¿Por qué tubería de prueba de presión?
La prueba de presión es un paso fundamental para garantizar la calidad en la fabricación de tuberías y la puesta en servicio del sistema de tuberías. El propósito es verificar que la tubería o el sistema fabricado pueda contener de manera segura la presión de diseño sin fugas ni rupturas. Las pruebas de presión en fábrica (pruebas hidrostáticas de cada tramo de tubería en el molino) garantizan que el material de la tubería y las soldaduras (para tuberías soldadas) estén en buen estado antes del envío. Las pruebas de presión del sistema posteriores-a la instalación verifican que todo el sistema de tuberías ensamblado -, incluidas las soldaduras de campo, las juntas bridadas y las conexiones roscadas -, sea hermético y estructuralmente adecuado para el servicio.
Las normas pertinentes exigen pruebas de presión para la mayoría de las aplicaciones de tuberías. API 5L requiere pruebas hidrostáticas de cada tramo de tubería. ASTM A106, A53 y A333 también requieren pruebas hidrostáticas. ASME B31.3 (Tuberías de proceso) requiere pruebas de presión del sistema después de la instalación, generalmente a 1,5 veces la presión de diseño. Los registros de pruebas pasan a formar parte de la documentación de calidad permanente del sistema de tuberías, proporcionando evidencia del cumplimiento del código aplicable y garantía de una operación segura.
Pruebas hidrostáticas
Las pruebas hidrostáticas utilizan agua como medio de prueba. La tubería se llena con agua, se ventila todo el aire y la presión se eleva al nivel de prueba especificado usando una bomba de desplazamiento positivo-. La presión de prueba generalmente se calcula como 1,5 veces la presión de diseño a la temperatura de diseño, ajustada por la diferencia entre la temperatura de prueba y la temperatura de diseño (ya que la resistencia del material es mayor a temperaturas más bajas). La fórmula para la presión de prueba hidrostática es: P_test=1.5 x P_design x (S_test / S_design), donde S_test es la tensión permitida a la temperatura de prueba y S_design es la tensión permitida a la temperatura de diseño.
Una vez que se alcanza la presión de prueba, la bomba se aísla y la presión se mantiene durante el tiempo requerido. API 5L especifica un tiempo de espera mínimo de 5 segundos para tuberías sin costura y 10 segundos para tuberías soldadas, aunque muchas especificaciones de proyectos requieren de 1 a 2 horas para las pruebas del sistema. Durante la retención, la presión debe permanecer estable (ninguna caída indica que no hay fugas) y todas las juntas se inspeccionan visualmente para detectar fugas. Después de la prueba, se drena el agua y se seca la tubería (especialmente importante para las tuberías de acero aleado para evitar la corrosión). Un registrador gráfico de prueba hidrostática traza la presión versus el tiempo para proporcionar un registro permanente de la prueba.
Pruebas neumáticas
Las pruebas neumáticas utilizan aire o gas inerte (normalmente nitrógeno) como medio de prueba. Se utiliza cuando las pruebas hidrostáticas no son prácticas: para sistemas que no pueden tolerar el agua (tuberías de oxígeno, sistemas criogénicos, algunos procesos químicos), para sistemas que se dañarían por el peso del agua (tuberías aéreas con soporte inadecuado) y para sistemas donde el drenaje y secado completos después de la prueba hidrostática no es factible.
Las pruebas neumáticas conllevan riesgos de seguridad significativamente mayores que las pruebas hidrostáticas porque el gas comprimido almacena mucha más energía que el líquido comprimido. Si la tubería falla durante una prueba neumática, la liberación repentina de gas comprimido puede provocar una explosión violenta con efectos de explosión y fragmentación. Por esta razón, las pruebas neumáticas requieren precauciones adicionales: el área de prueba debe estar barricada y libre de personal, los manómetros deben leerse de forma remota y la presión de prueba generalmente se limita a 1,1-1,25 veces la presión de diseño (multiplicador más bajo que el hidrostático). Siempre se prefiere una prueba hidrostática a la neumática cuando el sistema puede tolerar agua.
Comparación hidrostática vs neumática
| Parámetro | Hidrostático | Neumático |
|---|---|---|
| Medio de prueba | Agua | Aire o gas inerte |
| Multiplicador de presión de prueba | 1,5 x diseño | 1,1-1,25 x diseño |
| Seguridad | Liberación segura - de baja energía en caso de falla | Liberación peligrosa de energía explosiva - |
| Sensibilidad de detección de fugas | Visual (goteo) | Audible, prueba de burbujas, caída de presión. |
| Limpieza posterior a la-prueba | Requiere drenaje y secado. | No se requiere ninguno |
| Mejor para | Sistemas generales de tuberías. | Servicio de gas, oxígeno, criogénico. |
Requisitos de estándares
API 5L especifica pruebas hidrostáticas de cada longitud de tubería. Para tuberías sin costura, la presión de prueba debe producir una tensión circular igual al 60% del límite elástico mínimo especificado (SMYS), pero no exceder 3000 psi (20,7 MPa). Para tuberías soldadas, el requisito varía según el grado: para Gr.B a X65, la tensión de prueba es del 85% de SMYS; para X70 y superiores, es el 90% de SMYS. ASTM A106/A53 requiere pruebas hidrostáticas, pero la presión de prueba no se especifica explícitamente en la norma - el fabricante selecciona una presión que produce una tensión de fibra del 60 % de SMYS. ASME B31.3 requiere que la presión de prueba del sistema sea 1,5 veces la presión de diseño a la temperatura de diseño. Para pruebas neumáticas, B31.3 permite una presión de prueba máxima de 1,1 veces la presión de diseño. PED 2014/68/UE exige pruebas de presión según las normas armonizadas para equipos a presión con marcado CE.
Procedimiento de prueba completo
El procedimiento completo de prueba hidrostática implica: (1) Preparación previa-a la prueba: sellar los extremos de la tubería con tapas o bridas, conectarla a la bomba de prueba, instalar la ventilación en el punto alto, instalar un manómetro calibrado (dentro del rango de presión de prueba, precisión ±1%) y llenar con agua mientras se ventila todo el aire. (2) Presurización: aumentar la presión en etapas (25%, 50%, 75%, 100% de la presión de prueba), haciendo pausas en cada etapa para inspección visual. (3) Mantener la prueba: mantener la presión de prueba durante el tiempo requerido, durante el cual no se permite ninguna caída de presión. (4) Inspección: recorra todo el sistema de tuberías inspeccionando todas las juntas, conexiones y el cuerpo de la tubería en busca de fugas. (5) Despresurización: libere gradualmente la presión, drene el agua y seque el sistema. Cada paso está documentado con tiempo, presión y firma del inspector.
Ejemplos de cálculo de presión de prueba
Ejemplo 1: Tubería SCH 40 A106 Gr.B de 4 pulgadas, presión de diseño de 10 MPa a 200 grados. S_design=117 MPa (A106 Gr.B a 200 grados), S_ambient=138 MPa. Prueba_P=1.5 x 10 x (138/117)=17.7 MPa. La presión de prueba es 17,7 MPa (aproximadamente 2570 psi).
Ejemplo 2: Tubería SCH 80 API 5L X52 de 8 pulgadas, presión de diseño 15 MPa a temperatura ambiente. SMYS=359 MPa, tensión circular al 85% SMYS=305 MPa. P_test=(2 x 305 x 12,70) / 219.1=35.3 MPa, pero limitado a 3000 psi (20,7 MPa) por API 5L. Entonces P_test=20.7 MPa.
No-conformidad y nueva prueba
Si se detecta una fuga durante la prueba, se libera la presión, se identifica la ubicación de la fuga y el defecto se repara mediante esmerilado (para orificios superficiales) o soldadura (para defectos a través de-paredes). Después de la reparación, la tubería o el sistema se vuelve a probar a la misma presión de prueba. Los estándares generalmente permiten un número limitado de reparaciones (por ejemplo, API 5L permite hasta 3 reparaciones por tramo de tubería antes de que la tubería deba degradarse o desecharse). Cada nueva prueba debe documentarse. Si la tubería falla debido a un defecto del material (laminación, grieta) en lugar de un defecto de soldadura, generalmente se rechaza toda la longitud de la tubería.
Nuestras capacidades de prueba
ManufacturerPipe realiza pruebas hidrostáticas de fábrica al 100% en todas las tuberías soldadas y sin costura antes del envío. Nuestras máquinas de prueba hidrostáticas pueden probar tuberías desde 1/2" hasta 48" a presiones de hasta 100 MPa (15 000 psi). Mantenemos una calibración de manómetros rastreable por NIST-y proporcionamos un informe de prueba hidrostática para cada tubería o número de calor. Las pruebas neumáticas están disponibles a petición del cliente con las precauciones de seguridad adecuadas. Las agencias de inspección de terceros-(SGS, BV, Intertek) pueden presenciar las pruebas en la fábrica según lo exige la orden de compra. Los informes de prueba bilingües (chino/inglés) son estándar para envíos internacionales.
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