AN HIDR API STD 521
SUBDIRECCIÓN REGION SUR GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y MANTENIMIENTO SUBGERENCIA DE INGENIERÍA Y PROYECTO EXPLORACION Y PRO
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SUBDIRECCIÓN REGION SUR GERENCIA DE CONSTRUCCIÓN Y MANTENIMIENTO SUBGERENCIA DE INGENIERÍA Y PROYECTO EXPLORACION Y PRO RODUCCION
CONSTRUCCIÓN DE UNA BATERÍA DE SEPARACIÓN Y UNA ESTACIÓN DE COMPRESIÓN PARA EL MANEJO DE LA PRODUCCIÓN DE ACEITE Y GAS DEL CAMPO GUARICHO DEL ACTIVO INTEGRAL CINCO PRESIDENTES
ANÁLISIS HIDRÁULICO DEL SISTEMA DE DESFOGUES (CABEZAL Y LÍNEA AL QUEMADOR)
MC-A-001C
FECHA: Diciembre del 2009 REV: B
MC-A-009
ELABORÓ:
REVISÓ:
COORDINÓ:
ING. CARLOS ENRIQUE SOTO MERCADER
ARQ. GABRIELA CAMACHO ANGULO
ING.JAVIER DE LA O L.
Dimensionamiento del Rectificador de baja presión
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CONTENIDO 1.- OBJETIVO 2.- INTRODUCCIÓN 3.- CONSIDERACIONES DE DISEÑO 4.- MÉTODO DE CÁLCULO 5.- DESARROLLO 6.- CONCLUSIONES 7.- REFERENCIAS
MC-A-009
Dimensionamiento del Rectificador de baja presión
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1. - OBJETIVO Análisis hidráulico de las líneas pertenecientes al sistema de desfogues (cabezal de desfogues y línea al quemador elevado) el cual se instalará en la Batería Guaricho, perteneciente al Activo Integral 5 Presidentes.
2. - DESCRIPCIÓN DEL PROCESO La Batería de separación Guaricho contará con un sistema de desfogues el cuál consistirá en un cabezal de desfogues, el cuál recibirá los desfogues generados por la operación de las válvulas de seguridad de presión. El cabezal de desfogues tendrá como punto final un paquete de regulación para amortiguar el desfogue más crítico que en este caso corresponderá al desfogue del separador S.H.A.P. - 100/200.
Tabla 2.1 Condiciónes de operación del quemador elevado QE-200 Instalación
Presión (kg/cm2)
Gas de desfogues (condición crítica)
Temperatura C)
2.0
(º
Líquidos
Gas (MMPCSD)
30.00
(BPD)
30.00
0.00
3.- CONSIDERACIONES Los flujos de gas así como sus condiciones se muestran en el DFP A-210 y las corridas anexas a esta memoria. Se considera una presión en la punta de la boquilla de 14.7 psia con una presión de llegada al quemador de 5 psig (ver punto 8.1.3.1, inciso b1 de la NRF-031-PEMEX-2007). A fin de dimensionar las líneas de desfogues, se empleará el método iterativo de L´apple para encontrar la presión de ajuste del paquete de regulación de gas al quemador.
4.- MÉTODO DE CÁLCULO
Diámetro de flujo en función del número de Mach:
d
−5 2 =1. 702 x10 ×
int
0 .5
W Z ×T P 1 ×Ma1 MW
(1).
Área de flujo gaseoso:
d A f =π × Flux másico:
G= Número de Reynolds:
Re= Factor de Fricción:
[
f =1 . 6434 / ln 0 .
4
W Af
(3).
d int G μ
(4).
135× ε
Factor de resistencia friccional:
N=
MC-A-009
(2).
int 2
d int
6 .5 Re
f ×L d in t
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]
2
(5).
(6).
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Flux de masa crítico:
G Ci=12.6P 0 MW / ZT 0 0 .5
(7).
Despejando la presión de ajuste inicial:
P 0=
G Ci 12 . 6× MW / ZT 0 0 . 5
(7a).
NOMENCLATURA SIGNIFICADO W Velocidad másica del gas de desfogues. P0 Presión absoluta a las condiciones iniciales de operación P1 Presión absoluta a las condiciones de operación en el punto final Z Factor de compresibilidad del gas. T Temperatura de operación en el punto final. T0 Temperatura en el punto inicial. dint Diámetro interior de la tubería. L Longitud de tubería. G Flux másico. Gci Flux másico crítico. MW Peso molecular del gas. Ma1 Número de Mach evaluado a las condiciones finales Af Área de flujo µ Viscosidad del gas ε Rugosidad relativa (0.00015092 para tubería nueva de acero) Re Número de Reynolds f Factor de fricción de Moody.
UNIDADES lb/h psia psia adimensional °R °R pulg. pies lb/ft2 s lb/ft2 s lb/lbmol adimensional ft2 lbm/ ft s ft adimensional adimensional
5.- DESARROLLO 5.1 Datos de diseño: Flujo volumétrico estándar de gas W = Flujo másico de gas MW = Peso molecular del gas Z = Factor de compresibilidad T0 = Temperatura gas en el punto inicial T1 = Temperatura en base quemador P1 = Presión en base de quemador k = relación de calores específicos L = Longitud de tuberìa µ = Viscosidad del gas ε = Rugosidad relativa
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30.00 27034.60 59547.58 18.09 1.00 30.42
MMPCSD kg/h lb/h ft3/seg. °C
546.43
°R
30.93
°C
547.34
°R
5.00
psig
psia 19.70 1.28 430 m. 1410.76 ft cP 0.01 lbm/ ft s 0 0 ft
(Capacidad en B.U.) (Corrida de Hysys) (Corrida de Hysys) (Corrida de Hysys) (Corrida de Hysys) (Corrida de Hysys) (Corrida de Hysys) (Corrida de Hysys) (PLG E-001) (Corrida de Hysys)
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Ma = Número de Mach
0.37
5.2 Cálculo del diámetro óptimo de transporte en función del número de Mach(ecuación 1).
d 2= d=
0.675
ft
0.822
ft
d in t=
9.862
in
Se tomará el diámetro inmediato superior para la tubería de desfogue, en este caso corresponde a un diámetro de 10 pulgadas, cedula 40:
d nom=
d int=
10 pulgadas
10.02 0.84
pulg ft
0.82
5.3 Cálculo de àrea de flujo:
Af=
78.854 0.548
G=
30.206
in2 ft2
5.4 Cálculo del flux màsico actual:
5.5 Cálculo de nùmero de Reynolds:
Re=
ε/ d int=
3278245.78 0
5.6 Cálculo del factor de fricción:
f=
0.0148
N=
24.98
5.7 Cálculo del factor de resistencia friccional:
5.8 De aquí se deberá iterar hasta obtener valores de P0 que coincidan entre si. Proponiendo
P 0=
46.70
P1
0.42
P0
=
psia
De la gráfica de Lapple (página 111 API STD 521) se tiene para los valores de
G = G Ci
0.3
G Ci=
100.69
P1 P0
y N = 25:
Calculando el flujo real de gas corregido:
MC-A-009
lbm/ft2s
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Calculando la presión en el punto inicial por iteración:
P 0 i= Segunda iteraciòn: Proponiendo
P 0=
43.842
P1 P0
43.842
psia
=
0.449
De la gráfica de Lapple (página 111 API STD 521) se tiene para los valores de
G = G Ci
0.3
P 1 y N = 25: P0
Calculando el flujo real de gas corregido:
G Ci=
100.688
lbm/ft2s
Calculando la presión en el punto inicial por iteración:
P 0 i=
43.842 psia 2.05 kg/cm2 Por lo que la presión de ajuste en el paquete de regulación será de 43.84 psia.
6.- CONCLUSIONES
1).-API STD 521 JAN 2007 . "Pressure Relieving and Depressuring Systems". 7.REFERENCIAS 2).-NRF-031-PEMEX-2007, "Sistemas de desfogues y quemadores en instalaciones de Pemex Exploración y Producción".
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