MEMORIA DE CÁLCULO DE TUBERÍAS Rev. 0

ORICONSULT, C.A. Ingenieros Consultores Venezuela Exploración y Producción

Faja del OrinocoGERENCIA DE PROCESOS DE SUPERFICIE

-DOCUMENTO TÉCNICO-DESCRIPCIÓN DEL CONTENIDO

PROYECTO: “CENTRO DE BOMBEO DEL ÁREA DE RESERVA (LADO ESTE)”.SUPERINTENDENCIA DE INGENIERÍA DISTRITO CABRUTICAFASE: INGENIERÍA BÁSICADOCUMENTO: MEMORIA DE CÁLCULOS DE TUBERÍAS (FASE I)DISCIPLINA: MECÁNICAN° PROYECTO: AD070907

DOCUMENTO NÚMERO

AD070907-OD1D3-MD010010033-MEC-0018-001

FECHA

19 11 10

REV. FECHA BREVE DESCRIPCIÓN DEL CAMBIOTOTAL PÁG.

ELAB / REV POR

ORICONSULT

APROB.POR

ORICONSULT

REV. POR PDVSA

0 19/11/10 EMISIÓN FINAL 25 A. A / R. D. A. M J. Q.

B 27/09/10 INCORPORACIÒN DE COMENTARIOS 25 A. A / R. D. A. M J. Q.

A 15/08/10 EMISIÓN ORIGINAL 23 A. A / R. D. A. M J. Q.

APROBADO POR ORICONSULT:A. MONTIEL

REVISADO POR PDVSA:J. QUERALES

APROBADO POR PDVSA:L. BRAVO / A. RONDÓN

FIRMA FIRMAFIRMA

CARGO: GERENTE DE PROYECTO CARGO: LÍDER DE DISCIPLINA MECÁNICA CARGO: ING. DE PROYECTO / SUPV. LIDER DE ING.

Exploración y Producción

Faja del Orinoco

ORICONSULT, C.A. Ingenieros Consultores Venezuela

GERENCIA DE PROCESOS DE SUPERFICIE-DOCUMENTO TÉCNICO-

DESCRIPCIÓN DEL CONTENIDO

PROYECTO: “CENTRO DE BOMBEO DEL AREA DE RESERVA (LADO ESTE)”.SUPERINTENDENCIA DE INGENIERÍA DISTRITO CABRUTICAFASE: INGENIERÍA BÁSICADOCUMENTO: MEMORIA DE CÁLCULOS DE TUBERÍAS (FASE I)DISCIPLINA: MECÁNICAN° PROYECTO: AD070907

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INGENIERÍA BÁSICA

MEMORIA DE CÁLCULOS DE TUBERÍAS

“CENTRO DE BOMBEO DEL ÁREA DE RESERVA (LADO ESTE)”.

PROYECTO Nº AD070907


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ÍNDICE

Página

1. OBJETIVO DEL DOCUMENTO........................................................................4

2. ALCANCE DEL DOCUMENTO........................................................................4

3. CÓDIGOS Y NORMAS APLICABLES.............................................................4

4. DOCUMENTOS DE REFERENCIA..................................................................5

5. NOMENCLATURA............................................................................................6

6. PREMISAS DE DISEÑO...................................................................................6

7. ESPECIFICACIONES DE LÍNEAS...................................................................8

8. METODOLOGÍA DE CÁLCULO.....................................................................10

8.1. Tubería en Planta de Tratamiento.............................................................10

8.2. Cálculo Típico.............................................................................................10

9. RESULTADOS................................................................................................13

9.1. Datos de Entrada........................................................................................13

9.2. Cálculos......................................................................................................14

10. ANEXOS.........................................................................................................16


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1. OBJETIVO DEL DOCUMENTO

Este documento tiene por objetivo presentar el procedimiento utilizado para realizar el cálculo de espesores de pared de las tuberías que se contemplan en la Ingeniería Básica del Proyecto “CENTRO DE BOMBEO DEL ÁREA DE RESERVA (LADO ESTE)”, ubicadas en el área Junín (antes Zuata) del estado Anzoátegui.

2. ALCANCE DEL DOCUMENTO

Describir el procedimiento necesario para el cálculo de los espesores de pared de tuberías que se encuentran enmarcadas en el Proyecto “CENTRO DE BOMBEO DEL ÁREA DE RESERVA (LADO ESTE)”.

La información presentada incluye las ecuaciones empleadas para la determinación de los espesores de pared de tuberías de acuerdo a las guías de diseño, normas y códigos aplicables, así como el procedimiento de ejecución de los cálculos.

Los cálculos comprenden la determinación de los requerimientos mínimos aplicables para los espesores de pared de tuberías, bajo las condiciones de diseño consideradas y la acción de la erosión y/o corrosión, según lo establecido en el código ASME B31.3.

3. CÓDIGOS Y NORMAS APLICABLES

En caso de presentarse una discrepancia entre cualquiera de los códigos, normas, especificaciones, regulaciones, pruebas y procedimientos aplicables de las organizaciones citadas y/o esta memoria de cálculo, se deberá aplicar la norma más restrictiva.


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3.1. American Society of Mechanical Engineers (ASME)

Código TítuloB31.3 Process Piping.

B36.10 Welded and Seamless Wrought Steel Pipe.

B16.5 Pipe Flanges and Flanged Fittings: NPS 1/2 through 24.

3.2. PETRÓLEOS DE VENEZUELA (PDVSA)

Código Título

H-221 Materiales de Tuberías.

HA-251 Process and Utility Piping Design.

MDP–01–DP–01 Temperatura y Presión de Diseño

4. DOCUMENTOS DE REFERENCIA

De igual manera, son parte integrante y complementaria de esta memoria de cálculo los siguientes documentos:

Título Código

Bases y Criterios de Diseño AD070907-OD1D3-MD19001

DTI separadores V-2501 A/B AD070907-OD103-PP03001

DTI Bomba Multifásica AD070907-OD103-PP03002

DTI Sistema de Inyección de Química AD070907-OD103-PP03009

DTI Sistema de Alivio y Venteo AD070907-OD103-PP03011

Lista de Líneas AD070907-OD1D3-PD17001


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5. NOMENCLATURA

La siguiente nomenclatura es utilizada para el cálculo de espesor de tuberías. Para los cálculos de espesores se estará usando el sistema inglés de medida.

Tn = espesor nominal de pared del Tubo, [pulg].

t = espesor de diseño requerido por presión interna, siempre que t < D / 6, [pulg].

tm = espesor mínimo de pared, [pulg].

T = Espesor mínimo de compra, [pulg].

Tc = Espesor por norma ASME B36.10, Tc ≥ T, [pulg].

Tcs o Ts = Espesor comercial seleccionado / (Tcs o Ts) ≥ Tc, [pulg].

SCH = Schedule

SCH seleccionado = Schedule comercial seleccionado, está relacionado con Tcs.

c = espesor de tolerancia por corrosión, [pulg].

D = diámetro externo según la norma ASME B36.10, [pulg].

Dn = diámetro nominal según la norma ASME B36.10, [pulg].

P = presión de diseño interna, [psig], según se indica en el Piping Class.

S = Esfuerzo básico admisible del material de la tubería según la tabla A-1 en el ASME B31.3, (Ver anexo Nº 2) [psi].

E = factor de calidad para uniones longitudinales soldadas en tuberías según la tabla A-1B en el ASME B31.3. (ver anexo Nº 1)

Y = coeficiente según la tabla 304.1.1 en el ASME B31.3. (ver anexo Nº 3)

6. PREMISAS DE DISEÑO

El cálculo de los espesores de pared de tuberías, para las líneas dentro del alcance de este documento, se ejecuta de acuerdo a las siguientes premisas, tomando en cuenta aspectos económicos, de seguridad, operabilidad, constructibilidad y mantenibilidad.


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La especificación de los materiales usados en esta memoria es tomada de las “Especificaciones de Materiales de Tuberías” AD070907-OD1D3-MD16001.

La clasificación del servicio de las diferentes corrientes es tomada de los DTI’s de la disciplina Procesos.

Los materiales a utilizar están acorde con los requerimientos de las normas ASME B31.3.

El espesor por corrosión para los diferentes servicios será 0,0625 pulgadas a excepción de las líneas para DRENAJE la cual se tomará 0,125 pulgadas de espesor de corrosión, según la norma PDVSA H-221 “Materiales de Tuberías”

Las diferentes presiones y temperaturas de diseño para cada uno de los servicios serán iguales a los mostrados en las “Especificaciones de Materiales de Tuberías” AD070907-OD1D3-MD16001.

SISTEMA SERVICIO CODIGO Presión de Diseño (psig)

Temp. de Diseño (ºF)

Especificación Recomendada

Procesos Crudo Húmedo WC 110 150 AA1

Procesos Gas Natural GG 105 150 AA1

Líquidos Especiales Inyección de Químicos IL 105 150 AA1

Drenaje Drenaje Aceitoso OD 30 150 AA2

Gas Gas de Venteo EG 145 150 AA1

Mechurrio Gas para Mechurrio LF 105 150 AA1

Procesos Flujo Multifásico WC 225 150 AA1

Procesos Flujo Multifásico WC 385 150 BA1

Procesos Gas de Proceso PC 105 150 AA1

Condensado Diluente Líquido HN 225 150 AA1


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El espesor mínimo de pared requerido no será menor que el espesor obtenido por presión de diseño, más el espesor por tolerancia de corrosión y un espesor por tolerancias de fabricación igual al 12,5% del espesor que satisface la presión de diseño y la tolerancia a la corrosión.

El espesor mínimo de pared calculado se compara con el espesor de tubería igual o inmediatamente superior según los valores de espesor indicados en la norma ASME B36.10.

Los materiales de tuberías serán de acuerdo a las “Especificaciones de Materiales de Tuberías” AD070907-OD1D3-MD16001.

Finalmente se indicará los datos de entrada y los espesores de pared de tuberías obtenidos a través de las ecuaciones que se indican en el punto 8, además de los espesores comerciales sugeridos.

7. ESPECIFICACIONES DE LÍNEAS

Las especificaciones de líneas que se hallan dentro del alcance de esta memoria de cálculo son las siguientes:

ESPECIFI CACIÓN

RATING SERVICIOCONDICIONES

DE DISEÑO

CorrosiónPermitida

[Pulg]CONEXIONES

AA1 150#

Gas Natural / Inyección de

Químicos / Gas p/mechurrio / Gas

de Procesos

105 psig @ 150 ºF 0,0625Roscada &

Bridada

AA1 150# Crudo Húmedo 110 psig @ 150 ºF 0,0625Roscada &

Bridada

AA1 150# Gas de Venteo 145 psig @ 150 ºF 0,0625Roscada &

Bridada


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ESPECIFI CACIÓN

RATING SERVICIOCONDICIONES

DE DISEÑO

CorrosiónPermitida

[Pulg]CONEXIONES

AA1 150#Flujo Multifásico / Diluente Líquido

225 psig @ 150 ºF 0,0625Roscada &

Bridada

BA1 300#Descarga de la

Bomba Multifásica385 psig @ 150 ºF 0,0625

Roscada & Bridada

AA2 150# Drenaje Aceitoso 30 psig @ 150 ºF 0,125Roscada &

Bridada


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8. METODOLOGÍA DE CÁLCULO

A continuación se presentan los cálculos de espesor de tubería:

8.1. Tubería en Planta.

El espesor de diseño requerido que satisface los requerimientos de presión interna se calcula según la ecuación (3a) en el párrafo 304.1.2 ASME B31.3, la cual se muestra a continuación:

[pulg] Ec. 1

Luego tenemos que el espesor mínimo de pared que satisface los requerimientos de presión y corrosión requerida viene dado por la ecuación (2) en el párrafo 304.1.1 ASME B31.3:

tm = t + c [pulg] Ec. 2

Calculando el espesor que satisface los requerimientos de presión de diseño, corrosión y el espesor por tolerancia de fabricación.

[pulg] Ec. 3

Luego con el valor comercial de “T” se busca el valor comercial de “Tc” inmediato superior tomado de la norma ASME B36.10.

8.2. Cálculo Típico

A una línea clase AA1 para crudo húmedo, con diámetro 20”, el material de la tubería será API 5L Gr. B de acuerdo al Piping Class. Las condiciones de diseño son 110 psig a 150 ºF. Se especifica un espesor por tolerancia de corrosión de 0.0625”.


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A continuación se tabulan los datos adicionales a los indicados en el párrafo anterior, para el cálculo de los diferentes espesores.

Norma

DatosASME B31.3

P [psig] 110

Temperatura [ ºF ] 150

D [pulg] 20

C [pulg] 0,0625

Tolerancia de fabricación [%] 12,5

E [ ] 1

S [psi] 20000

Y [ ] 0,4

Los espesores de diseño por presión interna requeridos son:

Norma

Cálculo

ASME B31.3

(Tubería en planta)

Ecuación de Espesor

Calculo de Espesor

t = (105 * 20)/(2 * (20000*1+105*0,4))

Espesor [pulg]

t=0,0524


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El mínimo espesor de pared que satisface corrosión y presión interna es el siguiente:

Norma

Cálculo

ASME B31.3


Ecuación de Espesor tm = t + c

Calculo de Espesor tm=0,0524+0,0625

Espesor [pulg] tm =0,1149

Considerando el espesor por tolerancias de fabricación es posible seleccionar los espesores de fabricación comercial (schedule).

Norma

Cálculo

ASME B31.3


Formula de Espesor

T = tm / (1-12,5% )

Calculo de Espesor

T =0,1149/ (1-0,125)

Espesor [pulg]

T =0,1313


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Se comprueba entonces que el espesor recomendado por el piping sea igual o superior a este, en cuyo caso afirmativo se escoge o selecciona el espesor comercial correspondiente al Schedule recomendado por el piping class.

Norma

Cálculo

ASME B31.3


Espesor [pulg]

T =0,1313

Schedule recomendado por el piping

20

Espesor comercial

0,375

El cual cumple con todos los parámetros de los códigos y normas exigidos.

9. RESULTADOS

En este punto, se presentan los cálculos de los espesores de pared para los diferentes diámetros en líneas de especificaciones AA1, BA1 y AA2. Dichos requerimientos son calculados según lo establecido en el código ASME B31.3.

A continuación se muestran los resultados de los cálculos:

9.1. Datos de Entrada

A continuación se presentan los datos requeridos por el código ASME B31.3 para el cálculo de espesores de tuberías. Todos estos datos son iguales para varios diámetros a las mismas condiciones.


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VARIABLE Unid.

Gas Natural / Inyección de

Químicos / Gas p/mechurrio /

Gas de Procesos

Crudo Húmedo

Gas de Venteo

Drenaje Aceitoso

Flujo Multifásico

AA1 AA1 AA1 AA2 BA1P psig 105 110 145 30 385

Temp. ºF 150 150 150 150 150E Adim. 1 1 1 1 1Y Adim. 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4

Corr. Adm. pulg. 0,0625 0,0625 0,0625 0,125 0,0625Toler. Fabr. % 12,50% 12,50% 12,50% 12,50% 12,50%

9.2. Cálculos

A continuación se presentan tablas con los espesores de pared de tuberías calculados para los diferentes índices de servicio. El espesor comercial seleccionado es según ASME B36.10:


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INDICE SERVICIOS Dn D t tm T Tcs Material de Tubería y

Schedule recomendado.[psi] [ pulg ] [ pulg ] [ pulg ] [ pulg ] [ pulg ] [pulg]

AA1

Inyección de Químicos 20000 1 1,315 0,0034 0,0659 0,0754 0,179 ASTM A106 Gr. B 80

Gas p/mechurrio 20000 1 1,315 0,0034 0,0659 0,0754 0,179 ASTM A106 Gr. B 80Gas p/mechurrio 20000 16 16,000 0,0419 0,1044 0,1193 0,312 ASTM A53 Gr. B 20Gas de Procesos 20000 6 6,625 0,0174 0,0799 0,0913 0,280 ASTM A53 Gr. B 40Gas de Procesos 20000 8 8,625 0,0226 0,0851 0,0972 0,250 ASTM A53 Gr. B 20

Gas Natural20000 10 10,750 0,0282 0,0907 0,1036 0,250 ASTM A53 Gr. B 20

20000 20 20,000 0,0524 0,1149 0,1313 0,375 ASTM A53 Gr. B 20

Crudo Húmedo

20000 20 20,000 0,0549 0,1174 0,1341 0,375 ASTM A53 Gr. B 20

20000 16 16,000 0,0439 0,1064 0,1216 0,312 ASTM A53 Gr. B 20

20000 12 12,750 0,0350 0,0975 0,1114 0,250 ASTM A53 Gr. B 20

20000 2 2,375 0,0065 0,0690 0,0789 0,154 ASTM A53 Gr. B 40

Gas de Venteo20000 20 20,000 0,0723 0,1348 0,1540 0,375 ASTM A53 Gr. B 20

20000 6 6,625 0,0239 0,0864 0,0988 0,280 ASTM A53 Gr. B 40

Flujo Multifásico / Diluente Líquido

20000 12 12,750 0,0461 0,1086 0,1241 0,330 ASTM A53 Gr. B 30

20000 2 2,375 0,0086 0,0711 0,0812 0,218 ASTM A106 Gr. B 80

20000 1 1,315 0,0048 0,0673 0,0769 0,179 ASTM A106 Gr. B 80AA2 Drenaje Aceitoso 20000 8 8,625 0,0065 0,1315 0,1502 0,322 ASTM A53 Gr. B STD


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INDICE SERVICIOS Dn D t tm T Tcs Material de Tubería y

Schedule recomendado.[psi] [ pulg ] [ pulg ] [ pulg ] [ pulg ] [ pulg ] [pulg]20000 6 6,625 0,0050 0,1300 0,1485 0,280 ASTM A53 Gr. B 40

20000 4 4,500 0,0034 0,1284 0,1467 0,237 ASTM A53 Gr. B 40

BA1Descarga de

Bomba Multifásica. 20000 12 12,750 0,1218 0,1843 0,2106 0,330 ASTM A53 Gr. B 30

10. ANEXOS


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ANEXO Nº 1

Tabla A-1b, Factor de calidad para las juntas longitudinales de soldadura en tuberías y accesorios.


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Fuente: Código ASME B31.3


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ANEXO Nº 2

Tabla A-1. Esfuerzos admisibles en metales


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ANEXO Nº 3

Tabla: 304.1.1, Valores del coeficiente Y


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ANEXO Nº 4

Diagrama de Flujo de Procesos

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