Flushing de tuberías, Protegiendo los sistemas

FLUSHING DE TUBERIAS PROTEGIENDO LOS SISTEMAS

JUAN ANDRES REVEREND LIZCANO

Ingeniero Mecánico egresado de la Universidad de América con Maestría en Gestión de Calidad de la universidad Camilo Jose Cela y Bureau Veritas Institute.

Experto en implementación del planes de calidad de proyectos del sector Oíl & Gas y energético. Consultor independiente.

Implementación de planes de inspección y pruebas, coordinación y supervisión de actividades de construcción y pre comisionamiento.

Mas de 30 años de experiencia en la construcción de proyectos de generación eléctrica petróleo y gas en América latina y el medio oriente de acuerdo con los códigos de construcción ASME, API, AWS, NACE etc., incluidos equipos estáticos y rotativos, tuberías, pruebas hidráulicas y neumáticas hasta su finalización mecánica

PROGRAMA DE PRESERVACION MECANICA PRESERVACION MECANICA

NORMAS Y ESTANDARES

PRESERVACION DE TUBERIAS

PRESERVACION DE TANQUES DE ALAMACENAMIENTO

PRESERVACION DE EQUIPOS ESTATICOS

PRESERVACION DE EQUIPOS ROTATIVOS

FLUSHING / LIMPIEZA INTERNA

PRESERVACION INTERNA

ETAPA DE FABRICACION

ETAPA DE FABRICACION

PICKLING/ LIMPIEZA QUIMICA

PRESERVACION EXTERNA

ETAPA DE INSTALACION

ETAPA DE INSTALACION

BLOW DOWN/ SOPLADO

CASOS ESPECIALES

CONEXIÓN A SISTEMAS

CONEXIÓN A SISTEMAS

LAY UP/ INERTIZADO

PRESERVACION DE MATERIALES

PIEZAS DE REPUESTO E INTERNOS

PIEZAS DE REPUESTO

TEMARIO • • •

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1. GENERALIDADES 2. APLICACIONES MAS CONOCIDAS 3. VARIABLES DE PROCESO 4. LIMPIEZA ACIDA DE TUBERIAS (PICKLING) 5. LIMPIEZA DE SISTEMAS DE REFRIGERACION 6. LIMPIEZA DE SISTEMAS DE LUBRICACION Y COMBUSTIBLES.

1. GENERALIDAES El objetivo principal del flushing de tuberías es la limpieza interna de ellas retirando los materiales sólidos y contaminantes que puedan afectar su desempeño durante la vida útil.

El flushing de tuberías corresponde a una de las labores de pre comissionado de líneas para lograr su limpieza interna, critica en sistemas de conducción de aceites lubricantes, hidráulicos, sistemas de refrigeración, sistemas de vapor o agua de alimentación.

La limpieza interna de las tuberías aplicada como acondicionamiento previo a la operación se enfoca a disminuir los riesgos de ingreso de materiales extraños a los sistemas vitales de los equipos como pueden ser válvulas, inyectores, sistemas de refrigeración, sistemas de lubricación, sistemas de intercambio de calor etc.

De igual manera la limpieza de las tuberías aplicada a sistemas en operación como parte de un programa de mantenimiento se enfoca al logro del restablecimiento de condiciones operativas o de diseño en variables como el flujo, la presión, la temperatura y la disminución de pérdidas operativas como los altos consumos de energía, combustibles, contaminación y deterioro del medio ambiente

NORMATIVIDAD • •

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ASTM D6439-11(2017) Guía estándar para la limpieza, lavado y purificación de sistemas de lubricación por turbinas hidroeléctricas, de gas e hidroeléctricas ISO 9001 2015 8.5.4 Preservación La organización debe preservar los resultados durante la producción y la prestación del servicio, en la medida necesario para garantizar la conformidad con los requisitos.

NOTA La preservación puede incluir identificación, manejo, control de contaminación, empaque, almacenamiento, transmisión o transporte, y protección

2. APLICACIONES MAS CONOCIDAS Las aplicaciones más conocidas están a nivel de las limpiezas de tuberías en la etapa de pre commissionado de sistemas hidráulicos, aceite lubricante y agua de refrigeración de conformidad con las normas exigidas por los fabricantes de motores y turbo maqunaria.

El flushing usado en conductos hidráulicos de comando en maquinaria de papel por ejemplo implica limpiezas del orden de 1 a 5 micrones.

El aceite lubricante dependiendo la necesidad del fabricante se realiza a través de filtros de alta eficiencia y de sistemas contadores de partículas de acuerdo con la norma ISO 4406.

En los sistemas de agua de refrigeración las partículas a filtrar y separar de los sistemas de circulación pueden variar según sea el circuito a limpiar y la tolerancia de sus componentes a determinados tamaños de partículas pues en algunos casos estos puede ser del orden de 6 mm hasta 1 micrón.

3. VARIABLES DE PROCESO La característica principal del flushing es la velocidad dentro de las tuberías de carácter turbulento de tal forma que se logre un número de Reynolds (Re) superior a 4000.las relaciones entre el caudal, el diámetro de la tubería, la viscosidad del fluido y el número de Reynolds se expresa en la siguiente ecuación: Re = (3160 x GPM)/(CS X D) Re =

Número de Reynolds

GPM=

Caudal del fluido en Galones por minuto

CS=

viscosidad del fluido en Centoistokes

D=

Diámetro de la tubería en pulgadas

4. LIMPIEZA ACIDA (PICKLING) El pickling que adicionalmente a las condiciones de flushing en cuanto a velocidad de flujo supone la aplicación de una marcha acida para retirar la calamina y los óxidos en suspensión remanentes en las tuberías, esta aplicación puede estar precedida por un flushing de detergencia o limpieza alcalina y anterior a un proceso de pasivación o neutralización con un posterior flushing normalmente de aceite lubricante. Este proceso es mandatorio cuando se utilizan materiales ferrosos en la construcción de sistemas de lubricación de motores, turbinas o compresores, se suele evitar al construir las tuberías en materiales Inoxidables .

LINEA DE TIEMPO

CONSTRUCCION ACERO CARBON ACERO INOXIDABLE

PRECOMMISSIONADO PRUEBAS DE PRESION PICKLING FLUSHING PRUEBAS DE PRESION FLUSHING

COMMISSIONADO

PICKLING CIRCUITO BASICO La limpieza acida de tuberías es conocida también como PICKLING o decapado y consiste principalmente en retirar el producto adherido a la pared interna de los tubos de acero al carbón llamado calamina (millscale),

CIRCUITO DE TUBERIAS MENORE A 6” DE DIAMETRO

PICKLING PASOS PREVIOS A SEGUIR 1. Se desconectan las tuberías de los equipos, válvulas e instrumentos que pueden verse afectados por la presencia de acido.

2. Se conectan tuberías provisionales o mangueras entre las partes del sistema para establecer un circuito de recirculación, es posible que se requiera armar circuitos parciales o en paralelo dependiendo la complejidad de la instalación 3. Las mangueras deben ser resistentes a los ácidos e hidrocarburos y las tuberías provisionales deben ser decapadas y pasivadas previamente para evitar la contaminación del circuito a limpiar.

4. Las bombas deben ser de acero inoxidable, centrifugas y de alto caudal, conectadas mediante mangueras a un set de filtros de mangas de 10 micrones en la succión y en la descarga a un manifold de válvulas que permita re direccionar el flujo de manera inversa 5. El circuito debe quedar conectado a un tanque de acero inoxidable que debe contener los productos necesarios para la limpieza, debe tener acople a mangueras de retorno del flujo y unas resistencias eléctricas que permitan el calentamiento de los productos de manera controlada por medio de una termocupla

CUPONES DE CONTROL DEL PROCESO 

Se instalan dentro del tanque de recirculacion, al menos dos cupones del mismo material de la tuberia para verificar el estado interno de la tuberia durante el pickling

PICKLING. PROCEDIMIENTO 1.

2.

3.

4.

Inicialmente se hace una recirculación de agua por el circuito para detectar fuga y hacer las correcciones correspondientes Se introducen en el tanque una solución detergente soluble en agua que permita trabajar a temperaturas entre 40 y 60ºC, se hace recircular y se calienta a su temperatura optima de trabajo a un caudal que garantice un número de Reynolds de 4000 o mayor, se debe satisfacer esta condición en las tuberías de mayor diámetro.

La acción del detergente es retirar las materias orgánicas e inorgánicas que estén presentes dentro de la tubería utilizando sus características surfactantes y tenso activas, es deseable que no se produzca espuma dentro del tanque y las tuberías En esta etapa se debe controlar PH y conductividad, se golpea o vibra la tubería cerca de las uniones soldadas para favorecer el desprendimiento, se miran los filtros de mangas y se remueven por nuevos hasta que se observe limpio un filtro de 100 micrones luego de 30 minutos de flushing.

CONTROL DE VARIABLES Se remueve la solución con agua de ionizada y sin cloro y se introduce la solución acida que puede ser acido clorhídrico, sulfúrico o fosfórico o una combinación de ellas, previamente estabilizada para el control de se agresividad, se calienta la solución a 60oC y se controla el PH que debe ser de 1 a 4 y el contenido de hierro divalente y trivalente disuelto en la solución, allí la cantidad de hierro total disuelto debe ser igual al hierro divalente, de no ser así, la tubería estaría siendo atacada por el acido y el proceso debe ser suspendido.

Se debe verificar que la conductividad este entre 2000 y 3000 ppm realizando controles cada 15 minutos. Por seguridad del proceso debe introducirse un cupón en el tanque para monitorear el estado del proceso.

Se termina esta fase cuando la conductividad este entre 500 y 1000 ppm durante 3 mediciones consecutivas

PASIVACION EL ULTIMO PASO 

El paso siguiente es neutralizar la solución acida y a la vez pasivar la superficie interna de la tubería, esto se logra mediante la adición de una solución alcalina en base a soda y bicarbonato de sodio, y se hace un control del ph de la solución hasta que este se encuentre entre 6 y7, esto depende de la adición de solución y el reemplazo de la solución acida, se debe procurar SKID BASICO DE PICKLING Y FLUSHING mantener la solución el PARA SISTEMAS DE LUBRICACION Y suficiente tiempo para COMBUSTIBLES estabilizar la superficie

5.

FLUSHING DE SISTEMAS DE AGUA DE REFRIGERACION

GENERALIDADES Los sistemas de refrigeración que mas se utilizan son aquellos en los cuales circula por las tuberías agua de diferentes calidades de acuerdo con las recomendaciones de los fabricantes Terminada la etapa de construcción de la tubería y terminadas las pruebas hidrostáticas, se hace la interconexión de los circuitos de tuberías que van a ser limpiadas, estas tuberías pueden ser de acero al carbón o de acero inoxidable, si se trata de las primeras se utiliza un agua que no contenga cloruros de ser posible y con muy bajo contenido de sólidos. Si se trata de la segunda el análisis va más enfocado al contenido de hierro y a los cloruros totalesCuando los sistemas interconectan equipos de intercambio de calor como radiadores, intercambiadores, condensadores etc. Se plantea la utilización previa del pickling o limpieza acida previo al flushing, esto depende del presupuesto para satisfacer los requerimientos de los fabricantes de equipos a quienes normalmente se entregan las tuberías de interconexión.

Dependiendo el tamaño de las tuberías el valor de caudal y el tamaño de las bombas a utilizar hacen que los circuitos sean mas o menos largos, ya que es posible elegir entre una limpieza por flushing y una por pigging, la elección depende de la complejidad de los cambios de dirección y los diámetros involucrados

PARAMETROS •

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El proceso de flushing con agua utiliza normalmente bombas de tipo centrífugo de una o varias etapas dependiendo la cabeza a vencer en el circuito armado para la limpieza y los filtros utilizados, el valor de caudal puede ajustarse al tamaño de la bomba disponible.

Los elementos filtrantes o separadores de sólidos a utilizar pueden variar entre los de tipo canasta o malla colocados en línea con la tubería cuyos valores típicos pueden ir desde mesh 100 a filtros de mangas de 10 micrones o menos, las estrategias operativas de los filtros están limitadas por el caudal máximo y la presión diferencial admisible para el filtro y el casing que los contiene, por lo cual el flujo se divide tantas veces como sea necesario para no dañar los elementos en el proceso y facilitar la operación de cambio de los elementos sin detener la operación del sistema o hacerla lo más corta posible.

SKIDS DE FILTRADO Y BOMBEO PARA FLUSHING DE AGUA DE RFRIGERACION

PROCEDIMIENTO Debido al alto caudal y a la fricción generada por los sólidos las tuberías desarrollan un incremento de temperatura que puede ocasionar la presencia de vapor en los sitios de fuertes cambios de área como los filtros y bombas o los tanques de almacenamiento y recirculación, esto puede disminuir la cantidad de agua en el sistema por lo cual se debe reponer en el tanque de recirculación.

El flushing puede llevarse a cabo de igual forma que el flushing de aceites vibrando la tubería y golpeando las zonas cercanas a las soldaduras para favorecer el desprendimiento y se debe monitorear cada hora durante las primeras 12 horas, esto se prolonga hasta tanto no aparezcan partículas visibles en los filtros especificados por el fabricante.

Una vez recibida la tubería se conectan los sistemas de intercambio para hacer el flushing a través de los mismos aun teniendo certificado de fabrica, ya que es muy común encontrar restos de viruta de cobre o aluminio en los radiadores o alambres de soldadura en los cabezales, el flushing a través de equipos esta limitado por el valor de caudal máximo y presión de trabajo del equipo y es vigilado por el representante del fabricante quien audita el cumplimiento de las recomendaciones y la calidad del flushing mostrándole los filtros hasta que a su criterio es aceptable

6. LIMPIEZA DE SISTEMAS DE LUBRICACION

GENERALIDADES Tanto en los sistemas oleo hidráulicos como en los de lubricación la filtración separación de los sólidos es muy exigente debido a que un tamaño de partícula superior a 5 micrones origina daños catastróficos en las zonas donde la película lubricante es muy delgada y adicionalmente porque los lubricantes nuevos no son completamente limpios, por ello es necesario implementar dentro del flushing el conteo de partículas de acuerdo con la norma ISO 4406 X/Y/Z, de acuerdo con la tabla y especificación siguiente, normalmente 16/13/11 y que durante la operación de los sistema puede llegar a 21/20/19 todos referidos a la cantidad de partículas contenidas en un mililitro de fluido siendo el primer numero la cantidad de partículas mayores a 4 micrones, la segunda la cantidad de partículas mayores a 6 micrones y la tercera la cantidad de partículas menores de 14 micrones

CONTEO DE PARTICULAS

CRITERIOS DE ACEPTACION

EJEMPLOS DE APLICACION

SISTEMAS BAJO CONTEO DE PARTICULAS

EQUIVALENCIA SAE/ISO

CAUDALES DE ACEITE Como la viscosidad de un aceite normalmente utilizado para el flushing es función de la temperatura, esta ecuación se suele tabular para varios diámetros de tubería a diferentes temperaturas con el fin de obtener el caudal requerido de fluido de modo que el número de Reynolds sea 4000

COMPORTAMIENTO DE LAS PARTICULAS DURANTE EL FLUSHING

VIBRACION Y GOLPETEO

También debe considerarse la vibración y el golpeteo en las tuberías ya que esto favorece el desprendimiento de las partículas de oxido, calamina, escoria de soldaduras y en general sólidos adheridos a las paredes del tubo.

La vibración causada por el flujo turbulento en las tuberías debe controlarse mediante la instalación de soportes temporales adecuados en los puntos en los que esta se desconecta de los equipos.

En algunos tramos cercanos a las soldaduras es conveniente inducir una vibración local por medio de martillos neumáticos o al menos martillos de goma que obliguen al desprendimiento de las escorias internas de la soldadura y los materiales adheridos a ellas.

VISCOSIDAD CINEMATICA GRADOS ISO El proceso de flushing por si solo genera un calentamiento local de las tuberías en la medida que se haga la recirculación a través de las bombas de engranajes, sin embargo es conveniente iniciar el proceso con un calentamiento del aceite a unos 60oC. Como puede verse al disminuir la viscosidad del aceite por el aumento de la temperatura, se mejora el número de Reynolds , sin embargo esto no puede ser indefinido ya que generaría desgaste en los engranajes de las bombas y problemas a los componentes mecánicos de las bombas como rodamientos, sellos y empaques con su correspondiente deterioro

VISCOSIDAD DE COMBUSTIBLES

En el flushing de tuberĂ­as con fluidos combustibles como Diesel o Bio diesel el comportamiento es en general el mismo, sin embargo se pueden tomar como referencia las viscosidades encontradas en algunas recientes investigaciones

CIRCUITO FLUSHING DE COMBUSTIBLE El flushing de los sistema de combustible como son Diesel o Fuel Oil se debe hacer de preferencia con aceite lubricante, sin embargo existe el riesgo de contaminación del combustible cuando entre el sistema en operación lo cual puede significar una parada no programada en los sistemas moto generadores; debido a esto se puede tomar la decisión de realizarlo con el combustible Diesel o Bio Diesel de modo que al integrarse con el combustible de trabajo pueda integrarse a la mezcla de combustible sin ocasionar problemas.

El flushing con combustible requiere de una verificación previa de la estanqueidad de los circuitos de tuberías de modo que no existan fugas que ocasionen peligrosos sprays que pueden generar incendios

FLUSHING DE COMBUSTIBLES

EQUIPO INDUSTRIAL PARA FLUSHING DE COMBUSTIBLES

El aceite Diesel por efecto de la fricción y el alto caudal genera un incremento de temperatura en la tubería que a su vez puede disminuir la viscosidad a niveles en los que se presenta fricción metálica en los engranajes de las bombas y escape por los sellos y empaquetaduras a presiones de 5 a 10 bares de acuerdo al tamaño de la bomba y el circuito, por ello este tipo de flushing debe hacerse lo mas corto posible y los requerimientos de limpieza pueden ser menores que para los sistemas de lubricación, sin embargo se busca mantener un criterio de aceptación en filtros de mangas de entre 5 y 10 micrones luego de haberse revisado el filtro por 3 veces consecutivas por periodos de una hora de flushing, lo cual ayuda a garantizar una buena limpieza hacia los sistemas de inyección

RATA DE FILTRACION Y EFICIENCIA

FLUSHING EN VIDEO

JUAN ANDRES REVEREND LIZCANO

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