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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Mecánica

ANÁLISIS DE ESFUERZOS EN TUBERÍAS EN EL PROYECTO RABIGH

Por: Br. Juan Francisco Llosa Arnal

Sartenejas, Julio 2006

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Mecánica

ANÁLISIS DE ESFUERZOS EN TUBERÍAS EN EL PROYECTO RABIGH

Por: Br. Juan Francisco Llosa Arnal

Realizado con la Asesoría de: Tutor Académico: Prof. Carlos Graciano Tutor Industrial: Ing. Maigualida Navarro

INFORME DE PASANTÍA LARGA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar Como requisito parcial para obtener el título de Ingeniero Mecánico

Sartenejas, Julio 2006

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR Decanato de Estudios Profesionales Coordinación de Ingeniería Mecánica Análisis de Esfuerzos en Tuberías. Proyecto Rabigh INFORME DE PASANTÍA LARGA presentado por: Br. Juan Francisco Llosa Arnal REALIZADO CON LA ASESORÍA DE: Carlos Graciano y Maigualida Navarro RESUMEN El presente informe, ha sido realizado con el fin de resolver diversos problemas referentes al análisis de flexibilidad de tuberías, presentados durante el desarrollo de la ingeniería de detalle del Rabigh Development Project, proyecto que consiste en la ampliación de la Refinería Rabigh, ubicada en la costa Este del Mar Rojo, Arabia Saudita. Inicialmente se colaboró en la elaboración de la lista de segregación del proyecto. Etapa fundamental para definir el nivel de criticidad de las líneas y los requerimientos de análisis de flexibilidad de tuberías del proyecto. Posteriormente, se realizó un análisis formal de flexibilidad para tres sistemas críticos del proyecto, como lo son el R301-SOW-015 y el R301-SOW-011 pertenecientes al área de Depuración de Aguas Agrias SWS2, así como el R292-HSG-001 perteneciente al área de Regeneración de Aminas ARU3. Para dicho análisis, una vez recopilado toda la información necesaria sobre las líneas y equipos involucrados en cada sistema, se utilizó como herramienta principal al programa de análisis de esfuerzos en tuberías CAESAR II.. Para todos los casos se verificó que los sistemas se encontraran dentro de los rangos permisibles de esfuerzos según la norma ASME B31.3, y que las cargas en las boquillas, pertenecientes a los equipos conectados a los sistemas, fueran aprobadas conforme las normas aplicables. Los resultados obtenidos para cada sistema, fueron analizados detalladamente, con lo que se logran proponer nuevos arreglos, colocación de nuevos soportes y/o reubicación de los ya existentes, para de esta forma garantizar el adecuado funcionamiento de los sistemas de tuberías. Sartenejas, Julio 2006

DEDICATORIA

A Dios y a la Virgen María, por siempre iluminar el camino de mi vida. A mi familia, en especial a mi Papá y a mi Mamá, quienes han sido el mejor ejemplo de amor, lucha y superación. A todos mis hermanos y hermanas por siempre creer en mi y brindarme apoyo incondicional en todos los momentos de mi vida.

Juan Francisco Llosa

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AGRADECIMIENTOS

A Dios y a la Virgen, por todas las oportunidades y puertas que me han abierto a lo largo de mi vida. A mis Padres y Hermanos, por estar siempre conmigo. A toda mi Familia, por todo su amor y apoyo incondicional. A María Jesús, por su amor y apoyo incondicional en todo momento. A mis tutores, Ing. Maigualida Navarro y Prof. Carlos Graciano, por toda su atención, disposición y apoyo en esta última etapa de la carrera. A mis compañeros de flexibilidad, Bárbara y Luis, por toda la preparación que a lo largo de estas 20 semanas supieron brindarme y por siempre estar dispuestos a darme una mano. A mis maestros y profesores, porque con sus conocimientos me enseñaron mucho más que materias, entendí que el esfuerzo y la constancia son la clave para el aprendizaje. A la Universidad Simón Bolívar, por abrirme sus puertas y mostrarme el universo de posibilidades que tiene un estudiante para escoger en la búsqueda de su formación integral.

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ÍNDICE GENERAL CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ..........................................................................1 1.1. Descripción de la Empresa .......................................................................................... 1 1.2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Rabigh................................................................ 5 1.3. OBJETIVOS PLANTEADOS..................................................................................... 6 1.3.1. General ................................................................................................................. 6 1.3.2. Específicos............................................................................................................ 7 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS .......................................................8 2.1. Aspectos generales ...................................................................................................... 8 2.2. Normas de Diseño ....................................................................................................... 9 2.3. Norma ASME B31.3 ................................................................................................. 10 2.3.1. Esfuerzos admisibles básicos ............................................................................. 11 2.3.2. Esfuerzos Sostenidos o Primarios ...................................................................... 11 2.3.3. Esfuerzos por Expansión o Secundarios............................................................. 12 2.3.4. Esfuerzos Ocasionales ........................................................................................ 12 2.4. Diseño de Sistemas de Tuberías [3] .......................................................................... 13 2.5. Soportes ..................................................................................................................... 14 2.5.1. Soportes Rígidos................................................................................................. 14 2.5.2. Soportes Flexibles: ............................................................................................. 16 2.5.3. Soportes Temporales: ......................................................................................... 16 2.6. Criterios para la Selección y Ubicación de Soportes [5]........................................... 16 2.7. FACTORES A CONSIDERAR EN UN ANALISIS DE FLEXIBILIDAD............. 18 2.7.1. Expansión térmica .............................................................................................. 18 2.7.2. Desplazamientos externos .................................................................................. 18 2.7.3. Gravedad............................................................................................................. 18 2.7.4. Viento ................................................................................................................. 18 2.7.5. Sismo .................................................................................................................. 19 2.7.6. Fricción............................................................................................................... 19 2.7.7. Válvulas de Alivio.............................................................................................. 19 2.7.8. Aplastamiento..................................................................................................... 19 2.7.9 Presión Interna..................................................................................................... 19 2.8. CAESAR II................................................................................................................ 19 2.9. NORMA API 610 (Bombas Horizontales): [3]......................................................... 20 2.10. MÉTODO DE KELLOGG (Fuga en Bridas) .......................................................... 21 2.11. CRITERIOS LISTA DE SEGREGACIÓN PROYECTO RABIGH ...................... 22 2.11.1. Análisis de Flexibilidad Formal [4].................................................................. 22 2.11.2 Inspección Visual Formal [4] ............................................................................ 23 CAPÍTULO 3. DESARROLLO DEL ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD PROYECTO RABIGH ............................................................................................................24 3.1. ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD DEL SISTEMA R301-SOW-015 (SWS2).......... 25 3.1.1. Descripción............................................................................................................. 25 3.1.2. Especificaciones del sistema .............................................................................. 26 3.1.3. Equipos Asociados ............................................................................................. 27 3.1.4. Hipótesis de cálculo............................................................................................ 28 iii

3.1.5. Diagnóstico del Sistema ..................................................................................... 29 3.1.6. Soluciones Propuestas ........................................................................................ 32 3.1.7. Conclusiones....................................................................................................... 36 3.2. ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD DEL SISTEMA R292-HSG-001 (ARU3)........... 36 3.2.1 Descripción.......................................................................................................... 36 3.2.2 Especificaciones del sistema ............................................................................... 37 3.2.3 Equipos Asociados .............................................................................................. 39 3.2.4 Hipótesis de cálculo............................................................................................. 39 3.2.5 Diagnóstico del Sistema ...................................................................................... 41 3.2.6 Soluciones Propuestas ......................................................................................... 45 3.2.7 Conclusiones........................................................................................................ 48 3.3. ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD DEL SISTEMA R301-SOW-011 (SWS2).......... 49 3.3.1 Descripción.......................................................................................................... 49 3.3.2 Especificaciones del sistema ............................................................................... 50 3.3.3 Equipos Asociados .............................................................................................. 51 3.3.4 Hipótesis de cálculo............................................................................................. 51 3.3.5 Diagnóstico del Sistema ...................................................................................... 53 3.3.6 Soluciones Propuestas ......................................................................................... 56 3.3.7 Conclusiones........................................................................................................ 58 CAPÍTULO 4. CONCLUSIONES .................................................................................... 59 CAPÍTULO 5. RECOMENDACIONES .......................................................................... 60 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 61 BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 61

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ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Logos de VEPICA y sus filiales ........................................................................... 3 Figura 2. Organigrama Vepica, Proyecto Rabigh [2]......................................................... 4 Figura 3. Soporte rígido tipo Cristo. Figura 4. Soporte tipo “Dummys”...................................................................................... 14 Figura 5. Soporte tipo Guía Figura 6. Soporte conjunto. Guía con zapata ...................................................................... 15 Figura 7. Soporte tipo limite-stop para tubería aislada con zapata..................................... 15 Figura 8. Gráfico. Criterio de Segregación ......................................................................... 22 Figura 9. Esquema de Ubicación de las unidades .............................................................. 24 Figura 10. Sistema R301-SOW-015. Configuración Original ........................................... 26 Figura 11. Distribución de Esfuerzos en R301-SOW-015 para el caso L11, (EXP) L2-L530 Figura 12. Reporte módulo API610, CAESAR II. Bomba P-0004A.................................. 31 Figura 13. Simulación del caso operación bajo condiciones de diseño. ............................ 32 Figura 14. Sistema R301-SOW-015. Solución Propuesta.................................................. 33 Figura 15. Sistema R301-SOW-015 en Modelo de Planta. Solución Propuesta................. 34 Figura 16. Reporte módulo API610, CAESAR II. Bomba P-0004A. Solución Propuesta 35 Figura 17. Sistemas R301-SOW-015. Distribución de esfuerzos en el caso de Operación bajo condiciones de diseño. Solución Propuesta. .............................................. 35 Figura 18. Sistema R292-HSG-001. Configuración Original ............................................ 37 Figura 19. Sistema R292-HSG-001 EN EL Modelo de Planta. Configuración Original.. 38 Figura 20. Distribución de Esfuerzos en el Sistema R292-HSG-001 para el caso L11, (EXP) L2-L5....................................................................................................... 41 Figura 21. Distribución de Esfuerzos en el área del Air- Cooler para el caso L11, (EXP) L2-L5. ................................................................................................................ 42 Figura 22. Simulación de la expansión en el caso Operación bajo condiciones de Diseño.Air Cooler.............................................................................................. 43 Figura 23. Simulación de la expansión en el caso de operación bajo condiciones de Diseño. Intercambiador de Calor....................................................................... 44 Figura 24. Zona Air-Cooler. Solución Propuesta................................................................ 46 Figura 25. Distribución de esfuerzos en operación bajo condiciones de diseño. Solución propuesta ........................................................................................................... 48 Figura 26. Sistema de Tuberías R301-SOW-011. Configuración Original ....................... 49 Figura 27. Sistema R301-SOW-011 en Modelo de Planta. Configuración Original ......... 51 Figura 28. Distribución de Esfuerzos. Sistema R301-SOW-011 para el caso L11, (EXP) L2-L5 ................................................................................................................. 53 Figura 29. Simulación del sistema original R301-SOW-011 en Operación, Condición de Diseño................................................................................................................ 55 Figura 30. Simulación del sistema R301-SOW-011 solución propuesta en Operación, Condición de Diseño. ........................................................................................ 56 Figura 31. Sistema R301-SOW-011. Solución Propuesta.................................................. 57

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ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Factores de Roce................................................................................................... 25 Tabla 2. Especificaciones de las Líneas R301-SOW-015 ................................................... 26 Tabla 3. Condiciones de las Líneas R301-SOW-015 .......................................................... 27 Tabla 4. Equipos Asociados al Sistema R301-SOW-015................................................... 27 Tabla 5. Descripción casos de carga R301-SOW-015......................................................... 28 Tabla 6. Resumen de Esfuerzos R301-SOW-015. Configuración Original. ...................... 29 Tabla 7. Fuerzas y Momentos en la Bomba P-0004A . ....................................................... 33 Tabla 8. Especificaciones de las Líneas. Sistema R292-HSG-001 .................................... 37 Tabla 9. Condiciones de las Líneas. Sistema R292-HSG-001 ........................................... 38 Tabla 10. Equipos Asociados al Sistema R292-HSG-001 ................................................. 39 Tabla 11. Descripción casos de carga. Sistema R292-HSG-001........................................ 40 Tabla 12. Resumen de Esfuerzos. Sistema R292-HSG-001. Configuración Original. ....... 41 Tabla 13. Reacciones en el Air –Cooler .............................................................................. 43 Tabla 14. Fuerzas y Momentos boquilla del Intercambiador. Condición de Operación en Diseño.................................................................................................................. 44 Tabla 15. Fuerzas y Momentos en E-0005. Solución propuesta. ........................................ 45 Tabla 16. Fuerzas y Momentos en las boquillas del Air-Cooler. Solución propuesta. ....... 47 Tabla 17. Especificaciones de las Líneas R301-SOW-011 ................................................. 50 Tabla 18. Condiciones de las Líneas R301-SOW-011 ....................................................... 50 Tabla 19. Equipos Asociados al Sistema R301-SOW-011................................................. 51 Tabla 20. Descripción casos de carga. Sistema R301-SOW-011........................................ 52 Tabla 21. Resumen de Esfuerzos. Sistema R301-SOW-011. Configuración Original. ...... 53 Tabla 22. Reacciones en las boquillas de Equipos. Sistema R301-SOW-011 Solución propuesta..............................................................¡Error! Marcador no definido. Tabla 23. Cálculo de Fuga en Bribas (Kellogg). Sistema R301-SOW-011. Operación bajo condiciones de diseño.......................................................................................... 54 Tabla 24. Calculo de fuga en bridas. (Kellogg). Sistema R301-SOW-011. Solución Propuesta. ............................................................................................................ 57

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1. INTRODUCCIÓN Rabigh Development Project, es el actual proyecto de la empresa Rabigh Co, cuyo objetivo fundamental consiste en realizar una ampliación de la Refinería Rabigh, ubicada en la costa Este del Mar Rojo, Arabia Saudita. La empresa Rabigh Co, se encuentra conformada por las empresas Saudi ARAMCO (SA) y Sumitomo Chemical Co., Ltd. (SCC), las cuales son las encargadas de financiar el proyecto, que establecerá un complejo Refinador/Petroquímico completamente integrado en la Refinería.. La ejecución del proyecto se encuentra en manos de la empresa española Técnicas Reunidas, con sede principal en Madrid, España. Ésta, a su vez, ha contratado a varias consultoras de ingeniería para desarrollar las diferentes unidades de la planta. El presente libro contiene las bases y lineamientos fundamentales, necesarios en el área de flexibilidad de tuberías, para desarrollar la ingeniería de detalle de las Unidades de Regeneración de Aminas (ARU`S) y Depuración de Aguas Agrias (SWS`S), unidades asignadas a la empresa venezolana VEPICA. Los trabajos

serán desarrollados completamente en las oficinas de VEPICA

ubicadas en Caracas, y estarán basados en la información proporcionada por Foster Wheeler Energy LTD y Técnicas Reunidas como Ingeniería Básica.

1.1. Descripción de la Empresa Venezolana de Proyectos Integrados C.A. VEPICA, es una empresa consultora líder en el desarrollo de proyectos de ingeniería, destacada, a lo largo de sus 34 años de experiencia, por su rapidez en la ejecución, el uso de tecnología de punta y la implementación de las técnicas gerenciales más avanzadas en cada uno de sus proyectos. Actualmente, cuenta con el respaldo del WOOD GROUP, corporación global líder en la prestación de servicios y productos en las áreas de petróleo, gas y generación de potencia. Esta alianza ha expandido las fronteras de la empresa, y ha facilitado el ingreso de VEPICA al mercado internacional [1].

1

Las áreas en la que principalmente se desempeña la empresa son: •

Industria Petrolera y de Gas

•

Industria Química y Petroquímica

•

Industria Básica y Minera

•

Industria Manufacturera

•

Proyectos de Ingeniería Ambiental VEPICA, es una empresa capacitada para desarrollar en su totalidad las fases de un

proyecto dado, por lo que cubre una amplia gama de servicios entre los que destacan: •

Estudios de factibilidad

•

Gerencia Integral de Proyectos

•

Planificación y Control de Costos

•

Ingeniería Conceptual, Básica y de Detalle

•

Ingeniería Ambiental

•

Procura y Construcción

•

Asistencia en la puesta en marcha, Inspección y Aseguramiento de Calidad

•

Operación y Mantenimiento Para el desarrollo de los diferentes proyectos, la empresa cuenta con un grupo de

filiales que conforman lo que se conoce como VEPICA CORP. VEPICA CORP., Corporación VEPICA, está constituida por VEPICA DIC. (División de Ingeniería y construcción) y sus demás filiales; Los Inspectores de Venezuela (LIVCA), Servicios Integrados de Computación C.A (SICCA), Contegro C.A y Ambioconsult C.A (Protección Ambiental).

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Figura 1. Logos de VEPICA y sus filiales

MISIÓN “Hacer realidad la visión de nuestros clientes, mediante la participación proactiva de nuestra gente y la integración de la cadena de suministro, generando valor en la ejecución de proyectos de inversión y la gerencia de activos”. VISIÓN “Ser reconocidos como la empresa líder en el país, ampliando nuestros mercados en la búsqueda de la globalización de nuestros servicios de ingeniería, procura, construcción, tecnología, operación y mantenimiento con una sólida capacidad financiera para aumentar la participación en proyectos de gran escala”. VALORES “Integridad,

Interdependencia,

Profesionalismo,

Creatividad

e

Innovación,

Conciencia Comercial, Ambiente de Trabajo y Trascendencia”. [1] La Junta Directiva de la empresa, ha establecido su compromiso con la implantación, mantenimiento y mejoramiento continuo del Sistema de Gestión de la Calidad mediante la declaración firmada de la Política y Objetivos de la Calidad. VEPICA mantiene en su organización un Sistema de Gestión de la Calidad, según los requisitos establecidos en la Norma COVENIN ISO 9001:2000. Este sistema está sustentado por procesos, procedimientos, planes de la calidad, registros, entre otros. La organización interna de la empresa para el desarrollo de este proyecto se muestra en el siguiente organigrama.

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TÉCNICAS REUNIDAS GERENTE DEL PROYECTO

DIRECTOR DE PROYECTO

Erasmo Pinzón

Giomar Hernández

SOPORTE DE ATOMATIZACIÓN

ADMINISTRACIÓN DE CONTRATOS

José Vieira

Audira Torres

GERENTE DE PLANIFICACION Y CONTROL

ASEGURAMIENTO DE CALIDAD

Reinaldo Salas

Enma Torres

CONTROLADOR DE DOCUMENTOS

ASH

Francisco Rosales

José Vanegas

GERENTE DE INGENIERÍA DISCIPLINAS

GERENTE INGENIERIA ARUSWS

ASIGNACION DEL PERSONAL TR

Carmen Pino

Gregorio Bordoy

Otto Osorio

TUBERÍAS

GRUPO ASIGNADO A TR

Laura Parra CIVIL

Carlos Piñero ELECTRICIDAD

Luis Cano INSTRUMENTACIÓN

Belinda Flores

Figura 2. Organigrama Vepica, Proyecto Rabigh [2]

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1.2. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO Rabigh El proyecto, dentro del alcance VEPICA, consistirá en la ejecución de la ingeniería de detalle para las Unidades de Regeneración de Aminas (ARU2 y ARU3) y de Depuración de Aguas Agrias (SWS2 y SWS3) pertenecientes a la refinería Rabigh. Unidad de Regeneración de Aminas ARU2 (R291) y Unidad de Regeneración de Aminas ARU3 (R292): La Amina es utilizada para remover el sulfuro de las corrientes provenientes de otras unidades presentes en la planta, entre las cuales se encuentran, precisamente, las unidades de Depuración de Aguas Agrias (SWS). El objetivo de esta unidad de regeneración de aminas es generar la amina utilizada en las diferentes unidades. La amina regenerada producida en ARU2 y ARU3 es entonces devuelta a los absorbedores de amina ubicados en las respectivas unidades. La capacidad de las Unidades de Regeneración de Aminas será de 450 m3/hr para ARU2 y 56 m3/hr para ARU3 de amina en circulación. Unidad de Depuración de Aguas Agrias SWS2 (R301) y Unidad de Depuración de Aguas Agrias SWS3 (R302): La unidad de depuración de aguas agrias tratará las corrientes generadas en las nuevas instalaciones, para obtener una calidad tal que permita su descarga en una planta de tratamiento de agua. La unidad de depuración de aguas agrias estará compuesta por dos trenes. El primer tren (SWS2) tratará las aguas agrias producidas por varias unidades incluyendo al flare agrio. El segundo tren (SWS3) estará dedicado a tratar las aguas agrias producidas en la unidad HOFCC. Los contaminantes presentes en esta corriente de agua pueden afectar la operación de la unidad Vacuum Gas-Oil Hydrotreater, por lo tanto, es necesario mantener esta agua separada del resto de las corrientes de agua. La capacidad de las unidades de depuración de aguas agrias será de 178,4 m3/h para SWS2 y 141 m3/h para SWS3 de alimentación de agua agria [2].

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En el Anexo I se encuentran planos de planta y representaciones espaciales donde se puede apreciar la distribución de las unidades dentro de la refinería. Las disciplinas de VEPICA involucradas para la realización de este proyecto son: Gerencia de Proyecto, Gerencia de Ingeniería, Tuberías, Civil, Electricidad e Instrumentación. El desarrollo de éste libro se encuentra enmarcado dentro de la disciplina de tuberías, más específicamente en la división de flexibilidad, área de gran responsabilidad dentro del proyecto por ser la encargada de verificar y aprobar el correcto funcionamiento del diseño de toda la red de tuberías de la planta. Por consiguiente, el presente trabajo tiene como objetivo fundamental realizar a los sistemas de tuberías el análisis de flexibilidad a fin de validar la colocación de los soportes, definidos durante el diseño de cada línea, y ubicar la cantidad de soportes restantes necesarios para generar una configuración mediante la cual las tuberías, a pesar de sufrir cambios por el efecto de la expansión térmica, se adapten a su nueva geometría sin que ello provoque esfuerzos excesivos ni elevadas reacciones en codos, uniones y soportes, y se garantice la integridad de los equipos a los cuales se encuentren conectadas, logrando un funcionamiento seguro y confiable. Dentro de la empresa, todos los trabajos se desarrollan haciendo uso del plan de la calidad, en el cual, se detallan las actividades de aseguramiento y control de calidad necesarias para lograr el cumplimiento de la normativa de calidad ISO 9001:2000, a fin de cumplir los requisitos contractuales establecidos en esta materia. 1.3. OBJETIVOS PLANTEADOS 1.3.1. General Realizar el análisis de flexibilidad a los sistemas de tuberías planteados durante el desarrollo de la ingeniería de detalle de las Unidades Regeneradoras de Aminas y Depuradoras de Aguas Agrias de la refinería Rabigh.

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1.3.2. Específicos •

Inducción a la Empresa, Departamento de Tuberías y al sistema ISO 9001.

•

Adquirir conocimientos y destrezas en el análisis de flexibilidad de tuberías, normas, códigos aplicables, selección y ubicación de soportes.

•

Lectura de procedimientos generales del proyecto y específicos de las áreas de tuberías, inducción al proyecto.

•

Manejo

de

los

procedimientos,

prácticas,

normas,

teorías

y

guías

correspondientes al análisis de flexibilidad de tuberías. •

Estudio de las bases y criterios de flexibilidad en el proyecto.

•

Elaboración de la lista de segregación.

•

Manejar herramientas de la disciplina y los documentos involucrados, acorde a los procedimientos, prácticas y guías que conforman el sistema de calidad de VEPICA.

•

Manejo de isométricos de tuberías, planos de planta, estándar de soportes, hoja de datos de equipos, piping class y lista de líneas del proyecto.

•

Introducción al programa CAESAR II, versión 4.50

•

Análisis de esfuerzos y chequeo de carga de los diferentes sistemas de tuberías que requieren análisis en el proyecto. 1. Sistema R301-SOW-015 2. Sistema R292-HSG-001 3. Sistema R301-SOW-011

•

Selección y ubicación de los soportes necesarios para el adecuado funcionamiento de los sistemas de tuberías analizados.

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2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.1. Aspectos generales Para que los sistemas de tuberías cumplan de forma segura y confiable con su función fundamental de transportar fluidos, estos sistemas deben ser diseñados con la capacidad de soportar con seguridad las cargas a las que es sometido. Cargas como; la presión interna del fluido que transporta, los esfuerzos de expansión producidos por la diferencia de temperatura, el peso de las tuberías, así como el peso del fluido contenido dentro de la misma, las acciones externas del viento, sismo u otro efecto dinámico ocasional. Cuando un sistema de tuberías entra a operación, la temperatura y la presión varían de forma importante para adaptarse a la nueva condición. Este cambio en las condiciones del sistema, genera esfuerzos tangenciales y longitudinales por cargas axiales, de flexión y torsión. Por su parte, el peso de la tubería y de los accesorios que posea, generan esfuerzos longitudinales y de corte. Efectos similares se producen si se considera ciertas cargas ocasionales como las sísmicas y las generadas por el viento. Todos estos estados de carga deben considerarse en el análisis de esfuerzo de un sistema de tuberías. Como regla general, el efecto más limitante y de mayor relevancia es el de la expansión térmica, el cual añade importantes esfuerzos al sistema debido a que la tubería no puede elongarse

o contraerse libremente, ya que sus desplazamientos se

encuentran restringidos por efecto de los soportes y de sus conexiones a los diferentes equipos presente en la red [3]. Todo sistema de tuberías debe estar diseñado de forma tal que sea capaz de absorber las dilataciones o contracciones térmicas, vibraciones producidas por los equipos, así como la presión y su propio peso, con el fin de evitar que se produzcan fallas en las tuberías, soportes, boquillas y demás componentes del sistema. Para el análisis de sistemas de tuberías se utiliza la teoría de vigas, se estudia a los tramos de tuberías como vigas de sección transversal tubular sometidas a cargas axiales, fuerzas de corte y momentos flectores y torsores. Para los componentes locales del sistema ( codos, válvulas, bridas, conexiones T, reductores, etc.) se aplican factores de corrección utilizando a los factores de intensificación de esfuerzos. 8

En el diseño de tuberías se emplea el clásico método conocido como ASD “Allowable Stress Design”. El código ASME B31, aplicando el método ASD, utiliza la teoría del esfuerzo principal máximo, (Teoría de Ranking) para los esfuerzos por presión, mientras que para todos los demás esfuerzos emplea la teoría del esfuerzo de corte máximo, (Teoría de Tresca), la cual establece que, para que no falle, el esfuerzo de corte máximo real debe ser menor que el esfuerzo de corte máximo en el ensayo de tracción para un nivel determinado de carga [3]. Las normas de diseño tienen como propósito presentar los requerimientos de ingeniería considerados necesarios para un diseño y una construcción seguros, básicamente establecen criterios en relación a que tipos de cargas considerar, cálculos de los esfuerzos generados por los distintos tipos de carga y la evaluación de los esfuerzos admisibles [3]. 2.2. Normas de Diseño Las normas más utilizadas en el análisis de sistemas de tuberías son las normas conjuntas ANSI/ASME Código para tuberías a presión B31. Adicionalmente, en este proyecto serán utilizadas las normas API, SAES, SAEP, NEMA, WRC, ASCE. A continuación se presenta una lista de normas aplicables en el proyecto: Referencias Sauidi Aramco [4] Saudi Aramco Engineering Procedure SAEP-302

Instructions for Obtaining a Waiver of a Mandatory Sauidi ARAMCO Engineering Requirement Saudi Aramco Engineering Standards SAES-112 SAES-L-100 SAES-L-120 SAES-L-310 SAES-M-001

Meteorological and Seismic Design Data Applicable Codes and Standards for Pressure Piping Systems Piping Flexibility Analysis Design of Plant Piping Structural Design Criteria for Non-Building Structures

Códigos y Estándares Industriales American Society of Mechanical Engineers ASME B31.1 ASME B31.3

Power Piping Process Piping 9

ASME B31.4 ASME 31.8 ASME Sec. VII MSS-SP-58 MSS-SP-69

Pipeline Transportation Systems for liquid Hydrocarbons and Other Liquids Gas Transmission and distribution piping Systems Rules for the Construction of Pressure Vessels Pipe Hangers and Support (Material, Design and Manufacture) Pipe Hangers and Support (Selection and Application)

American Petroleum Institute API 520 API 560 API 610 API 611 API 617 API 650 API 661

Recommended Practice for the design and installation of Pressure Relieving Systems in Refineries Fired Heaters for General Refinery Services Centrifugal Pumps for Petroleum, Heavy Duty Chemical, and Gas Service Industry General purpose Steam Turbines for Refinery Services Centrifugal Compressor for Petroleum, Chemical, and gas Service Industries Welded Steel Tanks for Oil Storage Air-Cooled Heat Exchangers for General Refinery Services

Welding Research Council WRC 107 WRC 297

Local Stresses in Spherical and Cylindrical Shells due to Extrenal Loadings Local Stresses in Cylindrical Shells due to External Loadings on Nozzles-Supplement to WRC 107

American Society of Civil Engineers ASCE 7

Minimum Design Load for Building and Other Structures

2.3. Norma ASME B31.3 En esta norma se cubren los sistemas de tuberías dentro de los límites de propiedades de las instalaciones que procesan o manejan productos químicos, petroleros y relacionados. Algunos ejemplos incluyen: plantas químicas, refinerías de petróleo, terminales de cargas, plantas de procesamiento de gas natural, plantas de distribución y llenado de hidrocarburos. De acuerdo a esta norma se deben verificar los esfuerzos generados en el sistema de tuberías, comparándolos con sus propios esfuerzos admisibles.

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2.3.1. Esfuerzos admisibles básicos Los esfuerzos admisibles básicos se definen en términos de las propiedades de resistencia mecánica del material obtenidas en ensayos de tracción para diferentes niveles de temperaturas y de un factor de seguridad global. Excepto para tuberías de fundición o para materiales de pernos y tornillos, y siempre que los niveles de temperatura sean tales que el fenómeno de termofluencia no tenga lugar, el esfuerzo admisible básico para una determinada temperatura se establece en el código ANSI/ASME B31.3 como el valor que resulte menor entre un tercio de la resistencia a la tracción Su y dos tercios del límite de fluencia Sy a la temperatura considerada [3]:

2  1 S = Min  S u , S y  3  3

(1)

En otras palabras, lo que señala la ecuación (1) es que la tubería será diseñada con factores de seguridad de 3 contra la fractura o de 1.5 contra la fluencia. Por otra parte, para garantizar que el sistema de tuberías resista las diferentes cargas a las que es sometido, debe también, verificar los esfuerzos sostenidos, de expansión y ocasionales. 2.3.2. Esfuerzos Sostenidos o Primarios Los esfuerzos por cargas sostenidas, son aquellos producidos por el efecto que la presión interna ejerce a la tubería, el propio peso de la tubería, su contenido, el aislante y otras cargas de gravedad tales como el peso de las válvulas, bridas, filtros, etc. Este tipo de cargas se caracteriza por no ser autolimitantes, es decir, una vez que comienza la deformación, ésta continua hasta que aparezcan fuerzas de equilibrio o hasta que ocurra la falla del material. Para que la tubería no falle por esfuerzos sostenidos o primarios, éstos deberán ser menores al esfuerzo admisible básico a la temperatura de diseño.

11

2.3.3. Esfuerzos por Expansión o Secundarios Los esfuerzos de expansión se originan a raíz de los cambios en la temperatura del sistema, la cual generalmente va desde la temperatura ambiental hasta la temperatura de operación, por lo cual las restricciones como los soportes, boquillas de los equipos, etc., no permiten la libre expansión de la tubería. Como consecuencia, la tubería se dobla y se tuerce, generándose momentos flectores y torsores en cada sección transversal de la misma. Estos esfuerzos son de tipo autolimitantes, es decir, su magnitud disminuye a medida que sucede la deformación plástica. Son por lo general, de naturaleza cíclica, debido a que son producidos por contracciones y dilataciones térmicas, presentes comúnmente, durante los arranques o paradas de planta. Para que el material no falle por esfuerzos de expansión se debe cumplir que éstos sean menores que el esfuerzo admisible de expansión (SA), el cual viene dado por la siguiente ecuación: S A = f (1.25S c + 0.25S h )

(2)

Donde: Sc: esfuerzo admisible básico a la temperatura mínima Sh: esfuerzo admisible básico a la temperatura máxima (Diseño) ƒ: factor de reducción por cargas cíclicas (Tabulado en el Código ASME) 2.3.4. Esfuerzos Ocasionales Son aquellos producidos por cargas no constantes que se presentan solamente durante un período corto de tiempo, tales como las producidas por vientos, sismos, golpe de ariete, descarga de válvulas de seguridad, y toda aquella carga que ocurra únicamente durante un período de 1-10% del tiempo de vida de la planta en operación. Para que la tubería no falle, el código ASME establece por medio de la ecuación (3), lo siguiente:

σ L + σ o ≤ 1.33 × S h

(3)

12

Donde:

σL

σh Sh

Es el esfuerzo longitudinal por cargas sostenidas (componente axial de la presión más el peso de las tuberías y sus accesorios) Es el esfuerzo longitudinal producido por las cargas ocasionales Es el esfuerzo admisible básico a la temperatura de diseño

2.4. Diseño de Sistemas de Tuberías [3] Las etapas que usualmente se siguen en el proceso de diseño de un sistema de tuberías son las siguientes: 1. Definición del diámetro de la tubería en la etapa de Ingeniería Básica, y depende fundamentalmente del proceso, es decir, caudal, velocidad y presión del fluido en las diferentes partes del sistema. 2. Determinación del espesor de la pared, el cual se calcula de manera que la tubería sea capaz de soportar los esfuerzos tangenciales producidos por la presión del fluido. 3. Preparación preliminar del recorrido de las diversas líneas en la forma de un dibujo isométrico. 4. Se analiza el sistema formalmente en términos cuantitativos para comprobar que los esfuerzos producidos en la tubería estén dentro de los valores admisibles, y que las cargas sobre los equipos no sobrepasen los valores límites. 5. Si el sistema no posee la flexibilidad suficiente y/o no es capaz de resistir las cargas sostenidas (efecto de la gravedad) o las cargas ocasionales, el ingeniero de tuberías tiene a su disposición los siguientes recursos: •

Reubicación de soportes

•

Modificación del tipo de soporte en puntos específicos

•

Utilización de soportes flexibles

•

Modificación parcial del recorrido de la línea en zonas específicas

•

Utilización de lazos de expansión

•

Utilización de juntas de expansión y barras tensoras

13

2.5. Soportes Los soportes son elementos cuya función es soportar las cargas generadas en el sistema, así como restringir o limitar el movimiento de la tubería frente a la acción de cargas externas y desplazamientos de expansión. Los principales agentes que rigen el cálculo y selección de los soportes son; el peso de la tubería y su contenido, peso de la tubería llena de agua para la prueba hidrostática, efectos causados por el viento y sismo, desplazamientos térmicos, asentamientos, la deflexión máxima permitida dentro de cada proyecto, ubicación factible en el arreglo, entre otros. A continuación se presentan algunos de los soportes más comúnmente utilizados en una red de tuberías: 2.5.1. Soportes Rígidos Son soportes que proveen rigidez en al menos una dirección respecto a la de la tubería. Se clasifican en: Apoyo simple: Sirven de apoyo a la tubería, actuando en sentido contrario a la fuerza de gravedad, restringiendo únicamente un solo grado de libertad y ofreciendo sólo resistencia a movimientos laterales por medio del roce. Algunos ejemplos de éste tipo de apoyo se muestran en las Figuras 3 y 4.

Figura 3. Soporte rígido tipo Cristo.

Figura 4. Soporte tipo “Dummys”

14

Guía: Las guías se utilizan para impedir movimientos en los sentidos laterales a la tubería, permitiendo únicamente movimientos o desplazamientos longitudinales y rotaciones. Algunos ejemplos de éste tipo de apoyo se muestran en las Figuras 5 y 6.

Figura 5. Soporte tipo Guía

Figura 6. Soporte conjunto. Guía con zapata

Anclaje direccional: Impide movimientos en el sentido longitudinal de la tubería, pero permite movimientos en el sentido transversal y rotaciones. En la Figura 7 se muestra un ejemplo típico.

Figura 7. Soporte tipo Limite-Stop para tubería aislada con zapata

15

Anclajes: Los anclajes restringen todos los grados de libertad de la tubería en ese punto. Un empotramiento es un ejemplo de anclaje. 2.5.2. Soportes Flexibles: Los soportes flexibles se utilizan generalmente en líneas a altas temperaturas, sirviendo de apoyo flexible, permitiendo cierto desplazamiento a la tubería por el efecto de la expansión térmica. Los soportes flexibles se clasifican en: •

Resortes de carga variable.

•

Resortes de carga constante.

•

Resortes laterales.

•

Amortiguadores.

2.5.3. Soportes Temporales: Se

utilizan en

aquellos casos en

los

que la tubería requiere

apoyos

adicionales en determinadas circunstancias, por ejemplo, mientras se realiza la prueba hidrostática o algún tipo de mantenimiento. Los soportes temporales deben estar bien identificados para que sean removidos de las instalaciones una vez que ya no hagan falta.

2.6. Criterios para la Selección y Ubicación de Soportes [5] A continuación se presentan una serie de criterios y consideraciones, según prácticas comunes, sobre la ubicación y selección de soportes: •

Solo serán creados soportes especiales cuando no es posible la colocación de ningún soporte estándar. Dichos soportes deberán ser lo más sencillos posible. (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

16

•

La colocación de soportes no deberá interferir con equipos, fundaciones, bancadas, tanquillas, tuberías o espacios destinados al mantenimiento y/u operación de válvulas, equipos, motores, etc. (DISEÑO).

•

Se debe verificar que la distancia entre soportes está de acuerdo al SPAN especificado para el proyecto. (Ver Anexo V) (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

•

En todas las líneas se debe colocar, preliminarmente, guías a intervalos regulares para prevenir los efectos de expansión térmica, sismos, viento o cargas de impacto. Estas deberán ser verificadas por flexibilidad en las líneas que lleven análisis formal (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

•

A la entrada y salida de los equipos rotativos se debe procurar utilizar soportes ajustables, según los resultados del análisis de flexibilidad (FLEXIBILIDAD).

•

Es importante no colocar guías en las zonas cercanas a los codos, pues podría verse comprometida la flexibilidad de la línea. En general se toma una distancia igual o mayor a 40 veces el diámetro nominal de la tubería (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

•

Las válvulas de alivio deben estar bien soportadas. A la salida debe ir sujeta con abrazaderas o U-bolts y en la entrada deben guiarse siempre que esto no afecte los resultados del análisis de flexibilidad (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

•

Se debe verificar que las cargas en los soportes estén dentro del rango permitido (FLEXIBILIDAD).

•

En los puntos de apoyo de estaciones de control, el primer soporte en la dirección del flujo debe ser un soporte fijo, los siguientes serán soportes deslizantes, siempre y cuando no produzcan problemas de flexibilidad (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

•

Las guías, tanto verticales como horizontales se pueden emplear para direccionar los desplazamientos de las tuberías hacia donde se optimice la flexibilidad y los esfuerzos sobre las mismas y los equipos involucrados (FLEXIBILIDAD).

•

Se debe considerar la colocación de soportes temporales para casos de mantenimiento de equipos y prueba hidrostática (DISEÑO / FLEXIBILIDAD).

17

•

Los soportes se deberán ubicar lo más cercano posible a los puntos de concentración de cargas sostenidas como válvulas, filtros, etc. También se deberán ubicar soportes simples en los puntos cercanos a los cambios de dirección de la tubería (DISEÑO).

•

Se bebe tener especial consideración para la colocación de soportes tipo resorte, planchas de teflón, etc. a fin de colocarlo en puntos de fácil acceso y mantenimiento. (FLEXIBILIDAD).

2.7. FACTORES A CONSIDERAR EN UN ANALISIS DE FLEXIBILIDAD 2.7.1. Expansión térmica La expansión producto de las variaciones de temperatura entre el sistema de tuberías y el medio ambiente, o por diferencias térmicas entre los arranques y paradas del sistema, representan el efecto más importante a considerar en el análisis de flexibilidad. 2.7.2. Desplazamientos externos Este tipo de movimientos son inducidos sobre el sistema por los equipos conectados al mismo, generalmente, son de origen térmico, aunque también pueden provenir de asentamientos en el terreno y constituyen un factor importante a la hora de analizar un sistema. 2.7.3. Gravedad Para el análisis de un sistema dado se considera el peso de la tubería, su contenido y aislante, como una carga uniformemente distribuida. Mientras que los accesorios como válvulas, bridas, filtros y demás se modelan como cargas concentradas. Es fundamental una buena soportería para no tener problemas con este tipo de cargas. 2.7.4. Viento El efecto del viento, generalmente, se considera para tuberías de gran diámetro y elevaciones de más de 10mts. respecto al suelo, pero éstas especificaciones depende de los requerimientos de cada proyecto. Representa un factor importante y se modela como una fuerza estática uniformemente distribuida. 18

2.7.5. Sismo Los efectos de un posible sismo son modelados como una fuerza estática uniformemente distribuida, proporcional al peso de la tubería y sus accesorios. Nuevamente, los parámetros para evaluar un sismo dependen de las especificaciones de cada proyecto. 2.7.6. Fricción El roce presente entre la tubería y sus puntos de apoyo o soporte es proporcional al peso de la misma, y ejerce una importante influencia sobre las cargas en soportes o restricciones y en las boquillas de los equipos. 2.7.7. Válvulas de Alivio Es importante considerar el efecto que tiene la apertura de las válvulas de alivio de un sistema, ya que éstas generan una fuerza de reacción considerable sobre el sistema de tuberías en análisis. 2.7.8. Aplastamiento El aplastamiento es una falla causada por un sobreesfuerzo o inestabilidad de la pared de la tubería en el lado a compresión de una tubería (en donde se apoya para ser sostenida y vencer la gravedad). Por lo general, este fenómeno afecta a tuberías de diámetros grandes ( 24” y mayores), y para prevenirlo se colocan, en éste tipo de tuberías, soportes tipo silla o saddle.

2.7.9 Presión Interna La presión interna de la tubería genera esfuerzos tangenciales, que ocasionan la expansión radial de la tubería, y esfuerzos longitudinales que ocasionan la elongación axial de la misma. 2.8. CAESAR II CAESAR II es un programa computacional, basado en la técnica de elementos finitos, que simula el comportamiento de un sistema de tuberías.

19

El usuario de CAESAR II puede crear un modelo del sistema de tuberías y definir las condiciones de carga presentes en él. Con estos datos de entrada, el programa, genera resultados en forma de desplazamientos, cargas y esfuerzos. Resultados que el CAESAR II compara automáticamente con los límites especificados por códigos reconocidos y estándares, es por ello que CAESAR II es tan útil, ya que contiene normas tipo API, ASME, ASCE, NEMA, WRC, entre otras, lo que le permite verificar que el sistema cumple con los códigos y normas que garantizan el correcto funcionamiento del sistema. [6] 2.9. NORMA API 610 (Bombas Horizontales): [3] El criterio empleado para determinar el valor de las cargas admisibles en equipos rotativos de esta clase se basa en limitar, al máximo, la distorsión que estas cargas ocasionan al equipo. Las configuraciones aceptables de sistemas de tuberías no deberían causar una excesiva desalineación entre la bomba y el rotor. Las configuraciones que generan componentes de fuerzas en las boquillas que varían entre los rangos especificados por la API 610 (ver Anexo II), limitaran la distorsión del cuerpo de la bomba a la mitad de lo establecido por el criterio de diseño del fabricante y aseguraran desplazamientos del eje a 0.010 pulg. Para que una bomba centrífuga cumpla con lo establecido en el API 610, se debe conocer el estado de cargas en ambas boquillas, y cumplir con: •

Todas y cada una de las cargas deben ser inferiores al valor dado en la tabla 2 de dicho código.

Si alguna carga supera los valores de la tabla 2, entonces se han de cumplir todos y cada uno de los siguientes puntos: 1. Cada una de las componentes de fuerza y momento no deben exceder el doble del valor de la tabla 2. 2. La fuerza y el momento resultante en las boquillas de succión y de descarga deben satisfacer las siguientes ecuaciones: FRS M RS + ≤2 1.5TRT 2 1.5M RT 2

(4)

20

M RS FRD + ≤2 1.5TRT 2 1.5M RT 2

(5)

3. La fuerza y el momento resultante en el centro de la bomba, asi como, el momento en la dirección Z (ver Anexo II, para eje coordenados de cada bomba) en ese punto deben cumplir con: FRC < 1.5 x (FRST2 + FRDT2)

(6)

MRC < 1.5 x (MRST2 + MRDT2)

(7)

MZC < 1.5 x (MZST2 + MZDT2)

(8)

Donde: S: ...subíndice, indica succión. D: ...subíndice, indica descarga. T2: ...subíndice, indica tabla número 2. C: ...punto medio de la bomba. Intersección del eje de la bomba - eje pedestal. 2.10. MÉTODO DE KELLOGG (Fuga en Bridas) La fuga de fluidos en las uniones bridadas es un importante a tomar en cuenta, sobretodo para tuberías de diámetro grande (16 pulg. en adelante) las cuales son más propensas a fallar debido a que poseen una rigidez mayor. La fuga en bridas está estrechamente relacionada con rigidez de los componentes de la unión (bridas, pernos, empacaduras), ya que una mayor rigidez dificulta un acople compacto y uniforme que no permita fugas del fluido. Por supuesto, la presión alta es otro agente que puede producir problemas de fuga. Es fundamental verificar que no exista fuga de fluido por las uniones por bridas, y más aún cuando el fluido transportado es toxico y/o peligroso para el ser humano. Para evitar éste problema, la empresa de ingeniería Kellogg ha desarrollado un método sencillo que permite verificar si la unión puede o no presentar problemas de fuga. El procedimiento del método se muestra mediante un ejemplo en el Anexo III.

21

2.11. CRITERIOS LISTA DE SEGREGACIÓN PROYECTO RABIGH Los criterios de segregación, son lineamientos utilizados para determinar el tipo de análisis requerido de cada una de las líneas asociadas a un sistema, dependiendo de los parámetros de diseño, fluido que maneja, dimensiones, equipos a los que está conectada, entre otras. Para el proyecto Rabigh se utilizarán los siguientes criterios: 2.11.1. Análisis de Flexibilidad Formal [4] Un análisis formal de flexibilidad será requerido bajo las siguientes condiciones: •

Tuberías que entren en el rango de análisis formal en la Figura 8. Formal Piping Flexibility Analysis is Required.

Figura 8. Gráfico, criterio de segregación.

•

Líneas de servicio de gas agrio (con alto contenido de sulfuro) a partir de un diámetro de 4” en adelante.

•

Líneas de procesos a partir de un diámetro de 12” en adelante.

•

Múltiples de distribución (Cabezales) de gas.

22

•

Líneas que contienen juntas de expansión.

•

Líneas con recubrimiento interno refractario.

•

Líneas en donde se presente el fenómeno de “Slugging” (flujo bifásico, dependiendo de geometría del sistema y de la velocidad del flujo).

•

Líneas de procesos no metálicas.

•

Líneas con “Steam Trace” (Trazas de vapor)

•

Líneas conectadas a los siguientes equipos: Equipos rotativos a partir de un diámetro de boquilla mayor a 2”. Intercambiadores tipo Air –cooled para líneas mayores a 4” de diámetro. Tanques de almacenamiento para tuberías de 12” de diámetro y mayores.

•

Líneas conectadas a sistemas de alivio, con descarga cerrada o a la atmósfera.

2.11.2 Inspección Visual Formal [4] Este tipo de revisión se le dará a todas las demás líneas que no entran dentro de la clasificación de Análisis de Flexibilidad Formal. Este grupo estará conformado por líneas indicadas en la Figura 8 como Formal Review Required, así como por sistemas que guarden gran similitud con otro ya analizado y verificado. La inspección visual es necesaria para todas las líneas, ya que con este análisis se revisará el recorrido de cada línea a fin de verificar que existan puntos de absorción de expansión térmica, (por ejemplo, codos), que el espaciamiento entre soportes y guías sea el adecuado para el diámetro de la línea y que, al mismo tiempo, la colocación del soporte no afecte de manera negativa la libre expansión de la tubería.

23

3. DESARROLLO DEL ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD PROYECTO RABIGH Basados en los criterios antes mencionados, el proyecto Rabigh se desarrolló por áreas de trabajo, dividas en las dos unidades regeneradoras de aminas (ARU2 y ARU3) y dos unidades depuradoras de aguas agrias (SWS2 y SWS3).

Figura 9. Esquema de ubicación de las Unidades

En el presente informe se analizan dos sistemas pertenecientes a la depuradora de aguas ágrias SWS2 y un sistema del regenerador de aminas ARU3 . Los tres sistemas están conformados por líneas críticas de acuerdo al criterio de segregación. El análisis de flexibilidad de éstos sistemas será guiado por las normativas y especificaciones, presentes en el manual de ejecución del proyecto, así como por la lista de verificación del proyecto (ver Anexo IV), la cual contempla tanto especificaciones del cliente como el plan de calidad de la empresa. A continuación se presentan algunas especificaciones básicas dentro del proyecto Rabigh [4] -

Temperatura Ambiente: 27 ºC

24

-

Viento:

Velocidad del viento a una elevación de 10 metros: 150 Km/h Dirección predominante del viento: Oeste-Noroeste. Coeficiente de forma (ASCE7-02) : 0.7

-

Sismo:

Factor de sismo : 0.09 Fp = 0.09 x Wp

(fuerza estática uniformemente distribuida,

proporcional al peso de la tubería y sus accesorios) Wp : Peso de la tubería - Fuerza de Fricción: El factor de roce que genera una fuerza proporcional al peso, en la dirección contraria al desplazamiento de la tubería, depende del material de las dos superficies en contacto y se obtiene de la Tabla 1: Tabla 1. Factores de Roce

MATERIALES

FACTORES DE FRICCIÓN

ACERO-ACERO

0,30

ACERO-CONCRETO

0,45

ACERO-TEFLÓN

0,20

3.1. ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD DEL SISTEMA R301-SOW-015 (SWS2) 3.1.1. Descripción En ésta sección se reportan los resultados, conclusiones y recomendaciones del análisis de flexibilidad del sistema R301-SOW-015 . Se utilizará como herramienta de análisis al programa CAESAR II, Versión 4.5, a fin de verificar que los esfuerzos en el sistema R301-SOW-015 , cargas y reacciones en las boquillas de equipos, no sobrepasen los valores admisibles establecidos por las normas y códigos aplicables (API 610, ASME B31.3, Método de Kellogg, Tabla de Cargas Admisibles proporcionada por el cliente) . El sistema está conformado por las líneas R301-SOW-015-01-1CC1P1-IH y R301SOW-015-02-1CC1P1-IH, encargadas de transportar el agua agria proveniente de la Torre 25

de Fraccionamiento hasta la succión de dos Bombas centrifugas. La descarga de estas bombas está constituida por las líneas R301-SOW-016-10-1CC1P1-IH y R301-SOW-01610-1CC1P1-IH, las cuales suben desde la boquilla de descarga hasta el nivel de procesos del “Pipe Rack” en donde se empatan en una unión tipo Tee recta con R301-SOW-01650-1CC1P1-IH, línea que recorre el Rack hasta conectarse a otro sistema. Todas las líneas del sistema se encuentran aisladas con silicato del calcio. En la Figura 10 se muestra una representación espacial (3D) del sistema de tuberías en análisis, así como las características de la soportería.

8”

10”

8”

Figura 10. Sistema R301-SOW-015. Configuración Original

3.1.2. Especificaciones del sistema Las especificaciones y condiciones de las líneas se muestran en la Tabla 2 y 3 respectivamente. Tabla 2. Especificaciones de las Líneas R301-SOW-015

Nº Línea Succión Descarga

R301-SOW015 R301-SOW016

Diam. Nom. (pulg)

Sch

Clase Bridas

Material

Esp. Corrosión (pulg)

Esp. Aislante (pulg)

10”/ 8”

40

150

SA-106-B

1/16

2 1/2

6”/ 8 ”

40

150

SA-106-B

1/16

2 1/2

26

El cambio de diámetro de cada una de las líneas que se observa en la Tabla 2, es debido a que se cuenta con un sistema formado por la succión y descarga de dos bombas centrífugas, y éstas requieren de reductores tanto a la entrada como a la salida. El sistema, posee además, conexiones en T del tipo soldada, codos de radio largo y una serie de accesorios variados que se muestran en los isométricos del sistema (ver Anexo VII). Tabla 3. Condiciones de las Líneas R301-SOW-015

Nº Línea Succión Descarga

Temp. Diseño (ºC)

Temp. Op. (ºC)

163

130

215,75

353,039

529,56

0,935

163

130

978,85

1470,99

2206,5

0,935

R301-SOW015 R301-SOW016

Presión Presión Presión Diseño Operación Prueba (kPa) (kPa) H. (kPa)

Densidad Fluido (kg/dm3)

En la Tabla 3 se puede observar como, a pesar de que la temperatura no varía, existe un aumento en la presión en el sistema, lo cual es absolutamente esperado dado la presencia de las bombas centrífugas. Es requerimiento del proyecto mantener un tramo recto de al menos 5 veces el diámetro de la tubería, antes de la entrada a la bomba. Esto para proporcionar un flujo más uniforme y menos turbulento en la succión de las bombas. Por otra parte, la succión de las bombas debe presentar arreglos simétricos y las líneas deben ser “no pocket” por requerimiento de la disciplina de procesos. 3.1.3. Equipos Asociados En la Tabla 4 se muestran los equipos asociados al sistema de tubería en análisis. Tabla 4. Equipos Asociados al Sistema R301-SOW-015

R301-T-001

Torre de Fraccionamiento

R301-P-0004A

Bomba centrifugas API 610 de configuración “End-Top”

R301-P-0004B

Bomba centrifugas API 610 de configuración “End-Top”

Las hojas de datos de los equipos se encuentran en el Anexo VII

27

3.1.4. Hipótesis de cálculo Se estudiará la flexibilidad del sistema, básicamente, analizando su comportamiento bajo los efectos de cargas sostenidas, expansión térmica y cargas ocasionales. Dichos efectos serán combinados en las condiciones de operación y diseño, para simular los diferentes casos cargas a los que pudiese estar sometido el sistema durante su vida en la planta. Las cargas ocasionales, para este sistema, estarán compuestas por cargas de sismo y cargas de viento, las cuales, como se mencionó anteriormente, no actuarán simultáneamente sobre las líneas. A continuación en la Tabla 5 se muestran los casos de carga a analizar: Tabla 5. Descripción casos de carga R301-SOW-015

CASO DE CARGA

DESCRIPCIÓN

L1

Prueba Hidrostática (HYD) WW + PH

L2

Sistema operando a Condiciones Operación (OPE) W + T1 + P1

L3

Sistema operando a Condiciones Diseño (OPE) W + T2 +P2

L4

Peso + Presión, en condiciones de Operación (SUS) W + P1

L5

Peso + Presión, en condiciones de Diseño (SUS) W + P2

L6

Carga Sísmica X (OCC) U1

L7

Carga Sísmica Z (OCC) U2

L8

Carga por Viento X (OCC) WIN1

L9

Carga por Viento Z (OCC) WIN2

L10

Expansión Térmica en Condiciones de Operación (EXP) L2 - L4

L11

Expansión Térmica en Condiciones de Diseño (EXP) L2 - L5

L12

Caso Ocasional (OCC) L4 + L6 (Esfuerzos)

L13

Caso Ocasional (OCC) L4 + L7 (Esfuerzos)

L14

Caso Ocasional (OCC) L4 + L8 (Esfuerzos)

L15

Caso Ocasional (OCC) L4 + L9 (Esfuerzos)

L16

Caso Ocasional (OCC) L2 + L6 (Fuerzas Absolutas)

L17

Caso Ocasional (OCC) L2 + L7 (Fuerzas Absolutas)

L18

Caso Ocasional (OCC) L2 + L8 (Fuerzas Absolutas)

L19

Caso Ocasional (OCC) L2 + L9 (Fuerzas Absolutas)

28

En donde: W : Peso de la tubería. WW: Peso de la tubería llena de agua. P1: Presión de Operación. P2: Presión de Diseño. PH: Presión de Prueba Hidrostática. T1: Temperatura de Operación. T2: Temperatura de Diseño. U: Cargas Sísmicas. WIN: Cargas de Viento. Para garantizar el buen funcionamiento del sistema y de los equipos conectados a él, éste debe cumplir con los códigos y normas de diseño, los cuales, para este caso se resumen básicamente en; ASME B31.3, API 610, Método de Kellogg para Fuga en Bribas y la tabla de las Cargas Admisibles en los Equipos Estáticos proporcionada por Técnicas Reunidas. (ver Anexo V)

3.1.5. Diagnóstico del Sistema Los resultados obtenidos del análisis de esfuerzos del sistema en su configuración original se muestran, de forma resumida, en la Tabla 6: Tabla 6. Resumen de Esfuerzos R301-SOW-015. Configuración Original.

ESFUERZO MÁXIMO (MPa)

CASO DE CARGA

Obtenido

Admisible

Porcentaje %

Nº Nodo

L1

24.8

183.4

13.5

2210

L5

24.9

137.9

18.1

2210

L11

189.4

206.8

91.6

230

L14

48.7

183.4

26.5

2129

29

El estado de esfuerzos para la condición más crítica L11 ((EXP) L2-L5) se muestra en la Figura 11.

Figura 11. Distribución de Esfuerzos en R301-SOW-015 para el caso L11, (EXP) L2-L5

Como se puede observar en la Tabla 6 y en la Figura 11, los esfuerzos generados en la configuración original no exceden los límites admisibles impuestos por el código, por lo que el sistema no debe fallar por esfuerzos. Esto se debe a una, relativamente adecuada etapa de diseño. Las cargas y momentos en la boquilla de la Torre se encuentran dentro de los rangos admisibles, especificados por el proyecto, para equipos estáticos y cumple con el Método de Kellogg para la fuga en brida. Los resultados pueden verificarse en el Anexo VI y VII. Sin embargo, las cargas generadas en las boquillas de succión de las bombas sobrepasan ampliamente los valores admisibles de la norma API 610. Resultado, ciertamente esperado dado los altos valores de esfuerzo en las zonas cercanas a la succión de las bombas. En la Figura 12, que muestra el reporte del módulo API 610 del CAESAR II, se puede observar como las cargas y momentos, en las condiciones de diseño para la succión de la Bomba P-0004A no cumplen con la norma, ya que exceden por mucho más del doble los valores admisibles de la API 610 y no verifican ésta condición necesaria para ser aprobada por la norma.

30

La situación en la Bomba P-0004B es bastante similar, aunque en la P-0004A la situación es más desfavorable y es por esto que se muestran sus resultados en la Figura 12. Los resultados de la Bomba P-0004B se encuentran en el Anexo VII.

CAESAR II ANALYSIS REPORT: API 610 2003 - Centrifugal Pumps (9th Ed.) INPUT (CAESAR II Global Coordinates): Horizontal Pump Node # Orientation Nominal Diameter Suction Nozzle 240 End 8 Discharge Nozzle 2010 Top 6 OUTPUT (API 610 9th Edition Local Coordinates): Suction x force z force y force

= = =

x moment z moment y moment

= = =

18549.0 4714.0 154754.0

N. N. N.

Table 2 Values 4892 3780 3113

-2916.0 N.m. 67559.0 N.m. -8771.0 N.m.

Force & Moment Ratios 3.79 1.25 49.70

3525 1762 2576

0.83 38.33 3.40

Status Failed Passed Failed Passed Failed Failed

Check of Condition F.1.2.b

Requirement

Status

(FRSa/1.5FRSt4) + (MRSa/1.5MRSt4) = 24.562 (FRDa/1.5FRDt4) + (MRDa/1.5MRDt4) = 1.565

< or = 2.00 < or = 2.00

Failed Passed

Check of Condition F.1.2.c

Requirement

Status

> > >

Failed Failed Failed

1.5 ( FRSt4 + FRDt4 ) 2.0 ( MYSt4 + MYDt4 ) 1.5 ( MRSt4 + MRDt4 )

= = =

17147. 5884. 11815.

160005. (FRCa) 48079. (MYCa) 48448. (MRCa)

Overall Pump Status ** FAILED **

Figura 12. Reporte módulo API610, CAESAR II. Bomba P-0004A.

La gran magnitud del momento en el eje “Z” es provocada por la elevada carga en el eje “Y” generada, principalmente, por la expansión de los trunnions utilizados como soportes en los tramos de entrada a las bombas. Como los trunnions son unos trozos de tubería soldados directamente sobre la línea que se utilizan como apoyos de la misma, estos absorben cierta cantidad de calor, lo que ocasiona que se expandan. Por otro lado, se observa en la Figura 12, la falla de la boquilla por el momento en “Y”, el cual es ocasionado por la expansión del sistema en la dirección “Z”. Es importante notar la rigidez que le proporciona al sistema, el requerimiento de los tramos rectos en la succión de las bombas, ya que suministra un brazo obligado, susceptible a generar altos momentos en las boquillas de las bombas. Esta situación se puede apreciar en la Figura 13. 31

Figura 13. Simulación del caso operación bajo condiciones de diseño.

3.1.6. Soluciones Propuestas Para disminuir los valores de las cargas y momentos en las boquillas de las bombas hasta lograr cumplir con lo establecido en las normas, se implementaron las siguientes soluciones: •

Eliminar Trunnions: Se sustituyeron los trunions por soportes rígidos tipo cristo, con esta acción se

redujeron notablemente las cargas y momentos en la boquilla de succión de la bomba. Sin embargo, los desplazamientos producidos por la expansión en la dirección “Z”, continúan ocasionado un momento en “Y” que no cumple con la norma API 610. En la Tabla 7, se puede observar como el momento supera por más del doble a los valores admisibles de la Tabla #2 perteneciente a la norma API 610, condición necesaria, mas no suficiente, para cumplir con la norma.

32

Tabla 7. Fuerzas y Momentos en la Bomba P-0004A .

Fuerzas y Momentos

Valores Obtenidos

P-0004A

•

Admisibles x 2 Tabla 2 (API610)

Fx (N)

929

9780

Fy (N)

182

6220

Fz (N)

880

7560

Mx (N.m)

2499

7060

My (N.m)

6615

5160

Mz (N.m)

2669

3520

Rediseño del ruteo de la línea: Para lograr bajar el momento en “Y” en la boquilla de la bomba, se modificó el

recorrido original del sistema., tomando en cuenta los requerimientos del proyecto mencionados anteriormente (simetría en los arreglos y el tramo recto para reducir turbulencias a la entrada de la bomba).

Figura 14. Sistema R301-SOW-015. Solución Propuesta.

33

En la Figura 14 se propone un arreglo más flexible, el cual redujo el brazo causante del momento en la boquilla de succión, tramos comprendidos entre los nodos 435-480 y 192-240. Además esta modificación agregó cambios de dirección que permitieron absorber la expansión del tramo conformado por los nodos 300-55-60, y por ende reducir los desplazamientos en la dirección “Z” que generaban los problemas. Por otra parte, esta nueva configuración agregó mayor peso sobre los trunnions que servían de apoyo a los tramos de la succión (los cuales fueron reubicados, como se observa en la Figura 14), por lo que la fricción ofrecía mayor resistencia a los movimientos laterales de la línea. El nuevo ruteo fue elaborado, tras varias propuestas, y en consenso con la disciplina de diseño, los cuales proporcionan las opciones de espacio libre disponible. Esta actividad es fundamental para evitar choques entre sistemas. En la Figura 15 se observa al sistema en el modelo (Smart Plant) de la Planta.

Figura 15. Sistema R301-SOW-011 en el Modelo de Planta. Solución Propuesta.

Esta propuesta logró solventar los problemas que se presentaban en la succión de las bombas en el sistema. A continuación en las Figura 16 y 17 se presentan, el reporte de API 610 y el nuevo estado de esfuerzos del sistema respectivamente:

34

CAESAR II ANALYSIS REPORT: API 610 2003 - Centrifugal Pumps (9th Ed.) Horizontal Pump Node # Orientation Nominal Diameter Suction Nozzle 240 End 8 Discharge Nozzle 2010 Top 6 Suction Table 2 Force & Moment Status Values Ratios x force = 2852.0 N. 4892 0.58 Passed y force = 1773.0 N. 3780 0.47 Passed z force = -1247.0 N. 3113 0.40 Passed x moment = -1026.0 N.m. 3525 0.29 Passed y moment = 2431.0 N.m. 1762 1.38 Passed z moment = -4778.0 N.m. 2576 1.85 Passed Discharge Table 2 Force & Moment Status Values Ratios x force = -2873.0 N. 2490 1.15 Passed y force = -300.0 N. 2046 0.15 Passed z force = 2933.0 N. 3113 0.94 Passed x moment = 1665.0 N.m. 2305 0.72 Passed y moment = 165.0 N.m. 1180 0.14 Passed z moment = 3001.0 N.m. 1762 1.70 Passed Check of Condition F.1.2.b (FRSa/1.5FRSt4) + (MRSa/1.5MRSt4) = (FRDa/1.5FRDt4) + (MRDa/1.5MRDt4) = Check 1.5 ( 2.0 ( 1.5 (

of Condition F.1.2.c FRSt4 + FRDt4 ) MYSt4 + MYDt4 ) MRSt4 + MRDt4 )

= = =

1.111 1.342 17147. 5884. 11815.

Requirement < or = 2.00 < or = 2.00

Status Passed Passed

Requirement > 2239. (FRCa) > 1238. (MYCa) > 2077. (MRCa)

Status Passed Passed Passed

Overall Pump Status ** PASSED **

Figura 16. Reporte módulo API610, CAESAR II. Bomba P-0004A. Solución Propuesta

En la Figura 16 se observa como la bomba P-0004A aprueba la norma API 610, de igual forma lo hace la bomba P-0004B cuyo reporte se encuentra en el Anexo VII.

Figura 17. Sistemas R301-SOW-015. Distribución de esfuerzos en el caso de Operación bajo condiciones de diseño. Solución Propuesta.

35

La Figura 17 muestra como se aliviaron los esfuerzos del sistema con esta nueva configuración.

3.1.7. Conclusiones •

Es fundamental conocer y analizar en detalle las causas que originan problemas en un sistema de tuberías, ya que esto permitirá elegir el recurso más adecuado como solución del problema.

•

Es muy importante mantener una muy buena comunicación entre las áreas de flexibilidad y diseño de un proyecto, lo cual es de gran ayuda cuando es necesario rediseñar el sistema por problemas de flexibilidad.

•

Una inadecuada selección y ubicación de soportes, por lo general, es fuente de segura de problemas para el sistema de tuberías y es responsabilidad del área de flexibilidad solventarlos.

3.2. ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD DEL SISTEMA R292-HSG-001 (ARU3) 3.2.1 Descripción En ésta sección se reportan los resultados, conclusiones y recomendaciones del análisis de flexibilidad del sistema R292-HSG-001 . Se utilizará como herramienta de análisis al programa CAESAR II, Versión 4.5, a fin de verificar que los esfuerzos en el sistema, cargas y reacciones en las boquillas de equipos, no sobrepasen los valores admisibles establecidos por las normas y códigos aplicables (ASME B31.3, Método de Kellogg, Tabla de valores Admisibles proporcionada por el cliente, Cargas Admisibles proporcionadas por el fabricante del Air –Cooler). El sistema está conformado por la línea R292-HSG-001-01-1CC2P7-ST, encargada de transportar el gas ácido proveniente de la Torre de Fraccionamiento hasta la entrada del Air-cooler para ser enfriado. La salida del Air-cooler está constituida por la línea R292HSG-002-1SC9P3-PP, la cual realiza un recorrido relativamente largo, pasando por el Rack hasta un intercambiador de calor de tubo y carcasa. Todas las líneas del sistema se

36

encuentran aisladas con silicato del calcio. En la Figura 18 se muestra una representación espacial del sistema de tuberías en análisis, así como las características de la soportería

Figura 18. Sistema R292-HSG-001. Configuración Original

3.2.2 Especificaciones del sistema Las especificaciones y condiciones de las líneas se muestran en la Tabla 8 y 9 respectivamente. Tabla 8. Especificaciones de las Líneas. Sistema R292-HSG-001

Nº Línea R292-HSG-001 R292-HSG-002

Diam. Nom. (pulg) 16”/10” 8”/ 6”

Sch

Clase Bridas

30/40 10S

150 150

Esp. Material Corrosión (pulg) SA-106-B 1/8 A358-304L 1/32

Esp. Aislante (pulg) 1 1/2 1

El sistema, posee además, conexiones en T del tipo soldada, codos de radio largo, reductores excéntricos a las entradas y salidas de los equipos y una serie de accesorios variados que se muestran en los isométricos del sistema (ver Anexo VIII).

37

Tabla 9. Condiciones de las Líneas. Sistema R292-HSG-001

Nº Línea R292-HSG-001 R292-HSG-002

Temp. Temp. Diseño Operación (ºC) (ºC) 151 151

118 65

Presión Diseño (kPa)

Presión Operación (kPa)

Presión P.H (kPa)

Densida d Fluido (kg/dm3)

353.03 353.03

119.64 109.83

529.55 529.55

0.00150 0.00310

En la Tabla 9 se puede observar como, a pesar de que la presión varía muy poco, si existe una disminución de la temperatura en el sistema, lo cual es absolutamente esperado dado el paso del fluido por el Air-Cooler. Las líneas deben ser sin bolsillos (“ no pocket”), ya que manejan flujo mixto y podrían producirse puntos de condensado. En la Figura 19 se observa el arreglo original de este sistema en el modelo (Smart Plant) de la Planta.

Figura 19. Sistema R292-HSG-001 en el Modelo de Planta. Configuración Original.

38

3.2.3 Equipos Asociados En la Tabla 10 se muestran los equipos asociados al sistema de tubería en análisis. Tabla 10. Equipos Asociados al Sistema R292-HSG-001

R292-T-0001

Torre de Fraccionamiento

R292-E-0002

Air-Cooler

R292-E-0005

Intercambiador de Calor

Las hojas de datos de los equipos se encuentran en el Anexo VIII.

3.2.4 Hipótesis de cálculo Se estudiará la flexibilidad del sistema, básicamente, analizando su comportamiento bajo los efectos de cargas sostenidas, expansión térmica y cargas ocasionales. Dichos efectos serán combinados en las condiciones de operación y diseño, para simular los diferentes casos cargas a los que pudiese estar sometido el sistema durante su vida en la planta. Las cargas ocasionales, para este sistema, estarán compuestas por cargas de sismo y cargas de viento, las cuales, como se menciono anteriormente, no actuaran simultáneamente sobre las líneas. A continuación se presenta una Tabla en la que se exponen los casos de carga a analizar:

39

Tabla 11. Descripción casos de carga. Sistema R292-HSG-001

CASO DE CARGA

DESCRIPCIÓN

L1

Prueba Hidrostática (HYD) WW + PH

L2

Sistema operando a Condiciones Operación (OPE) W + T1 + P1

L3

Sistema operando a Condiciones Diseño (OPE) W + T2 +P2

L4

Peso + Presión, en condiciones de Operación (SUS) W + P1

L5

Peso + Presión, en condiciones de Diseño (SUS) W + P2

L6

Carga Sísmica X (OCC) U1

L7

Carga Sísmica Z (OCC) U2

L8

Carga por Viento X (OCC) WIN1

L9

Carga por Viento Z (OCC) WIN2

L10

Expansión Térmica en Condiciones de Operación (EXP) L2 - L4

L11

Expansión Térmica en Condiciones de Diseño (EXP) L2 - L5

L12

Caso Ocasional (OCC) L4 + L6 (Esfuerzos)

L13

Caso Ocasional (OCC) L4 + L7 (Esfuerzos)

L14

Caso Ocasional (OCC) L4 + L8 (Esfuerzos)

L15

Caso Ocasional (OCC) L4 + L9 (Esfuerzos)

L16

Caso Ocasional (OCC) L2 + L6 (Fuerzas Absolutas)

L17

Caso Ocasional (OCC) L2 + L7 (Fuerzas Absolutas)

L18

Caso Ocasional (OCC) L2 + L8 (Fuerzas Absolutas)

L19

Caso Ocasional (OCC) L2 + L9 (Fuerzas Absolutas)

En donde: W : Peso de la tubería. WW: Peso de la tubería llena de agua. P1: Presión de Operación. P2: Presión de Diseño. PH: Presión de Prueba Hidrostática. T1: Temperatura de Operación. T2: Temperatura de Diseño. U: Cargas Sísmicas. WIN: Cargas de Viento.

40

Para garantizar el buen funcionamiento del sistema y de los equipos conectados a él, éste debe cumplir con los códigos y normas de diseño, los cuales, para este caso se resumen básicamente en; ASME B31.3, API 610, Método de Kellogg para Fuga en Bribas y la tabla de valores de las Cargas Admisibles en los Equipos Estáticos proporcionada por Técnicas Reunidas (ver Anexo V). 3.2.5 Diagnóstico del Sistema Los resultados obtenidos del análisis de esfuerzos del sistema en su configuración original se muestran, de forma resumida, en la siguiente Tabla: Tabla 12. Resumen de Esfuerzos. Sistema R292-HSG-001. Configuración Original.

ESFUERZO MÁXIMO (MPa)

CASO DE CARGA

Obtenido

Admisible

Porcentaje %

Nº Nodo

L1

91.4043

153.136

59.69

3050

L5

61.921

114.905

53.89

3050

L11

144.002

172.651

83.41

3080

L15

123.190

152.824

80.61

3050

La distribución de esfuerzos del sistema para la condición más crítica L11 ((EXP) L2-L5) se muestra en la Figura 20, mientras en la Figura 21 se observa el detalle de la concentración de esfuerzos en el Air-Cooler, zona más crítica del sistema de tuberías.

Figura 20. Distribución de Esfuerzos en el Sistema R292-HSG-001 para el caso L11, (EXP) L2-L5

41

Figura 21. Distribución de Esfuerzos en el área del Air- Cooler para el caso L11, (EXP) L2-L5.

Como se puede observar en la Tabla 12 y en las Figuras 20 y 21, los esfuerzos generados en la configuración original no exceden los límites admisibles impuestos por el código, por lo que el sistema no debe fallar por esfuerzos. Esto gracias a una, relativamente adecuada etapa de diseño. Las cargas y momentos en la boquilla de la Torre se encuentran dentro de los rangos admisibles, especificados por el proyecto, para equipos estáticos y cumple con el Método de Kellogg para la fuga en brida. Los resultados pueden verificarse en el Anexo VI y VIII. Sin embargo, las cargas generadas en las boquillas de entrada y salida del AirCooler sobrepasan ampliamente los valores admisibles del equipo. Situación, ciertamente esperada dado los altos valores de esfuerzo en las zonas cercanas al Air-Cooler, sobretodo a la salida. En la Tabla 13 se encuentra un resumen de estos resultados.

42

Tabla 13. Reacciones en el Air –Cooler

Reacciones

Valores Obtenidos

Admisibles

Fz (N)

73922

16020

(φ = 8”)

Mx (N.m)

19431

6100

Boquilla

Fz (N)

19251

10060

Mx (N.m)

4570

4280

Air-Cooler Boquilla Entrada

Salida (φ = 6”)

La Tabla 13 sólo muestra los valores más críticos para la entrada y la salida del AirCooler, en el Anexo VIII se encuentran los resultados en una forma más detallada. El momento en el eje “X” es provocado por la elevada carga en el eje “Z” generada, principalmente, por la dilatación longitudinal (dirección “Z”) del cabezal de entrada al Air–Cooler, sumado a la expansión del tramo comprendido entre los nodos 150-160, proveniente de la Torre, el cual no sólo contribuye a aumentar las cargas y momentos en las boquillas del Air-Cooler por medio del efecto térmico sino también por el efecto del peso. En la Figura 22 se aprecia más claramente lo explicado anteriormente.

Figura 22. Simulación de la expansión en el caso Operación bajo condiciones de Diseño. Air- Cooler

43

Una limitación importante, que se debe tomar en cuenta a la hora de solventar este problema, es que se debe evitar modificar la ubicación de la válvula (nodo 180), ya que está ubicada en el límite de acceso para su operación. Por otro lado, las cargas y momentos en la boquilla del intercambiador de calor R292-E-0005 superan los valores admisibles para el equipo. En la siguiente tabla se observan estos resultados: Tabla 14. Fuerzas y Momentos boquilla del Intercambiador. Condición de Operación en Diseño.

Fuerzas y Momentos

Valores Obtenidos

Admisibles

Fx (N)

3256

2828

Fy (N)

754

2828

Fz (N)

-144

2121

Mx (N.m)

-1617

1010

My (N.m)

3222

1515

Mz (N.m)

-231

1313

La reacción de momento en la dirección “Y” es provocada por la combinación del brazo que ofrece el tramo comprendido entre los nodos 3460-3470 y la fuerza en “X”, la cual a su vez es producida por la expansión en esta dirección del tramo 3360-3390.

Figura 23. Simulación de la expansión en el caso de operación bajo condiciones de Diseño. Intercambiador de Calor.

44

En la Figura 23 se puede observa los desplazamientos que presenta el sistema en esta área. Por su parte, el momento en “X” se justifica con los desplazamientos de la tubería en la dirección “-Y”, los cuales combinados con el brazo del tramo 3460-3470 originan un momento en “X” que excede los límites admisibles del equipo. 3.2.6 Soluciones Propuestas Para disminuir los valores de las cargas y momentos en las boquillas de los equipos hasta lograr cumplir con lo establecido en las normas, se implementaron las siguientes soluciones: •

Colocar Trunnion: Para solventar los problemas en la boquilla del intercambiador de calor R292-E-

0005, se propuso colocar un Trunnion del tipo anclado en el nodo 3450, con lo que además de restringir los desplazamientos de la tubería en la dirección “X”, se le dio un apoyo más adecuado a esta zona del sistema, evitando los desplazamientos

en “-Y” producto,

principalmente, del peso de esta sección del sistema. En la Tabla 15 se muestran los resultados favorables de esta propuesta, la cual solucionó los problemas en esta zona del sistema de tuberías. Tabla 15. Fuerzas y Momentos en E-0005. Solución propuesta.

•

Fuerzas y Momentos

Valores Obtenidos

Admisibles

Fx (N)

1449

2828

Fy (N)

-137

2828

Fz (N)

-1737

2121

Mx (N.m)

-440

1010

My (N.m)

-195

1515

Mz (N.m)

-570

1313

Rediseño del ruteo de entrada y salida del Air-Cooler: Para lograr bajar las reacciones en “Z” en la boquilla de entrada y salida del Air-

Cooler, se modificó, tomando en cuenta los requerimientos del proyecto mencionados

45

anteriormente (evitar modificar la ubicación de la válvula (nodo 180)), el recorrido original del sistema en las secciones de entrada y salida del equipo. En la Figura 24 se propone un arreglo más flexible, mediante el uso de dos codos fitting, el cual permite absorber los desplazamientos en “Z” ocasionados por la expansión del cabezal de entrada al Air-Cooler. Con este arreglo se modificó al mínimo la ubicación de la válvula. Por otro lado, en la salida del Air Cooler, se alargaron los tramos de salida 30003020 y 3100-3080, lo que permitió una mayor absorción de los movimientos del AirCooler. El nuevo ruteo fue elaborado, tras varias propuestas, y en consenso con la disciplina de diseño, los cuales proporcionan las opciones de espacio libre disponible. Esta actividad es fundamental para evitar choques entre sistemas.

Figura 24. Zona Air-Cooler. Solución Propuesta

Esta propuesta logró solventar los problemas que se presentaban tanto a la entrada como a la salida del Air-Cooler. A continuación, en la Tabla 16, se presentan los resultados de esta propuesta.

46

Tabla 16. Fuerzas y Momentos en las boquillas del Air-Cooler. Solución propuesta.

Boquilla

Fx(N) Fy (N)

Fz (N)

N3A (entrada)

-5503 -13356

-294

-359

-158

-1753

N4A (entrada)

1777

-2540

1802

367

-832

-1288

11380 26680

16020

6100

12200

4480

N5A (salida)

-1149

-1379

-4710

3198

-69

-1347

N6A (salida)

-799

-80

-5241

3634

-285

62

Admisibles φ = 6” (salida)

8000

10060

10060

4280

6100

3260

Admisibles φ = 8”

Mx(N.m) My(N.m) Mz(N.m)

(entrada)

•

Reubicación de Soportes: Se colocó un soporte el tramo comprendido por los nodos 150-160, para sostener la

pesada sección que antecede al cabezal de entrada al Air-Cooler, sección que había sido descuidada durante la etapa de diseño y no poseía soporte alguno, lo que cargaba aun más a las boquillas de entrada del Air-Cooler. Para que la ubicación de este soporte fuese factible hizo falta alagar el tramo 140-150 y consecuentemente acortar el tramo 160-170, y de esta forma acercar la tubería a la plataforma del Air Cooler y poder sujetar el soporte de ella. Por otra parte, se eliminó una guía en la tubería de salida de la Torre que había sido considerada en la etapa de diseño, la cual realmente no hacía falta al sistema, y daba a la vista la impresión de estar recargado. En la Figura 25 se muestra la configuración de la solución propuesta y la distribución de esfuerzos de la misma.

47

Figura 25. Distribución de esfuerzos en operación bajo condiciones de diseño. Solución Propuesta.

3.2.7 Conclusiones •

Es de gran importancia conocer las limitaciones y/o requerimientos presentes en cada sistema, ya que esto nos permitirá elegir el recurso aceptable más adecuado, como solución al problema.

•

El adecuado uso de los soportes es una gran herramienta para resolver problemas de flexibilidad en sistemas de tuberías.

•

Los cambios de dirección, mediante el uso de codos, son fuente importante de flexibilidad para los sistemas de tuberías.

•

Los sistemas de tuberías deben presentar arreglos aceptables tanto en el “papel” como a la vista, ya que una mala impresión, de alguno raro o poco usual, aunque funcione bien, puede generar duda e inseguridad en el cliente.

48

3.3. ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD DEL SISTEMA R301-SOW-011 (SWS2)

3.3.1 Descripción En ésta sección se reportan los resultados, conclusiones y recomendaciones del análisis de flexibilidad del sistema R301-SOW-011 . Se utilizará como herramienta de análisis al programa CAESAR II, Versión 4.5, a fin de verificar que los esfuerzos en el sistema, cargas y reacciones en las boquillas de equipos, no sobrepasen los valores admisibles establecidos por las normas y códigos aplicables (ASME B31.3, Método de Kellogg, Tabla de valores Admisibles proporcionada por el cliente). El sistema está conformado por las líneas R301-SOW-011-1CC1P1-IH y R301SOW-012-1CC1P1-IH, encargadas de transportar el agua ácida proveniente de la Torre de Fraccionamiento hasta la entrada de dos intercambiadores de calor de tubo y carcasa Todas las líneas del sistema se encuentran aisladas con silicato del calcio. En la Figura 26 se muestra una representación espacial del sistema de tuberías en análisis, así como las características de la soportería.

Figura 26. Sistema de Tuberías R301-SOW-011. Configuración Original

49

3.3.2 Especificaciones del sistema Las especificaciones y condiciones de las líneas se muestran en la Tabla 17 y 18 respectivamente. Tabla 17. Especificaciones de las Líneas R301-SOW-011

Nº Línea R301-SOW-011 R301-SOW-012

Diam. Nom. (pulg) 16”/10” 10”

Sch

Clase Bridas

Material

30/40 40

150 150

A106 A106

Esp. Corrosión (pulg) 1/16 1/16

Esp. Aislante (pulg) 2½ 2½

El sistema, posee además, una conexión en T del tipo soldada, codos de radio largo, reductores excéntricos a la salida de la Torre y una serie de accesorios variados que se muestran en los isométricos del sistema (ver Anexo IX). Tabla 18. Condiciones de las Líneas R301-SOW-011

Nº Línea

Temp. Diseño (ºC)

Temp. Operación (ºC)

Presión Diseño (kPa)

R301-SOW-011 R301-SOW-012

163 163

130 130

353.04 353.04

Presión Presión Operación Prueba (kPa) H. (kPa) 235.35 235.35

529.55 529.55

Densidad Fluido (kg/dm3) 0.9328 0.9328

En la Tabla 18 se puede observar que la línea presenta unas temperaturas que la clasifica como una línea crítica, la cual requiere análisis formal de flexibilidad. Las líneas deben ser sin bolsillos (“ no pocket”) para cumplir con requerimientos de la disciplina de procesos. En la Figura 27 se observa el arreglo original de este sistema dentro del modelo (Smart Plant) de la Planta

50

Figura 27. Sistema R301-SOW-011 en Modelo de Planta. Configuración Original

3.3.3 Equipos Asociados En la Tabla 19 se muestran los equipos asociados al sistema de tubería en análisis. Tabla 19. Equipos Asociados al Sistema R301-SOW-011

R301-T-0001

Torre de Fraccionamiento

R301-E-0002A

Intercambiador de Calor

R301-E-0002B

Intercambiador de Calor

Las hojas de datos de los equipos se encuentran en el Anexo IX 3.3.4 Hipótesis de cálculo Se estudiará la flexibilidad del sistema, básicamente, analizando su comportamiento bajo los efectos de cargas sostenidas, expansión térmica y cargas ocasionales. Dichos efectos serán combinados en las condiciones de operación y diseño, para simular los diferentes casos cargas a los que pudiese estar sometido el sistema durante su vida en la planta. Las cargas ocasionales, para este sistema, estarán compuestas por cargas de sismo y cargas de viento, las cuales, como se menciono anteriormente, no actuaran simultáneamente sobre las líneas. A continuación, en la Tabla 20 se exponen los casos de carga a analizar:

51

Tabla 20. Descripción casos de carga. Sistema R301-SOW-011

CASO DE CARGA

DESCRIPCIÓN

L1

Prueba Hidrostática (HYD) WW + PH

L2

Sistema operando a Condiciones Operación (OPE) W + T1 + P1

L3

Sistema operando a Condiciones Diseño (OPE) W + T2 +P2

L4

Peso + Presión, en condiciones de Operación (SUS) W + P1

L5

Peso + Presión, en condiciones de Diseño (SUS) W + P2

L6

Carga Sísmica X (OCC) U1

L7

Carga Sísmica Z (OCC) U2

L8

Carga por Viento X (OCC) WIN1

L9

Carga por Viento Z (OCC) WIN2

L10

Expansión Térmica en Condiciones de Operación (EXP) L2 - L4

L11

Expansión Térmica en Condiciones de Diseño (EXP) L2 - L5

L12

Caso Ocasional (OCC) L4 + L6 (Esfuerzos)

L13

Caso Ocasional (OCC) L4 + L7 (Esfuerzos)

L14

Caso Ocasional (OCC) L4 + L8 (Esfuerzos)

L15

Caso Ocasional (OCC) L4 + L9 (Esfuerzos)

L16

Caso Ocasional (OCC) L2 + L6 (Fuerzas Absolutas)

L17

Caso Ocasional (OCC) L2 + L7 (Fuerzas Absolutas)

L18

Caso Ocasional (OCC) L2 + L8 (Fuerzas Absolutas)

L19

Caso Ocasional (OCC) L2 + L9 (Fuerzas Absolutas)

En donde: W : Peso de la tubería. WW: Peso de la tubería llena de agua. P1: Presión de Operación. P2: Presión de Diseño. PH: Presión de Prueba Hidrostática. T1: Temperatura de Operación. T2: Temperatura de Diseño. U: Cargas Sísmicas. WIN: Cargas de Viento.

52

Para garantizar el buen funcionamiento del sistema y de los equipos conectados a él, éste debe cumplir con los códigos y normas de diseño, los cuales, para este caso se resumen básicamente en; ASME B31.3, API 610, Método de Kellogg para Fuga en Bribas y la tabla de valores de las Cargas Admisibles en los Equipos Estáticos proporcionada por Técnicas Reunidas. (ver Anexo V) 3.3.5 Diagnóstico del Sistema Los resultados obtenidos del análisis de esfuerzos del sistema en su configuración original se muestran, de forma resumida, en la siguiente Tabla: Tabla 21. Resumen de Esfuerzos. Sistema R301-SOW-011. Configuración Original.

ESFUERZO MÁXIMO (MPa)

CASO DE CARGA

Obtenido

Admisible

Porcentaje %

Nº Nodo

L1

26.593

183.396

14.5

165

L5

29.545

137.892

21.43

165

L11

61.509

206.838

29.74

90

L15

30.838

183.396

16.82

165

La distribución de esfuerzos del sistema para la condición más crítica L11 ((EXP) L2-L5) se muestra en la Figura 28.

Figura 28. Distribución de Esfuerzos. Sistema R301-SOW-011 para el caso L11, (EXP) L2-L5

53

Como se puede observar en la Tabla 21 y en la Figura 28, los esfuerzos generados en la configuración original no exceden los límites admisibles impuestos por el código, por lo que el sistema no debe fallar por esfuerzos. Por su parte las cargas y momentos en las boquillas tanto de la Torre como de los intercambiadores se encuentran dentro de los rangos admisibles, especificados por el proyecto para equipos estáticos. Estos resultados se pueden observar en la Tabla 22, la cual muestra la condición más crítica (Operación bajo condiciones de Diseño) de cada equipo. Tabla 22. Reacciones en las boquillas de los equipos. Solución Propuesta

Equipo / Boquilla

Fx (N)

Fy (N) Fz (N) Mx(N.m) My(N.m) Mz(N.m)

R301-T-0001/N3

298

7716

-2014

-6563

-538

-2051

Admisibles φ = 16” (entrada)

7579

10010

10010

10153

7722

11726

R301-E-0002A

-7023

5613

-7968

-9675

3798

9805

R301-E-0002B

-6620

3336

8474

8327

-4271

9305

Admisibles φ = 6” (salida)

12600

12600

9540

14760

9720

12780

Sin embargo, las cargas generadas en las boquillas de los intercambiadores ocasionan que la unión bridada falle por el criterio de fuga del Método de Kellogg. La siguiente tabla muestra un resumen de estos resultados, para unos resultados más detallados, ver Anexo IX. Tabla 23. Cálculo de Fuga en Bribas (Kellogg). Sistema R301-SOW-011. Operación bajo condiciones de diseño. NPS Diámetro P diseño Presión Equipo Rating (in) efectivo "Po" "G" (mm) (Kg/cm2) (Kg/cm2) T-0001 16 460 2 15,64 E-0002A 10 306 2 15,64 E-0002B 10 306 2 15,64

P F axial Momento equivalente Presión STATUS "F" "M" "P" "Pe" (Kg) (Kg*cm) (Kg/cm2) (Kg/cm2) 1437 3778,7 2,10 4,10 Pasa 7023 10514 20,03 22,03 Falla 6620 10238,38 19,48 21,48 Falla

En la Tabla 23 se aprecia como la boquilla de la Torre pasa satisfactoriamente la verificación de fuga, mientras que las boquillas de los intercambiadores fallan.

54

La causa fundamental de falla por fuga en las boquillas de estos dos equipos son los elevados momentos, principalmente en la dirección “Z”(ver Tabla 22), provocados por las expansiones térmicas y cargas de gravedad no debidamente soportadas. Para este sistema, la ubicación de soportes se encuentra muy limitada, ya que las líneas se encuentran a una altura considerable, aproximadamente 5 mts. del suelo. Esto restringe las áreas de soporte a zonas cercanas a las estructuras de los intercambiadores. En la Figura 29 se observan los desplazamientos que sufren las líneas del sistema, estando en operación con condiciones de diseño.

Figura 29. Simulación del sistema original R301-SOW-011 en Operación, Condición de Diseño.

En la Figura se aprecia más claramente, como esta siendo forzada las boquillas de los equipos debido a los desplazamientos del sistema. Dada la simetría del arreglo, la solución para un lado del sistema será la solución común para ambas ramas del sistema de tuberías.

55

3.3.6 Soluciones Propuestas

Para disminuir los valores de las cargas y momentos en las boquillas de los equipos hasta lograr cumplir con lo establecido en las normas y dadas las limitaciones en el área de soporte de la línea, se implementó la siguiente solución: •

Rediseño del ruteo de la línea: Se diseño un recorrido que presenta nuevos cambios de dirección, los cuales

flexibilizan el sistema. Se redujo el tramo comprendido entre los nodos 190-200, al igual que su similar del otro lado, tramo 90-100. Con esto se disminuyó la dilatación que originaba este tramo originalmente, la cual generaba fuerzas en la boquilla en la dirección “Z”. Por otro parte, los nuevos tramos agregados al sistema, sumaron peso en los tramos de los soportes 195 y 95 hacia la Torre, lo que compensó las fuerzas del sistema en la dirección “Y” y por ende, redujo considerablemente los momentos en la dirección “Z”, fuente principal del problema. En la siguiente Figura 30, se observa gráficamente el nuevo recorrido de la línea.

Figura 30. Simulación del sistema R301-SOW-011 solución propuesta en Operación, Condición de Diseño.

56

Los soportes mantuvieron su ubicación original, para de esta forma evitar conflictos en la sujeción de los mismos. En la Tabla 24 se presentan los nuevos resultados que aprueban y verifican del Método de Kellogg para la fuga en bridas. Tabla 24. Calculo de fuga en bridas. (Kellogg). Sistema R301-SOW-011. Solución Propuesta. Diámetro P NPS efectivo P diseño Presión F axial Momento equivalente Presión Equipo STATUS "Po" Rating "F" "M" "P" (in) "G" "Pe" (Kg*cm) (mm) (Kg/cm2) (Kg/cm2) (Kg) (Kg/cm2) (Kg/cm2) T-0001

16

460

2

15,64

1437

3778,7

2,10

4,10

Pasa

E-0002A

10

306

2

15,64

7044

6759,63

13,23

15,23

Pasa

E-0002B

10

306

2

15,64

6422

6815,4

13,24

15,24

Pasa

En la Figura 31 se propone el arreglo completo, más flexible, que permite solventar el problema de fuga en bridas en las boquillas de los intercambiadores del sistema.

Figura 31. Sistema R301-SOW-011. Solución Propuesta.

57

3.3.7 Conclusiones •

Es importante verificar la fuga en las bridas de las boquillas, en los sistemas que lo requieran, aún cuando las reacciones en éstas no superen los valores admisibles establecidos en las especificaciones del equipo.

•

El rediseño del ruteo de una línea es una gran herramienta para resolver problemas de flexibilidad en sistemas de tuberías.

•

Arreglos simétricos favorecen el equilibrio de las cargas presentes en el sistema, y facilitan la labor del analista de flexibilidad.

58

4. CONCLUSIONES A partir del análisis de resultados se puede concluir lo siguiente: •

Uno de los primeros aspectos que se debe considerar antes de realizar un análisis de flexibilidad es la elaboración de una Lista de segregación de líneas, la cual representa una labor esencial para el desarrollo del proyecto en el área de flexibilidad, ya que permite seleccionar, mediante una clasificación determinada según el grado de criticidad de cada sistema, las líneas que requieren un análisis formal de flexibilidad y las que simplemente requieren de una inspección visual de rutina.

•

En un análisis de flexibilidad es fundamental conocer y examinar en detalle las causas que originan problemas en un sistema de tuberías, ya que esto nos permitirá elegir el recurso más adecuado para resolver dichos problemas.

•

El adecuado uso de los soportes y el rediseño del ruteo de la línea son dos grandes herramientas para resolver problemas de flexibilidad en sistemas de tuberías.

•

Los cambios de dirección en el recorrido de la línea son fuente importante de flexibilidad para los sistemas de tuberías.

•

Es muy importante mantener una buena comunicación interdisciplinaria en el proyecto, principalmente entre las áreas de flexibilidad, diseño y civil. Esto es de gran ayuda cuando es necesario rediseñar el sistema por problemas de flexibilidad ya que permite conocer las limitaciones y/o requerimientos presentes en cada sistema.

.

59

5. RECOMENDACIONES •

Dada la gran y variada cantidad de documentos que se manejan, se recomienda como práctica diaria mantener bien organizada y detallada toda la información relacionada al proyecto para que ésta sea de fácil acceso, y se encuentre disponible a todos los trabajadores del departamento.

•

Recolectar a tiempo los documentos suministrados por el cliente, y toda la información necesaria para iniciar el desarrollo de la ingeniería de detalle, a fin de cumplir con el alcance del proyecto, sin la necesidad de horas extra de trabajo.

•

Planificar el cronograma de análisis de flexibilidad, a partir, de la lista de segregación de líneas, y no perder tiempo con sistemas que presenten déficit de información vital para el análisis.

•

El programa CAESAR es sólo una herramienta de cálculo, por lo que es muy importante que el analista de flexibilidad no deba confiarse de la versatilidad del programa para obtener resultados ya que estos dependerán de los datos que sean cargados por el usuario.

60

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] http:// intranet.vepica.com. Mayo 2006. [2] MANUAL DE EJECUCIÓN DEL PROYECTO. Rabigh Development Project. Rabigh, Sauidi Arabia. Marzo 2006. [3] GONCALVES, R. GRACIANO, C. “Análisis de Esfuerzos en Sistemas de Tuberías”. Caracas, 2004. [4] PROCEDURE. Guides Lines Piping Stress Analysis. 1800-8230-PR-0310. Rabigh Development Project. Rabigh, Sauidi Arabia. Enero 2006. [5] HERNANDEZ, D. (2002) “Curso Básico de Soportes en Tuberías”, Caracas. [6] COADE Engineering Software. (2003) “Caesar II version 4.50 User Guide”.

BIBLIOGRAFÍA ASME Code B 31.3 (2003) “American Society of Mechanical Engineers, Process Piping”. COADE Engineering Software. (2003) “Caesar II version 4.50 Applications Guide”. API Standard 610, “Centrifugal Pumps for General Refinery Service, Seventh Edition, 1995. ÁLVAREZ, G. “Dibujo y Diseño de Tuberías Industriales”. Tomo I. Caracas, Venezuela, 2002. ÁLVAREZ, G. “Dibujo y Diseño de Tuberías Industriales”. Tomo II. Caracas, Venezuela, 2002. VEPICA C.A, (2005) “ Procedimiento de trabajo para análisis de flexibilidad de tuberías”.

61

ANEXO I Plot plan y Representación Espacial de la Planta

ANEXO II API STD 610. TABLA 2 Y CONFIGURACIÓN DE BOMBAS

ANEXO III MÉTODO DE KELLOGG

ANEXO IV LISTA DE VERIFICACIÓN PARA ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD

PR O Y EC T O N o.

FO R M U LAR IO D E V ER IFIC AC IÓ N AN ÁLIS IS D E FLEX IB ILID AD D E TU B E R IAS IN S TR U C C IO N E S

D O C U M EN T O N o. R EV ISIÓ N PR E PAR AD O P O R

F IR M A

F EC H A

VER IF IC A D O P O R

F IR M A

F EC H A

LIS T A D E P LA N O S /D O C U ME N T O S P A R A LA V E R IFIC A C IÓ N N o. P LAN O / D O C U M EN T O

1. E N EL D O CUM ENT O SE VE RIFICAR ÁN T O DO S LO S

H O JA :

R EV .

1

LE YE N D A

P U N T O S C O N TE N ID O S E N LA LIS TA, IN D IC AN D O E N LA C O LU M N A D E VER IF IC AC IÓ N E L SÍM BO LO

C O N FO R M E

C O R R ESP O N D IEN TE .

N O C O N FO R ME N O A P LIC A

2. E ST E FO R M ULA R IO SE A RCHIVA RÁ JUNT O

P E N D IE N T E

C O N LA CO P IA D E L D O C U M E N T O V ER IF IC A D O .

N o. 1

P U N TO S D E V E RIFIC AC IÓ N E N E L IS O M É TR IC O P AR A F LE X IB IL ID AD S E IN D IC A, C O M O M ÍN IM O :

1.1

C O O R D E N AD AS Y ELEVAC IÓ N

1.2

N O M BR E D E LA LÍN EA

1.3

D IM EN SIO N ES C O M P LET A S

1.4

ID E N T IF IC AC IÓ N D E BO Q U ILLAS Y EQ U IPO S AS O C IAD O S

1.5

SO PO R T ER ÍA PR O PU E ST A

1.6

ID E N T IF IC AC IÓ N D E VÁLVU LA S D E C O N T R O L Y A LIVIO

2

E N E L AN ÁLIS IS D E F LE X IB IL ID AD P O R C O M P U TAD O R A S E V E R IFIC A S I E S TÁN IN C LU ID O S :

2.1

D IÁ M ET R O D E LA T U BER ÍA

2.2

ESPE SO R D E LA T U B ER ÍA

2.3

M AT ER IAL Y E SPESO R D E A IS LAM IEN T O

2.4

ESPE SO R D E C O R R O S IÓ N PE R M IT ID A

2.5

M AT ER IAL D E LA T U BE R ÍA

2.6

R EST R IC C IO N ES EN EL ISO M ÉT R IC O Y SO P O R T ER ÍA PR O PU EST A

2.7

F U ER Z AS D E R EA C C IÓ N P O R VÁLV U LAS D E ALIV IO

2.8

D ESPLAZ A M IEN T O D E BO Q U ILLAS ASO C IAD A S A E Q U IPO S

2.9

R ESIST E N C IA D EL M AT E R IAL D E LA T U B ER ÍA A LA T EM P ER AT U R A AM BIEN T E

2.10

R ESIST E N C IA D EL M AT E R IAL D E LA T U B ER ÍA A LA T EM P ER AT U R A D E AN ÁLISIS

2.11

T EM PE R AT U R A D E AN ÁLISIS

2.12

PR ESIÓ N D E AN Á LISIS

2.13

D EN SID AD D E L F LU ID O

2.14

C Ó D IG O A R EG IR E N E L AN ÁLIS IS

2.15

2.16

SIM U LAC IÓ N D E R ES T R IC C IO N ES ES LA C O R R EC T A EN : G R AD O S D E LIB ER T AD H O LG U R A R IG ID E Z T IPO S D E C O N EX IÓ N R A M AL Y F AC T O R D E IN T EN SIF IC AC IÓ N D E ES F U ER Z O S C O R R ES PO N D IEN T E

2.17

C O N F IG U R A C IÓ N D E LA LÍN EA AC T U ALIZ AD A

2.18

O R IEN T AC IÓ N C O R R EC T A D E B O Q U ILLAS

2.19

Ú LT IM A R EV IS IÓ N D E LA N O R M A ASM E, Y D E LAS N O R M AS Y C Ó D IG O S APLIC A BLES : API, N EM A, E T C .

3 3.1

E N E L AN ÁLIS IS D E F LE X IB IL ID AD P O R C O M P U TAD O R A S E V E R IFIC A Q U E : C ASO O PE R AC IÓ N :

3.1.1

LA SO PO R T ER ÍA F U N C IO N A C O R R EC T AM EN T E

3.1.2

LO S D ES PLAZ AM IEN T O S ES T ÁN D EN T R O D EL R AN G O E ST AB LEC ID O

3.1.3

N O SE PR O D U C EN IN T ER F E R EN C IAS C O N O T R AS T U BE R ÍAS, C A U SAD A S PO R LO S D ES PLAZ AM IEN T O S

3.2

OBS

C ASO SO S T EN ID O :

3.2.1

LA SO PO R T ER ÍA F U N C IO N A C O R R EC T AM EN T E

3.2.2

LO S VALO R ES D E ES F U ER Z O S Y D EF LEXIO N ES ES T ÁN PO R D EBAJO D EL AD M ISIBLE, SE G Ú N LA N O R M A AP LIC ABLE

3.3

C ASO EXP AN SIÓ N : VALO R ES D E ESF U ER Z O S Y D E F LEX IO N ES EST Á N PO R D EBAJO D EL AD M ISIBLE, SE G Ú N LA N O R M A AP LIC ABLE

3.4

C ASO C AR G AS O C ASIO N AL ES (S IS M O , VIEN T O ): VALO R ES D E ESF U ER Z O S E ST ÁN PO R D E BAJO D E L AD M ISIBLE, SEG Ú N LA N O R M A APLIC A BLE

3.5

C ASO PR U EB A H ID R O ST ÁT IC A

3.5.1

LA SO PO R T ER ÍA F U N C IO N A C O R R EC T AM EN T E

3.5.2

VALO R ES D E ESF U ER Z O S E ST ÁN PO R D E BAJO D E L AD M ISIBLE, SEG Ú N LA N O R M A APLIC A BLE

3.6

VAL O R ES D E F U ER Z AS Y M O M EN T O S EN L AS B O Q U IL L AS EST ÁN P O R D EB AJO D EL AD M ISIB L E, SEG Ú N L A N O R M A APL IC AB L E

3.7

L O S R ES O R T ES H AN S ID O ES PEC IF IC AD O S

3.8

L AS JU N T AS D E EXP AN SIÓ N H AN SID O ESP EC IF IC AD AS

O B S E R V ACIO N E S

F O R M U LAR IO 002601-100-F 04-A R EV . 0

16/01/06

PREP.

DE:

3

a X NA P

V E R IF.

ANEXO V CARGAS ADMISIBLES EN BOQUILLAS PARA EQUIPOS ESTÁTICOS Y ESPACIAMIENTO PARA APOYOS SIMPLES (SPAN)

RABIGH DEVELOPMENT PROJECT Espaciamiento para apoyos simples (en rack) DIÁMETRO NPS (in) 2

2 1/2

3

3 1/2

4

5

6

8

10

12

SCHEDULE a b 40 Std 80 XS 160 XXS 40 Std 80 XS 160 XXS 40 Std 80 XS 160 XXS 40 Std 80 XS 40 Std 80 XS 120 160 XXS 40 Std 80 XS 120 160 XXS 40 Std 80 XS 120 160 XXS 20 30 40 Std 60 80 XS 100 120 140 XXS 160 20 30 40 Std 60 XS 80 100 120 140 160 20 30 Std 40 XS 60 80 100 120 140 160

L (Stress < 300Kg/cm 2 ) (mm) 5823 5984 5993 5898 6461 6597 6616 6463 7027 7239 7299 7208 7430 7698 7797 8127 8260 8286 8234 8502 8945 9151 9212 9197 9130 9733 9953 10048 10041 9608 9836 10164 10611 10945 11188 11386 11424 11452 11461 10116 10678 11125 11822 12146 12423 12603 12734 12789 10488 11350 11713 11938 12479 12756 13175 13520 13735 13838 13926

DIÁMETRO NPS (in)

14

16

18

20

24

30

SCHEDULE a b 10 20 30 Std 40 XS 60 80 100 120 140 160 10 20 30 Std 40 XS 60 80 100 120 140 160 10 20 Std 30 XS 40 60 80 100 120 140 160 10 20 Std 30 XS 40 60 80 100 120 140 160 10 20 Std XS 30 40 60 80 100 120 140 160 10 20 30

L (Stress < 300Kg/cm 2 ) (mm) 10679 11405 12000 12441 12831 13269 13794 14186 14384 14512 14582 10939 11729 12377 13318 14107 14716 15102 15349 15517 15581 11142 12002 12690 13245 13722 14115 15002 15579 16012 16281 16440 16533 11325 12965 14079 14704 15736 16398 16885 17150 17332 17421 11601 13399 14652 15147 15965 17221 17922 18471 18779 18958 19071 12970 15292 16379

RABIGH DEVELOPMENT PROJECT Espaciamiento para apoyos simples (en rack)

Factores de reducción del espaciamiento para cambios de dirección: En el plano horizontal:

En dos planos:

L ' = 0 , 65 ⋅ L

L ' = 0 , 75 ⋅ L

Nota: Es importante, para tuberías grandes, seguir las consideraciones planteadas en la página 18 del documento 1800-8230-SP-0002 respecto a la colocación de cunas y sillas para evitar el aplastamiento: Para tubería tal que: Si

D < 95 t

16 ≤ D < 30 Reforzar con cuna

Todas las tuberías tal que:

D ≥ 30

Si

D ≥ 95 t

Reforzar con silla

se reforzarán con sillas

donde t es el espesor efectivo de la tuberías (se le debe restar el espesor de corrosión)

ANEXO VI CÁLCULOS DE FUGA EN BRIDAS

RABIGH DEVELOPMENT PROJECT

R292HSG-001 HSG-001

T-0001

N3

16

Material

NPS Flange (in)

10

Rating

Nozzle

R301SOW-011 R301SOW-011 SOW-011 R301SOW-012 SOW-011 R301SOW-015 SOW-015

Equipo

SOW011

Nodo

Cálculo

Línea

Flange Leakage Calculation (According to Kellogg Method)

Diameter of Longitudin effective Design al Bending Equivalent Design gasket Pressure Pressure Longitudin Moment Pressure Pressure STATUS reaction "G" Temperatu Rating al Force "M" "P" "Po" "Pe" (mm) re (ºC) (Kg/cm2) (Kg/cm2) * "F" (Kg) (Kg*cm) (Kg/cm2) (Kg/cm2)

150 A105

460

163

2

15,64

1437

3778,7

2,10

4,10

Passed

1160 E-0002A N1

10

150 A105

306

163

2

15,64

7044

6759,63

14,79

16,79

Passed

2260 E-0002B N1

10

150 A105

306

163

2

15,64

6422

6815,4

13,24

15,24

Passed

10

T-0001 N18

10

150 A105

306

163

3,6

15,64

3044

5333,2

10,09

13,69

Passed

10

T-0001

16

150 A105

460

151

3,6

16,09

3213

908,37

0,68

4,28

Passed

N2

ANEXO VII ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD SISTEMA R301-SOW-015

CAESAR II Ver.4.50 [051015] Date:JUN 2,2006

Time: 8:43

Cargas del Sistema Original: C:\DOCUMENTS AND SETTINGS\JLLOSA\MIS DOCUMENTOS\...\R301-SOW-015_ORIGINAL Licensed To: VEPICA ID 10159 RESTRAINT SUMMARY ---- Forces(N. ) ------- Moments(N.m. ) ---MZ NODE CASE TYPE FX FY FZ MX MY T-0001/N18 Rigid ANC 1 HYD 200. -250. -151. 1951. -250. 883. 2 OPE -1128. 274. 2457. 8038. 1520. 524. 3 OPE -1658. 1026. 3486. 9781. 2232. 168. 4 SUS 195. -244. -147. 1906. -243. 863. 5 SUS 195. -244. -147. 1906. -243. 863. 6 OCC 200. 31. 20. 53. 163. -573. 7 OCC 35. 70. -169. 420. -33. -78. 8 OCC 523. 71. -157. 210. 260. -1260. 9 OCC 96. 67. -524. 440. -19. -186. 16 OCC 1329. 305. 2477. 8091. 1683. 1097. 17 OCC 1163. 344. 2626. 8458. 1553. 603. 18 OCC 1652. 345. 2615. 8249. 1780. 1784. 19 OCC 1225. 341. 2982. 8478. 1538. 710. P-0004A/N1 1 HYD 2 OPE 3 OPE 4 SUS 5 SUS 6 OCC 7 OCC 8 OCC 9 OCC 16 OCC 17 OCC 18 OCC 19 OCC

Rigid ANC 77. -101. 9316. 56959. 13526. 149945. 75. -92. 75. -92. 1006. 5. -540. 525. 1380. 125. -674. 498. 10322. 56964. 9856. 57483. 10696. 57084. 9990. 57457.

105. -3195. -4741. 103. 103. -43. 1206. 33. 1798. 3238. 4401. 3228. 4994.

62. -2215. -2897. 61. 61. -40. 591. 36. 512. 2255. 2806. 2251. 2727.

112. -5838. -8853. 110. 110. -17. 2074. 204. 2799. 5854. 7912. 6042. 8637.

87. -24573. -67077. 82. 82. -686. -916. -1618. -733. 25258. 25489. 26190. 25306.

P-0004B/N1 1 HYD 2 OPE 3 OPE 4 SUS 5 SUS 6 OCC 7 OCC 8 OCC 9 OCC 16 OCC 17 OCC 18 OCC 19 OCC

Rigid ANC -365. -165. 11176. 56949. 14631. 150117. -356. -155. -356. -155. 1100. -37. 503. 84. 1767. -181. 636. 87. 12275. 56986. 11678. 57033. 12942. 57130. 11812. 57036.

5. 908. 917. 4. 4. 23. 1204. 190. 1707. 931. 2113. 1098. 2616.

23. 378. 408. 22. 22. 20. 631. 181. 622. 398. 1009. 559. 999.

13. 2171. 2273. 13. 13. -5. 1961. 232. 2626. 2175. 4132. 2403. 4796.

88. -24571. -67079. 82. 82. -652. -1. -1155. -1. 25223. 24572. 25726. 24572.

P-0004A/N2 1 HYD 2 OPE 3 OPE 4 SUS 5 SUS 6 OCC 7 OCC 8 OCC 9 OCC 16 OCC 17 OCC 18 OCC 19 OCC

Rigid 123. -2318. -2433. 121. 121. 1369. 71. 2576. 52. 3687. 2389. 4893. 2370.

-5. 458. 824. -5. -5. 0. 960. -26. 2001. 458. 1418. 484. 2460.

-51. 1329. 2839. -50. -50. 249. 466. 737. 988. 1578. 1795. 2066. 2317.

-84. 2187. 2534. -83. -83. -1248. -1154. -2163. -2205. 3435. 3341. 4350. 4392.

-39. -99. 16. -39. -39. 155. 15. 130. 7. 254. 113. 228. 106.

ANC -937. 1923. 4390. -918. -918. 322. 390. 889. 865. 2245. 2313. 2813. 2788.

P-0004B/N2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 16 17 18 19

HYD OPE OPE SUS SUS OCC OCC OCC OCC OCC OCC OCC OCC

Rigid ANC 111. -976. -1081. 1897. -860. 4686. 110. -955. 110. -955. 1258. 305. -265. 386. 2437. 854. -514. 873. 2339. 2202. 1346. 2283. 3519. 2752. 1595. 2771.

32. 1196. 2053. 31. 31. -44. 987. -136. 2078. 1240. 2183. 1332. 3274.

-37. 1659. 3488. -36. -36. 234. 485. 679. 1024. 1893. 2144. 2338. 2683.

-94. 1007. 1062. -93. -93. -1159. -897. -2072. -1774. 2166. 1904. 3078. 2780.

-41. 48. 158. -41. -41. 184. 79. 162. 230. 232. 127. 210. 278.

Cargas del Sistema Solución: C A E S A R I I VERS 4.50 JUN 9,2006 11:17:20 Jobname: C:\DOCUMENTS AND SETTINGS\JLLOSA\MIS DOCUMENTOS\RABIGH...\R301-SOW-015 Licensed To: VEPICA ID: 10159 RESTRAINT REPORT, Loads on Restraints RESTRAINT SUMMARY ---- Forces(N. ) -----NODE CASE TYPE FX FY FZ

-- Moments(N.m. MX MY

) ---MZ

T-0001/N18 3 HYD 4 OPE 5 OPE 6 SUS 7 SUS 8 OCC 9 OCC 10 OCC 11 OCC 18 OCC 19 OCC 20 OCC 21 OCC

2701. 6543. 7913. 2637. 2637. -93. 832. -16. 963. 6636. 7375. 6559. 7506.

-1193. -636. -498. -1157. -1157. -642. -83. -1267. -208. 1278. 720. 1903. 844.

Rigid 182. -951. -1361. 177. 177. 393. 74. 900. 156. 1343. 1025. 1851. 1107.

ANC -386. 928. 1398. -377. -377. -25. 164. -46. 174. 952. 1092. 973. 1102.

-37. 2166. 2945. -37. -37. -80. 59. -319. -243. 2246. 2225. 2485. 2409.

EQUIPO R301-T-0001 NOZZLE 18 DIÁMETRO NOMINAL:10” Tdis:163ºC Factor: ((163-20)/80)x 0.8 =1.43 Pdis:3.6 kg/cm2 CARGAS ADMISIBLES: Fx Fy Fz Mx My 7579 10010 10010 10153 7722

-1289. 401. 982. -1255. -1255. -124. 158. -187. 212. 525. 559. 588. 613.

Mz 11726

CAESAR II Ver.4.50 [051015] Date:JUN 16,2006 Page: Job: ...\R301-SOW-015-P-0004A.610 Licensed To: VEPICA 10159

Time:16:12 ID

CAESAR II ANALYSIS REPORT: API 610 2003 - Centrifugal Pumps (9th Ed.) Description: P-0004 A (ORIGINAL) Nº CALCULATION : R301-SOW-015 ANALYST: BARBARA LUNA EQUIPMENT: P-0004A INPUT (CAESAR II Global Coordinates): Horizontal Pump Pump axis direction cosines (X,Z): Suction Nozzle Discharge Nozzle

Node # 240 2010

( 1.000, 0.000)

Orientation End Top

Table 4 Allowable ( ratio )

=

2.00

Suction Nozzle X Distance = Y Distance = Z Distance =

Nominal Diameter 8 6

Discharge Nozzle 178.0 0.0 0.0

mm. mm. mm.

X Force Y Force Z Force

= = =

13526.0 149945.0 -4741.0

N. N. N.

X Moment Y Moment Z Moment

= = =

-2897.0 N.m. -8853.0 N.m. -67077.0 N.m.

0.0 550.0 0.0 -2433.0 4390.0 824.0

mm. mm. mm. N. N. N.

2839.0 N.m. 2534.0 N.m. 16.0 N.m.

OUTPUT (API 610 9th Edition Local Coordinates): Suction

Status x distance = y distance = z distance = x force Failed y force Passed z force Failed

178.0 0.0 0.0

Table mm. mm. mm.

4

Force & Moment

Values

Ratios

=

13526.0

N.

4892

2.76

=

4741.0

N.

3780

1.25

=

149945.0

N.

3113

48.16

x moment Passed y moment Failed z moment Failed

=

-2897.0 N.m.

3525

0.82

=

67077.0 N.m.

1762

38.06

=

-8853.0 N.m.

2576

3.44

Discharge

Status x distance = y distance = z distance =

0.0 0.0 550.0

Table mm. mm. mm.

4

Force & Moment

Values

Ratios

x force Passed y force Passed z force Passed

=

-2433.0

N.

2490

0.98

=

-824.0

N.

2046

0.40

=

4390.0

N.

3113

1.41

x moment Passed y moment Passed z moment Passed

=

2839.0 N.m.

2305

1.23

=

-16.0 N.m.

1180

0.01

=

2534.0 N.m.

1762

1.44

Check of Condition F.1.2.b Status

Requirement

(FRSa/1.5FRSt4) + (MRSa/1.5MRSt4) = 23.986 Failed (FRDa/1.5FRDt4) + (MRDa/1.5MRDt4) = 1.565 Passed

< or = 2.00

Check of Condition F.1.2.c Status

Requirement

1.5 ( FRSt4 + FRDt4 ) Failed 2.0 ( MYSt4 + MYDt4 ) Failed 1.5 ( MRSt4 + MRDt4 ) Failed Overall Pump Status ** FAILED **

< or = 2.00

=

17147.

>

154783. (FRCa)

=

5884.

>

39032. (MYCa)

=

11815.

>

39416. (MRCa)

Description: P-0004 B (ORIGINAL) Nº CALCULATION:R301-SOW-015 ANALIYST: BARBARA LUNA EQUIPMENT: P-0004B INPUT (CAESAR II Global Coordinates): Horizontal Pump Pump axis direction cosines (X,Z): Suction Nozzle Discharge Nozzle

Node # 480 3010

( 1.000, 0.000)

Orientation End Top

Table 4 Allowable ( ratio )

=

2.00

Suction Nozzle X Distance = Y Distance = Z Distance =

Nominal Diameter 8 6

Discharge Nozzle 178.0 0.0 0.0

mm. mm. mm.

0.0 550.0 0.0

mm. mm. mm.

N. N. N.

-860.0 4686.0 2053.0

N. N. N.

X Force Y Force Z Force

= = =

14631.0 150117.0 917.0

X Moment Y Moment Z Moment

= = =

408.0 N.m. 2273.0 N.m. -67079.0 N.m.

3488.0 N.m. 1062.0 N.m. 158.0 N.m.

OUTPUT (API 610 9th Edition Local Coordinates): Suction

Status x distance = y distance = z distance =

178.0 0.0 0.0

Table mm. mm. mm.

4

Force & Moment

Values

Ratios

x force Failed y force Passed z force Failed

=

14631.0

N.

4892

2.99

=

-917.0

N.

3780

0.24

=

150117.0

N.

3113

48.21

x moment Passed y moment Failed z moment Passed

=

408.0 N.m.

3525

0.12

=

67079.0 N.m.

1762

38.06

=

2273.0 N.m.

2576

0.88

Status

Discharge

Table

4

Force & Moment

x distance = y distance = z distance =

0.0 0.0 550.0

mm. mm. mm.

Values

Ratios

x force Passed y force Passed z force Passed

=

-860.0

N.

2490

0.35

=

-2053.0

N.

2046

1.00

=

4686.0

N.

3113

1.51

x moment Passed y moment Passed z moment Passed

=

3488.0 N.m.

2305

1.51

=

-158.0 N.m.

1180

0.13

=

1062.0 N.m.

1762

0.60

Check of Condition F.1.2.b Status

Requirement

(FRSa/1.5FRSt4) + (MRSa/1.5MRSt4) = 23.921 Failed (FRDa/1.5FRDt4) + (MRDa/1.5MRDt4) = 1.547 Passed

< or = 2.00

Check of Condition F.1.2.c Status

Requirement

1.5 ( FRSt4 + FRDt4 ) Failed 2.0 ( MYSt4 + MYDt4 ) Failed 1.5 ( MRSt4 + MRDt4 ) Failed

< or = 2.00

=

17147.

>

155443. (FRCa)

=

5884.

>

39727. (MYCa)

=

11815.

>

40169. (MRCa)

Overall Pump Status ** FAILED ** Description: P-0004 A (SOLUCIÓN) Nº CALCULATION : R301-SOW-015 ANALYST: BARBARA LUNA EQUIPMENT: P-0004A INPUT (CAESAR II Global Coordinates): Horizontal Pump Pump axis direction cosines (X,Z): Suction Nozzle Discharge Nozzle

Node # 240 2010

Table 4 Allowable ( ratio )

( 1.000, 0.000)

Orientation End Top =

2.00

Nominal Diameter 8 6

Suction Nozzle X Distance = Y Distance = Z Distance =

Discharge Nozzle 178.0 0.0 0.0

mm. mm. mm.

X Force Y Force Z Force

= = =

3741.0 -1502.0 -630.0

N. N. N.

X Moment Y Moment Z Moment

= = =

-1665.0 N.m. -3321.0 N.m. -2895.0 N.m.

0.0 550.0 0.0 -2394.0 1957.0 353.0

mm. mm. mm. N. N. N.

1295.0 N.m. 2316.0 N.m. -132.0 N.m.

OUTPUT (API 610 9th Edition Local Coordinates): Suction

Status x distance = y distance = z distance =

Table

178.0 0.0 0.0

mm. mm. mm.

4

Force & Moment

Values

Ratios

x force Passed y force Passed z force Passed

=

3741.0

N.

4892

0.76

=

630.0

N.

3780

0.17

=

-1502.0

N.

3113

0.48

x moment Passed y moment Passed z moment Passed

=

-1665.0 N.m.

3525

0.47

=

2895.0 N.m.

1762

1.64

=

-3321.0 N.m.

2576

1.29

Discharge

Status x distance = y distance = z distance =

0.0 0.0 550.0

Table mm. mm. mm.

4

Force & Moment

Values

Ratios

x force Passed y force Passed z force Passed

=

-2394.0

N.

2490

0.96

=

-353.0

N.

2046

0.17

=

1957.0

N.

3113

0.63

x moment Passed y moment Passed

=

1295.0 N.m.

2305

0.56

=

132.0 N.m.

1180

0.11

z moment Passed

=

2316.0 N.m.

1762

1.31

Check of Condition F.1.2.b Status

Requirement

(FRSa/1.5FRSt4) + (MRSa/1.5MRSt4) = Passed (FRDa/1.5FRDt4) + (MRDa/1.5MRDt4) = Passed

1.054

< or = 2.00

1.027

< or = 2.00

Check of Condition F.1.2.c Status

Requirement

1.5 ( FRSt4 + FRDt4 ) Passed 2.0 ( MYSt4 + MYDt4 ) Passed 1.5 ( MRSt4 + MRDt4 ) Passed

=

17147.

>

1449. (FRCa)

=

5884.

>

1978. (MYCa)

=

11815.

>

2177. (MRCa)

Overall Pump Status ** PASSED **

Description: P-0004 B (SOLUCIÓN) Nº CALCULATION:R301-SOW-015 ANALIYST: BARBARA LUNA EQUIPMENT: P-0004B INPUT (CAESAR II Global Coordinates): Horizontal Pump Pump axis direction cosines (X,Z): Suction Nozzle Discharge Nozzle

Node # 480 3010

Orientation End Top

Table 4 Allowable ( ratio )

=

Suction Nozzle X Distance = Y Distance = Z Distance =

( 1.000, 0.000) Nominal Diameter 8 6

2.00 Discharge Nozzle

178.0 0.0 0.0

mm. mm. mm. N. N. N.

X Force Y Force Z Force

= = =

3497.0 13.0 -986.0

X Moment Y Moment Z Moment

= = =

621.0 N.m. -438.0 N.m. 19.0 N.m.

0.0 550.0 0.0 -1366.0 1840.0 1054.0

mm. mm. mm. N. N. N.

1557.0 N.m. 1248.0 N.m. -13.0 N.m.

OUTPUT (API 610 9th Edition Local Coordinates): Suction

Status x distance = y distance = z distance =

Table

178.0 0.0 0.0

mm. mm. mm.

4

Force & Moment

Values

Ratios

x force Passed y force Passed z force Passed

=

3497.0

N.

4892

0.71

=

986.0

N.

3780

0.26

=

13.0

N.

3113

0.00

x moment Passed y moment Passed z moment Passed

=

621.0 N.m.

3525

0.18

=

-19.0 N.m.

1762

0.01

=

-438.0 N.m.

2576

0.17

Discharge

Table

Status x distance y distance z distance x force Passed y force Passed z force Passed

= = = =

0.0 0.0 550.0 -1366.0

mm. mm. mm. N.

4

Force & Moment

Values

Ratios

2490

0.55

=

-1054.0

N.

2046

0.52

=

1840.0

N.

3113

0.59

x moment = 1557.0 N.m. 2305 0.68 Passed y moment = 13.0 N.m. 1180 0.01 Passed z moment = 1248.0 N.m. 1762 0.71 Passed Check of Condition F.1.2.b Requirement Status (FRSa/1.5FRSt4) + (MRSa/1.5MRSt4) = 0.456 < or = 2.00 Passed (FRDa/1.5FRDt4) + (MRDa/1.5MRDt4) = 0.799 < or = 2.00 Passed Check of Condition F.1.2.c Requirement Status 1.5 ( FRSt4 + FRDt4 ) = 17147. > 2825. (FRCa) Passed 2.0 ( MYSt4 + MYDt4 ) = 5884. > 760. (MYCa) Passed 1.5 ( MRSt4 + MRDt4 ) = 11815. > 3025. (MRCa) Passed Overall Pump Status ** PASSED **

ANEXO VIII ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD SISTEMA R292-HSG-001

Cargas del Sistema Original CAESAR II Ver.4.50 [051015] Date:JUN 13,2006 Time:11:43 Job: C:\DOCUMENTS AND SETTINGS\JLLOSA\MIS DOCUMENTOS\...\R292HSG-001_ORIGINAL Licensed To: VEPICA ID 10159 RESTRAINT SUMMARY -

NODE CASE TYPE T-0001/N2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 18 19 20 21

---- Forces(N. ) -----FX

FY

FZ

-- Moments(N.m. MX

) ---

MY

MZ

HYD OPE OPE SUS SUS OCC OCC OCC OCC OCC OCC OCC OCC

Rigid ANC -963. -4922. -3021. -4798. 1128. -1028. -500. -2680. -500. -2680. 443. -48. 35. -22. 867. -14. 62. -16. 3464. 4846. 3056. 4820. 3888. 4811. 3083. 4814.

-212. -1984. 1121. -131. -131. 37. 365. 24. 1036. 2021. 2348. 2007. 3019.

-1544. -2036. 80. -821. -821. -19. 246. -44. 738. 2056. 2282. 2080. 2774.

541. -142. 590. 258. 258. -178. 207. -290. 678. 321. 350. 432. 821.

1108. 4101. -2065. 585. 585. -188. 27. -439. 54. 4288. 4128. 4539. 4154.

E-0002/N3A 3 HYD 4 OPE 5 OPE 6 SUS 7 SUS 8 OCC 9 OCC 10 OCC 11 OCC 18 OCC 19 OCC 20 OCC 21 OCC

Rigid ANC -1486. -25836. -4907. -14823. -5952. -14032. -609. -13458. -609. -13458. 1068. 166. 660. -44. 1726. 77. 1792. 342. 5975. 14989. 5568. 14866. 6633. 14899. 6699. 15165.

-11058. -71907. -10170. -6519. -6519. 4. 730. -14. 1018. 71910. 72636. 71921. 72925.

-902. -18275. -1921. -621. -621. -12. 189. -11. 226. 18287. 18464. 18286. 18502.

-40. -238. -291. -7. -7. 57. 8. 24. -1. 295. 246. 262. 239.

-1621. -1248. -1565. -819. -819. -42. -90. -324. -436. 1290. 1337. 1572. 1684.

E-0002/N3B 3 HYD 4 OPE 5 OPE 6 SUS 7 SUS 8 OCC 9 OCC 10 OCC 11 OCC 18 OCC 19 OCC 20 OCC 21 OCC

Rigid ANC 441. -1391. 230. -1938. 253. -2539. 304. -2507. 304. -2507. 363. -103. -492. 75. 650. -49. -1712. -272. 594. 2041. 722. 2013. 880. 1987. 1942. 2210.

11396. 73922. 12636. 6568. 6568. -2. 719. 6. 1116. 73924. 74641. 73928. 75037.

2181. 19431. 3117. 1167. 1167. -1. 192. 1. 274. 19432. 19622. 19432. 19705.

44. 267. 323. 9. 9. -65. -10. -41. 0. 332. 276. 308. 267.

-2176. -2685. -3306. -1083. -1083. 146. 244. -48. 585. 2831. 2929. 2733. 3270.

E-0002/N6A

Rigid ANC

3 4 5 6 7 8 9 10 11 18 19 20 21

HYD OPE OPE SUS SUS OCC OCC OCC OCC OCC OCC OCC OCC

-1000. -1137. -1985. -774. -774. 88. -170. 31. -885. 1225. 1307. 1168. 2022.

-1181. -231. -19053. -928. -928. 153. -142. 132. -474. 384. 372. 363. 705.

117. -69. 4426. 98. 98. -24. 17. -25. 33. 94. 86. 95. 103.

-487. -305. -364. -259. -259. 12. -41. 89. -144. 317. 346. 394. 448.

-1658. -1060. -1350. -875. -875. -188. 114. -502. 342. 1248. 1173. 1562. 1402.

E-0002/N5A 3 HYD 4 OPE 5 OPE 6 SUS 7 SUS 8 OCC 9 OCC 10 OCC 11 OCC 18 OCC 19 OCC 20 OCC 21 OCC

Rigid ANC -194. 1252. -301. 1002. -479. 700. -107. 923. -107. 923. 26. -175. 372. -284. 137. -203. 1402. -1681. 326. 1176. 673. 1286. 438. 1204. 1703. 2682.

-1110. -353. -19251. -903. -903. 152. 285. 140. 1366. 504. 638. 493. 1719.

76. -63. 4570. 79. 79. -16. -37. -11. -150. 79. 100. 74. 212.

-644. -439. -570. -341. -341. -41. 78. -77. 277. 480. 517. 516. 716.

1452. 886. 1095. 767. 767. 127. 27. 309. 155. 1012. 913. 1195. 1041.

E-0005/N3 3 4 5 6 7 8 9 10 11 18 19 20 21

Rigid ANC 934. -1810. 1265. -521. 3256. 754. 565. -975. 565. -975. 453. 129. 15. -38. 689. -7. 205. -296. 1718. 650. 1280. 558. 1954. 527. 1470. 817.

-9. -37. -144. -6. -6. -19. 269. 128. 1233. 56. 306. 165. 1270.

1187. 141. -1617. 725. 725. -162. -105. 136. -244. 303. 246. 276. 385.

1040. 1326. 3222. 627. 627. 440. 285. 607. 1343. 1766. 1611. 1933. 2669.

587. 196. -231. 363. 363. -6. 119. -110. 579. 202. 315. 305. 775.

HYD OPE OPE SUS SUS OCC OCC OCC OCC OCC OCC OCC OCC

-864. -585. -838. -450. -450. -360. 372. -1178. 1228. 944. 957. 1762. 1812.

Cargas del Sistema Solución: CAESAR II Ver.4.50 [051015] Date:JUN 14,2006 Time:18:31 Job: C:\DOCUMENTS AND SETTINGS\JLLOSA\MIS DOCUMENTOS\...\R292-HSG-001_PRUEBA_9 Licensed To: VEPICA ID 10159 RESTRAINT REPORT, Loads on Restraints RESTRAINT SUMMARY ---- Forces(N. ) ------- Moments(N.m. ) ---NODE CASE TYPE FX FY FZ MX MY MZ T-0001/N2 Rigid ANC 1 HYD -214. -5329. 79. -1422. 425. 613. 2 OPE 596. -9769. 232. -4116. -1284. 7658. 3 OPE 1191. -17658. 310. -8070. -2450. 16056. 4 SUS -113. -2933. 50. -744. 355. 323. 5 SUS -113. -2933. 50. -744. 355. 323. 6 OCC 75. 0. 0. 0. 38. -117. 7 OCC 54. 32. 93. 92. 759. -87. 8 OCC -3387. 29. -63. -294. 3403. -807. 9 OCC -5. 79. -3083. 1152. -4683. 111. 16 OCC 672. 9769. 232. 4116. 1322. 7774. 17 OCC 650. 9801. 325. 4208. 2043. 7745. 18 OCC 3983. 9797. 295. 4410. 4687. 8465. 19 OCC 601. 9847. 3315. 5268. 5967. 7769. E-0002/N3A Rigid ANC 3 HYD 1148. -9987. -214. -992. -741. -2187. 4 OPE -3238. -8559. -2679. -1389. 614. -1321. 5 OPE -5505. -13354. -293. -359. -158. -1752. 6 SUS -181. -5176. -528. -519. -102. -849. 7 SUS -181. -5176. -528. -519. -102. -849. 8 OCC 909. 280. 56. 8. -27. -84. 9 OCC 278. -5. 691. 255. -238. -25. 10 OCC 1557. 326. 84. 12. -47. -435. 11 OCC 810. 182. 1071. 349. -373. -240. 18 OCC 4147. 8839. 2735. 1397. 641. 1404. 19 OCC 3516. 8564. 3369. 1644. 852. 1346. 20 OCC 4796. 8885. 2762. 1401. 661. 1755. 21 OCC 4048. 8741. 3750. 1738. 987. 1560. E-0002/N4A Rigid ANC 3 HYD 503. 3233. -6. -905. -829. 2387. 4 OPE 479. -1025. 5151. 1841. -1903. -426. 5 OPE 1778. -2543. 1803. 368. -832. -1290. 6 SUS 475. 71. -246. -419. -202. 584. 7 SUS 475. 71. -246. -419. -202. 584. 8 OCC 412. 66. -49. -34. -6. 53. 9 OCC -169. 17. 686. 253. -238. 171. 10 OCC 916. 50. -78. -50. 3. -259. 11 OCC -756. -165. 1068. 348. -373. 309. 18 OCC 890. 1091. 5201. 1875. 1909. 480. 19 OCC 647. 1042. 5838. 2094. 2141. 598. 20 OCC 1394. 1075. 5230. 1890. 1906. 685. 21 OCC 1235. 1190. 6220. 2189. 2276. 735. E-0002/N6A Rigid ANC 3 HYD -648. 454. -41. 23. 107. -378. 4 OPE -501. -499. 628. -517. -5. -526. 5 OPE -1149. -1379. -4710. 3198. -69. -1347. 6 SUS -303. -168. -212. 95. 21. -259. 7 SUS -303. -168. -212. 95. 21. -259. 8 OCC -403. 87. 89. -49. 33. -323. 9 OCC 272. 24. -123. 82. -9. 237. 10 OCC -1262. 54. 93. -54. 123. -925. 11 OCC 705. -156. -548. 329. -66. 496. 18 OCC 904. 586. 717. 567. 38. 849. 19 OCC 774. 522. 751. 599. 14. 762.

20 OCC 21 OCC E-0002/N5A 3 HYD 4 OPE 5 OPE 6 SUS 7 SUS 8 OCC 9 OCC 10 OCC 11 OCC 18 OCC 19 OCC 20 OCC 21 OCC E-0005/N3 3 HYD 4 OPE 5 OPE 6 SUS 7 SUS 8 OCC 9 OCC 10 OCC 11 OCC 18 OCC 19 OCC 20 OCC 21 OCC

1763. 1206. Rigid -124. -264. -799. -55. -55. 16. 284. 164. 720. 279. 548. 428. 984. Rigid -87. 364. 1449. -75. -75. 43. -16. 275. 4. 407. 380. 639. 368.

552. 654. ANC 24. 347. -80. 396. 396. -273. -221. -322. -313. 620. 569. 670. 661. ANC -860. -332. -137. -389. -389. -6. 5. -18. 14. 337. 337. 349. 345.

EQUIPO R292-T-0001 NOZZLE 2 DIÁMETRO NOMINAL:16” CARGAS ADMISIBLES: Fx 15960

Fy 21280

EQUIPO R292-E-0005 NOZZLE 3 DIÁMETRO NOMINAL:4” CARGAS ADMISIBLES: Fx 2828

Fy 2828

EQUIPO R292-E-0002 NOZZLE 3A,4A,5A,6A en el plano de detalle del equipo)

720. 1175.

572. 846.

129. 71.

1450. 1021.

20. 514. -5241. -176. -176. 83. 244. 87. 623. 597. 758. 602. 1137.

-63. -457. 3634. 50. 50. -29. -138. -28. -363. 486. 594. 484. 820.

28. -89. -285. -16. -16. -9. 53. 2. 92. 98. 142. 91. 181.

-127. 21. 62. 24. 24. 69. 130. 202. 443. 90. 151. 224. 464.

29. -483. -1737. 36. 36. -7. 19. 71. 129. 490. 502. 554. 612.

39. -103. -440. 17. 17. 3. 10. 61. 76. 106. 113. 164. 179.

-40. -87. -195. -28. -28. 4. -4. 64. -27. 92. 92. 151. 115.

98. -122. -570. 57. 57. -13. -5. -104. -65. 134. 127. 225. 186.

Fz 15960

Fz 2121

Mx 23940

My 35910

Mx 1010

My 1515

Mz 23940

Mz 1313

(Las cargas admisibles del Air Cooler se encuentran

ANEXO IX ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD SISTEMA R301-SOW-011

Cargas del Sistema Original: CAESAR II Ver.4.50 [051015] Date:MAY 17,2006 Time:12:38 Job: C:\DOCUMENTS AND SETTINGS\JLLOSA\MIS DOCUMENTOS\...\R301SOW-011_ORIGINAL Licensed To: VEPICA ID 10159 RESTRAINT SUMMARY -

NODE CASE TYPE

---- Forces(N. ) -----FX

FY

FZ

-- Moments(N.m. MX

) ---

MY

MZ

T-0001 1 2 3 4 5 6 7 8 9 16 17 18 19

HYD OPE OPE SUS SUS OCC OCC OCC OCC OCC OCC OCC OCC

Rigid 37. -1220. 298. 36. 36. 1617. 12. 3316. 18. 2837. 1232. 4536. 1238.

ANC 1246. 6425. 7716. 1212. 1212. -47. 197. -70. 228. 6472. 6622. 6494. 6653.

-1355. -1911. -2014. -1317. -1317. 0. 336. 0. 15. 1911. 2246. 1911. 1926.

-4522. -6221. -6563. -4396. -4396. 0. 2623. 0. 3341. 6221. 8844. 6221. 9562.

652. -441. -538. 634. 634. 0. 918. 0. 968. 441. 1359. 441. 1409.

808. -851. -2051. 788. 788. -611. -48. -1008. -59. 1462. 899. 1859. 910.

E-0002A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 16 17 18 19

HYD OPE OPE SUS SUS OCC OCC OCC OCC OCC OCC OCC OCC

Rigid ANC -334. -1070. -5646. 3748. -7023. 5613. -324. -1064. -324. -1064. 769. 24. 409. 110. 1153. 35. 469. 132. 6415. 3772. 6055. 3858. 6799. 3783. 6115. 3880.

-33. -5951. -7968. -32. -32. 187. 1285. 341. 1547. 6138. 7235. 6292. 7498.

-2032. -7391. -9675. -1981. -1981. -150. -56. -241. -29. 7541. 7447. 7632. 7420.

31. 2627. 3798. 30. 30. 228. -971. 465. -1147. 2855. 3599. 3092. 3774.

-2194. 6642. 9805. -2146. -2146. 122. -153. 231. -174. 6764. 6795. 6873. 6816.

E-0002B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 16 17 18 19

HYD OPE OPE SUS SUS OCC OCC OCC OCC OCC OCC OCC OCC

Rigid ANC -439. -2653. -5136. 1601. -6620. 3336. -427. -2603. -427. -2603. 769. 24. -364. 257. 1153. 35. -411. 293. 5905. 1625. 5500. 1858. 6289. 1636. 5547. 1895.

0. 6313. 8474. -1. -1. -187. 1370. -341. 1642. 6500. 7683. 6655. 7955.

927. 6121. 8327. 906. 906. 150. 428. 241. 533. 6271. 6549. 6362. 6654.

-17. -3049. -4271. -17. -17. -228. -1076. -465. -1269. 3276. 4125. 3513. 4318.

-2169. 6138. 9305. -2121. -2121. 122. 652. 231. 752. 6259. 6790. 6369. 6889.

Cargas del Sistema Solución: CAESAR II Ver.4.50 [051015] Date:APR 26,2006 Time:10:31 Job: C:\DOCUMENTS AND SETTINGS\JLLOSA\MIS DOCUMENTOS\RAB...\R301-SOW-011_FINAL Licensed To: VEPICA ID 10159 RESTRAINT REPORT, Loads on Restraints RESTRAINT SUMMARY ---- Forces(N. ) ------- Moments(N.m. ) ---NODE CASE TYPE FX FY FZ MX MY MZ T-0001 1 2 4

HYD OPE SUS

-989. 2851. -961.

1550. 4728. 1506.

-1108. -1143. -1076.

-3862. -4161. -3751.

967. 1882. 940.

1023. -1300. 997.

E-0002A 1 2 4

HYD OPE SUS

-404. -5198. -392.

-751. 4062. -754.

-50. -5532. -49.

-2193. -7820. -2136.

30. 2124. 30.

-2193. 6211. -2141.

HYD OPE SUS

-430. -4611. -418.

-2492. 1791. -2446.

9. 5867. 8.

843. 6172. 824.

-18. -2937. -18.

-1816. 6412. -1775.

E-0002B 1 2 4

EQUIPO R301-T-0001 NOZZLE 3 DIÁMETRO NOMINAL:16” CARGAS ADMISIBLES: Fx 7579

Fy 10010

EQUIPO R301-E-0002 A/B NOZZLE 1 DIÁMETRO NOMINAL:10” CARGAS ADMISIBLES: Fx Fy 12600 12600

Fz 10010

Fz 9540

Mx 10153

Mx 14760

My 7722

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