Las bridas de baja-temperatura se fabrican con materiales-probados contra impactos, especialmente seleccionados para mantener la ductilidad y la tenacidad a la fractura por debajo del rango del acero al carbono estándar. Cuando las temperaturas caen por debajo de los -20 grados F, el acero al carbono estándar ASTM A105 pierde su resistencia al impacto y se vuelve susceptible a la fractura frágil. Los grados de baja temperatura son esenciales para aplicaciones de tuberías de GNL, criogénicas y árticas donde se deben evitar fallas por fracturas frágiles.
¿Qué son las bridas de baja temperatura?
Las bridas de baja-temperatura son bridas fabricadas con materiales que han sido sometidos a pruebas de impacto-para verificar su resistencia a la fractura a la temperatura mínima de diseño. El acero al carbono estándar (ASTM A105) sufre una transición dúctil-a-frágil a medida que la temperatura disminuye, perdiendo su capacidad de absorber la energía del impacto sin agrietarse. Los grados de materiales de baja-temperatura están formulados con química controlada y tratamiento térmico para mantener la ductilidad a temperaturas bajo-cero. Estas bridas se rigen por ASME B16.5 con requisitos de materiales adicionales especificados en el código aplicable (ASME B31.3 para tuberías de proceso) y el estándar de materiales en sí.
Opciones de materiales
La siguiente tabla resume los materiales de bridas de baja-temperatura más comunes y sus temperaturas mínimas de servicio:
| Estándar de materiales | Calificación | Temperatura mínima de diseño | Características clave | Aplicación típica |
|---|---|---|---|---|
| ASTM A350 | LF2 | -50 grados F | El acero al carbono de baja-temperatura más común | GNL, servicios frigoríficos. |
| ASTM A350 | LF3 | -150 grados F | Resistencia mejorada a bajas-temperaturas | Procesamiento criogénico de gases |
| ASTM A182 | F304L | -425 grados F | Inoxidable austenítico, excelentes propiedades criogénicas. | GNL, nitrógeno líquido |
| ASTM A182 | F316L | -425 grados F | Criogénico con bajo-carbono y-resistente a la corrosión. | Servicio criogénico corrosivo |
| ASTM A182 | F51 (2205) | -50 grados F | Dúplex, uso limitado a baja-temperatura | Gas ácido, marino a baja-temperatura |
El A350 LF2 es el caballo de batalla de grado de acero al carbono de baja-temperatura, que proporciona buena tenacidad hasta -50 grados F a un costo superior moderado sobre el A105. Para servicios más fríos hasta -150 grados F, el A350 LF3 con su mayor contenido de níquel proporciona mayor dureza. Para temperaturas criogénicas inferiores a -150 grados F, se requieren aceros inoxidables austeníticos como F304L y F316L porque su estructura cristalina cúbica centrada en las caras permanece dúctil a cualquier temperatura.
Presión-Clasificaciones de temperatura
Las clasificaciones de presión-temperatura para bridas-de baja-temperatura siguen las tablas estándar ASME B16.5 para cada grupo de materiales. Los aceros inoxidables austeníticos conservan sus propiedades mecánicas excepcionalmente bien a temperaturas criogénicas y, de hecho, se vuelven más fuertes a medida que la temperatura disminuye. Las clasificaciones del acero al carbono disminuyen significativamente a bajas temperaturas y algunas clases de materiales pueden reducirse por debajo de ciertas temperaturas. La temperatura mínima de diseño para cada material está determinada por la temperatura de calificación de la prueba de impacto del material, no por límites arbitrarios.
Requisitos de las pruebas de impacto
La prueba de impacto Charpy V-Notch (CVN) es el método estándar para verificar la tenacidad a bajas-temperaturas. ASME B31.3 y ASME B16.5 requieren pruebas de impacto para todas las bridas de acero al carbono y de acero de baja-aleación utilizadas por debajo de -20 grados F. La prueba se realiza en muestras tomadas de la brida terminada o de piezas de prueba representativas que reciben el mismo tratamiento térmico. Los valores mínimos de energía se especifican en la norma de materiales y varían según el grado del material y la temperatura mínima de diseño. La temperatura de prueba debe ser igual o inferior a la temperatura mínima de diseño. También se requieren pruebas de impacto en el metal de soldadura y en las zonas afectadas por el calor para fabricaciones soldadas.
Aplicaciones
Las bridas de baja-temperatura son componentes críticos en las instalaciones de procesamiento, almacenamiento y transporte de GNL, donde las temperaturas pueden alcanzar los -260 grados F. Las plantas criogénicas de separación de gases y licuefacción de aire separan el aire en oxígeno, nitrógeno y argón a temperaturas extremadamente bajas. Los sistemas de refrigeración y cajas frías de las plantas químicas funcionan a bajas temperaturas. Las instalaciones de tuberías árticas y subárticas enfrentan temperaturas ambientales que requieren materiales de baja tenacidad en todo el sistema. Los sistemas de manipulación de nitrógeno líquido y oxígeno líquido requieren materiales que permanezcan dúctiles a sus temperaturas de almacenamiento.
Certificación y Trazabilidad
Los informes de pruebas de materiales (MTR) para bridas de baja-temperatura deben incluir resultados de pruebas de impacto que muestren los valores de energía absorbida para cada muestra de prueba. Se requiere una trazabilidad completa desde el acero fundido hasta la brida terminada, con números de calor estampados en cada brida para su identificación. La inspección de terceros-a menudo se especifica para el servicio crítico de baja-temperatura para proporcionar una verificación independiente de las propiedades del material. Las pruebas de identificación positiva de materiales (PMI) de la química del material antes de la instalación brindan garantía de calidad adicional.
La conclusión clave es especificar siempre materiales-probados contra impactos-para cualquier conexión bridada por debajo de -20 grados F. El uso de acero al carbono estándar por debajo de su temperatura de transición de impacto crea un riesgo de fractura frágil catastrófica que se debe evitar a toda costa.
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