba hidrostática. Lasconexiones de las válvulas de relevo roscadasse taponarán temporalmente durante laprueba.Las placas de orificio y otros elementosprimarios de medición de flujo no se instalaránen la tubería hasta que el lavado a presión yla prueba hayan sido terminadas.

Los manómetros indicadores de presiónlocales, podrán probarse junto con la tuberíasi la presión de prueba no excede al rango dela escala. Sin embargo, el manómetro sebloqueará de la tubería durante la limpieza ylavado a presión. En líneas donde la presiónde prueba sea mayor que el rango delmanómetro, este se desmontará y lasconexiones serán taponadas o bloqueandodicho manómetro.

Válvulas de control con válvulas de bloqueo y desvío.En caso de que la presión de prueba sea la misma,flujo arriba o abajo de la válvula de control, lasválvulas de bloqueo y del desvío se dejarán abiertas yla válvula de control abierta o cerrada (lo que sejuzgue más conveniente). Si la presión de prueba flujoarriba difiere de la presión de prueba flujo abajo, laporción de tubería flujo arriba se probará con laválvula de control abierta, la válvula del desvíocerrada y bloqueada; la válvula de bloqueo flujo arribaabierta y la válvula de bloqueo flujo abajo cerrada obloqueada.

Cuando las válvulas de control se pruebenjunto con la tubería, se evitará el apretar elempaque de las mismas para prevenir fugas.En caso de que la fuga en una válvula decontrol sea excesiva al grado que impidaalcanzar la presión de prueba, se bloqueará odesmontará.

Los flotadores de instrumentos de nivel,localizados en el interior de recipientes oequipo, se quitarán de estos antes de laprueba en caso de que se desconozca lapresión máxima permisible del flotador, o siesta es menor a la presión hidrostáticadesignada para el recipiente o equipo.

Las cajas externas de flotadores (piernas de nivel) seprobarán junto con el recipiente o equipo sólo en casode saber que el flotador tiene una presión externapermisible superior a la presión de prueba hidrostáticadesignada.En caso de desconocerse la presión externapermisible sobre el flotador o si esta es inferior a laprueba hidrostática designada y la caja del flotador hasido previamente probada en el taller o en campoantes de la instalación del flotador, se aislará aquellade la prueba hidrostática cerrando las válvulasadyacentes del bloqueo y abriendo la del drene de lacaja del flotador.

Si la caja del flotador no ha sido previamenteprobada y se desconoce la presión externapermisible de prueba sobre el flotador o éstaes inferior a la prueba designada, sedesmontará y la caja se probará junto con elequipo.Ciertos tipos de instrumentos con sus líneasde conexión a proceso pueden ser probadas ala misma presión que las líneas principales detubería o equipo al cual estén conectados,siempre y cuando su rango soporte la presiónde prueba.

Grupo I

• Instrumentos de nivel tipo desplazador
• Válvulas de Control
• Niveles de Crista
• Cámaras de medición de flujo
• Rotámetros
• Interruptores de Nivel tipo flotador
• Instrumentos de presión diferencial de flujo
• Indicadores tipo Bartón de flujo
• Termopozos
• Indicadores de presión
• Interruptores de alarma e indicadores de nivel tipo flotador abierto.

Las partidas especiales de la lista anterior que nosoporten las presiones normales de prueba seránexcluidas de la misma mediante aislamiento odesmontaje.Cualquier otro tipo de instrumentos no se probarán ala presión de la línea, pero tendrán terminalesconectoras de proceso probadas hasta la válvula debloqueo más cercana al instrumento. Se tendrá especial cuidado de que el equipo esté protegido,desmontado o bloqueando las líneas de conexión alinstrumento y desconectando o venteando losmismos. En caso de que el aire o gas no dañe losinstrumentos, éstos podrán probarse con aire o gasinerte.

Grupo II

• Analizadores
• Instrumentos de nivel de Diafragma
• Interruptores de flujo en línea
• Medidores de desplazamiento positivo
• Registradores y transmisores de presión
• Sensores de flujo tipo turbina
• Reguladores de conexión directa
• Válvulas de control de presión balanceada
• Interruptores por presión

Drenado y Secado

Cuando la prueba hidrostática se hayacompletado, la presión se desfogará de talmanera, que no constituya ningún peligro parael personal ni dañe al equipo.Todos los venteos serán abiertos antes dedrenar el fluido de prueba y permaneceránabiertos durante el drene, a fin de prevenir laformación de bolsas de vacío en el sistema.

• Las válvulas, placas de orificio, juntas de expansión y accesorios de tubería que hayan sido desmontados al efectuar las pruebas se reinstalarán con sus empaques adecuados. Las válvulas que fueron cerradas durante la prueba hidrostática se abrirán.
• Después de que las líneas hayan sido drenadas, se desmontarán los soportes temporales y entonces el sistema quedará listo para que las líneas sean pintadas y aisladas.

El secado del sistema probado se limitará adrenar el fluido de prueba para eliminar lamayor parte del líquido libre.

PLANEAR PRUEBA

• Definir tipo de prueba

– Integral

– Circuitos

– A Recipientes

• Identificar puntos y Dispositivos por Aislar.
• Identificar Puntos de colocación de comales (figura ocho).
• Desalojo y depósito de residuos antes y después de la prueba.
• Identificar punto (s) para desalojar Residuos líquidos.
• Definir duración de acuerdo a Normas.
• Definir Equipo necesario y calibracion del mismo.
• Identificar puntos de venteo.
• Toma de registros y firma de constancia de los mismos.

CÁLCULO, SELECCIÓN YUBICACIÓN DE FIG. OCHO

• Para el cálculo del espesor se emplea la sig. Fórmula

C=0.125 PULG

T= Espesor de la placa (pulg)mm.

.dg= Diámetro interior pulg(m.m.) de junta para bridas RF o FF el diámetro a línea de centro de la ranura del anillo.

P=Presión de diseño (psig)MP o

SE= Esfuerzo permisible(psig)MPo ver ASME B31.3 apéndice A

C= Tolerancia de corrosión.

3.- Valor “D” se calcula asi: D=T+2E.

4.- El material de la placa reversible es ASTM A 206 Gr.C