Calculos de Flexibilidad Detuberias

7/25/2019 Calculos de Flexibilidad Detuberias

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UNIVERSIDAD SIMN BOLVARDecanato de Estudios Profesionales

Coordinacin de Ingeniera Mecnica

ANLISIS DE FLEXIBILIDAD E INGENIERA DE DETALLE PARA LAPLANTA CATALTICA FCC No 2 EN LA REFINERA GENERAL LZARO

CRDENAS, MINATITLN, MXICO

Informe de Pasanta Larga, realizada en la empresa:Venezolana de Proyectos Integrados VEPICA.

En el perodo Julio-Diciembre 2005

Presentado ante la ilustre Universidad Simn Bolvar por

Juan Jos De los Ros

Como requisito parcial para optar al ttulo de

Ingeniero Mecnico

Tutor Industrial:Ing. Mirian AlvaTutor Acadmico:Prof. Carlos Graciano

Sartenejas, Marzo de 2006


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DEDICATORIA

A Don Bosco y a Maria Auxiliadora, por ensearme siempre el camino de Dios.A mis padres, por su cario, apoyo y comprensin en todos los momentos.

A mis abuelos, por ser una fuente incondicional de cario.A mi querida Maria Fernanda. Te quiero.

A mis amigos, por su apoyo y compaa en todos los momentos.

Juan Jos De los Ros.


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AGRADECIMIENTOS

Es sumamente difcil darles las gracias a todas aquellas personas que, de una forma u otra,colaboraron conmigo, ayudando a que este proyecto se realizara. Con la posibilidad de omitir

nombres importantes, agradezco sinceramente:

A mis tutores, Ing. Mirian Alva e Ing. Carlos Graciano, por su orientacin durante eldesarrollo del proyecto.

A todos los empleados de VEPICA quienes, de alguna u otra manera, aportaron suapoyo en el desarrollo de este proyecto, en especial a Nstor Sotillo, FranciaMarcano, Aldo Vega, y Gerardo Pino.

A mi familia, por todo su amor y apoyo incondicional.

A Mara Fernandapor el cario, apoyo incondicional, ayuda y comprensin que mehas brindado en todo momento.

A la Universidad Simn Bolvar, y en especial al Departamento de IngenieraMecnica, por darme la instruccin acadmica necesaria para que este proyecto sea unhecho.

A TODOS GRACIAS


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NDICE

I. INTRODUCCIN.................................................................................................................................................7

1.1DESCRIPCINDELAEMPRESA ..............................................................................................................71.2DESCRIPCINDELPROYECTO ...............................................................................................................8

1.3PLANTEAMIENTODELPROBLEMA .......................................................................................................81.4OBJETIVOSESPECFICOS.........................................................................................................................9

II. MARCO TERICO.............................................................................................................................................9

2.1CRITERIOSDEANLISISDEFLEXIBILIDAD........................................................................................92.2NORMASDEDISEO...............................................................................................................................102.3REQUERIMIENTOSDEANLISISDEFLEXIBILIDAD .......................................................................11

2.3.1 Lneas con Categora I:..........................................................................................................................112.3.2 Lneas con categora II: ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... ..... 122.3.3 Lneas con Categora III: ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... .......... ........... ...122.3.4 Lneas con Categora IV:.......................................................................................................................12

2.4CLCULODEFLEXIBILIDADDELNEASCRTICAS.........................................................................132.5TIPOSDECARGA......................................................................................................................................13

2.6ESFUERZOS

ADMISIBLES

BSICOS .....................................................................................................142.7ESFUERZOSSOSTENIDOSOPRIMARIOS ............................................................................................14

2.8ESFUERZOSDEEXPANSINOSECUNDARIOS..................................................................................142.9ESFUERZOSOCASIONALES...................................................................................................................142.10SOPORTES................................................................................................................................................142.11FACTORESQUEMODIFICANLAFLEXIBILIDADENTUBERAS ..................................................15

2.11.1 Expansin trmica:.............................................................................................................................152.11.2 Desplazamientos externos:.................................................................................................................172.11.3 Efecto de la gravedad:........................................................................................................................172.11.4 Efecto del viento: ...............................................................................................................................172.11.5 Efecto del sismo: ................................................................................................................................172.11.6 Efecto de la friccin: ..........................................................................................................................17

2.12FALLAPORAPLASTAMIENTO............................................................................................................172.13ANLISISENCODOSYCONEXIONESRAMALES............................................................................19

2.13.1 Factor de Intensificacin de Esfuerzos SIF (Stress Intensification Factor):.......................................19III. RESULTADOS EXPERIMENTALES ............................................................................................................19

3.1LISTADESEGREGACIN........................................................................................................................193.1.1 Clasificacin de Lneas: .......................................................................................................................19

3.2CLCULODELAZOSDEEXPANSIN..................................................................................................223.2.1 Rack de Tuberas:.................................................................................................................................22

3.3ANLISISDEFLEXIBILIDADDELASLNEASP1266-36YP1272-36 ............................................253.3.1 Descripcin del Problema: ...................................................................................................................253.3.2 Especificaciones de Lneas...................................................................................................................263.3.3 Diagnstico del Sistema:......................................................................................................................273.3.4 Soluciones Propuestas: .........................................................................................................................303.3.5 Conclusiones: .......................................................................................................................................35

3.4ANLISISDEFLEXIBILIDADDELASLNEASHW1132-54YHW1067-36 ...................................363.4.1 Descripcin del Problema: ...................................................................................................................363.4.2 Especificaciones de Lneas...................................................................................................................373.4.3 Diagnstico del Sistema:......................................................................................................................383.4.4 Soluciones Propuestas: .........................................................................................................................423.4.5 Conclusiones: .......................................................................................................................................45

3.5ANLISISDEFLEXIBILIDADDELASLNEASRV1081-36YRV1006-30......................................463.5.1 Descripcin del Problema: ...................................................................................................................463.5.2 Especificaciones de Lneas...................................................................................................................463.5.3 Diagnstico del Sistema:......................................................................................................................48


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3.5.4 Soluciones Propuestas: .........................................................................................................................513.5.5 Conclusiones: .......................................................................................................................................53

3.6CLCULODECLIPSENEQUIPOS..........................................................................................................54

IV. CONCLUSIONES............................................................................................................................................56

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS....................................................................................................................57

ANEXOS................................................................................................................................................................58


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UNIVERSIDAD SIMN BOLVARDecanato de Estudios Profesionales

Coordinacin de Ingeniera Mecnica

ANLISIS DE FLEXIBILIDAD E INGENIERA DE DETALLE PARA LAPLANTA CATALTICA FCC No 2 EN LA REFINERA GENERAL LZARO

CRDENAS, MINATITLN, MXICO.

INFORME DE PASANTApresentado porJuan Jos de los Ros

Realizado con la Asesora de

Carlos Graciano

RESUMEN

Este proyecto, ha sido realizado con el fin de resolver diversos problemas referentes al anlisisde flexibilidad en tuberas, presentados durante del desarrollo de la ingeniera de detalle parala Planta Cataltica FCC No 2, en la refinera General Lzaro Crdenas, Minatitln, Mxico.El primero consisti en la elaboracin de la lista de segregacin del proyecto, esto con lafinalidad de definir el nivel de criticidad de las lneas y los requerimientos de Anlisis deFlexibilidad de Tuberas del proyecto. El segundo trabajo consisti en el dimensionamiento de

lazos de expansin para las lneas pertenecientes al rack de tuberas utilizando el mtodogrfico de Grinell.

El tercer trabajo consisti en el anlisis de flexibilidad de tres sistemas de tuberas. Dichoanlisis fue realizado utilizando el programa de anlisis de esfuerzos en sistemas de tuberasCAESAR II, Versin 4.5. Para ello se recopil toda la informacin necesaria sobre las lneas yequipos involucrados en los sistemas. Para todos los casos se verific que los esfuerzos nosobrepasen los valores permitidos por las normas y cdigos aplicables. El cuarto trabajoconsisti en el clculo de cargas, seleccin y ubicacin de los soportes verticales para laslneas asociadas a las distintas torres de la planta. En primer lugar se determin toda lainformacin necesaria para proceder a los clculos y detalles de los soportes. Finalmente se

procedi a la localizacin y clculo de cargas de los soportes, tomando en cuenta diversasconsideraciones de diseo.

Sartenejas, Marzo de 2006


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I. INTRODUCCIN

1.1 DESCRIPCIN DE LA EMPRESA

Venezolana de Proyectos Integrados C. A. VEPICA, es una empresa de consultora eingeniera, fundada en 1972, con la finalidad de prestar servicios integrados para el diseo,adquisicin, construccin, puesta en marcha y mantenimiento de plantas industriales yproyectos en general para las industrias del petrleo, gas, petroqumica, industria del hierro,acero, aluminio, entre otros.

VEPICA es una empresa capacitada para desarrollar en su totalidad las fases de undeterminado proyecto, por lo que cubre una amplia gama de servicios entre los que destacan:

Estudio de factibilidad.

Gerencia integral, planificacin y control de proyectos. Ingeniera conceptual, bsica y de detalle. Ingeniera ambiental. Cotizacin y compra de materiales y equipos. Construccin. Asistencia en la puesta en marcha, inspeccin y aseguramiento de calidad. Operacin y mantenimiento.

VEPICA se encuentra estructurada en diversas empresas filiales de servicio, especializadas endisciplinas particulares, manteniendo criterios de calidad y excelencia. Estas empresas son:

VEPICA Ingeniera. Los Inspectores de Venezuela LIVCA AMBIOCONSULT TECLINCA MEMBERS CONTEGRO

VEPICA es reconocida como una empresa lder en el pas, que constantemente ampla susmercados en la bsqueda de la globalizacin de los servicios de ingeniera, procura,construccin, tecnologa, operacin y mantenimiento, con una slida capacidad financiera quele permite aumentar la participacin en proyectos de gran escala. VEPICA busca ser una

referencia de clase mundial, para que su personal se forme y contribuya a transformar aVenezuela, en el nuevo centro prestador de servicios petroleros en el mundo.


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1.2 DESCRIPCIN DEL PROYECTO

El tema tratado en este proyecto es la resolucin de diversos problemas referentes al anlisisde flexibilidad en sistemas de tuberas, presentados durante del desarrollo de la ingeniera de

detalle para la Planta Cataltica FCC No 2, en la refinera General Lzaro Crdenas,Minatitln, Mxico. Para desarrollar este trabajo terico-prctico, se acudi a la empresaconsultora de ingeniera VEPICA.

Los objetivos planteados a lo largo del desarrollo de la pasanta fueron los siguientes:

Elaboracin de la lista de segregacin del proyecto. Clculo de lazos de expansin para las lneas pertenecientes al rackde tuberas. Anlisis de flexibilidad de las lneas HW1132-54 y HW1067-36 Anlisis de flexibilidad de las lneas P1266-36 y P1272-36 Anlisis de flexibilidad de las lneas RV1081-36 y RV1006-30

Clculo de cargas, seleccin y ubicacin de los soportes verticales para las lneasasociadas a las distintas torres de la planta.

Para alcanzar dichos objetivos, en primer lugar, se adquirieron los conocimientos y destrezasnecesarias en el anlisis de flexibilidad de tuberas, manejo de normas, cdigos aplicables,isomtricos de tuberas, planos de planta, estndar de soportes, as como todos losprocedimientos, prcticas y guas que conforman el sistema de calidad de VEPICA.

Una vez culminada esta etapa, se procedi a realizar el desarrollo de cada una de lasactividades asignadas dentro del proyecto. Cada problema es resuelto en un captulo de estetrabajo. En cada captulo se encuentra descrito el planteamiento del problema, los antecedentes

del sistema en estudio, la metodologa aplicada para resolver el problema planteado y, porltimo, el anlisis de los resultados obtenidos al aplicar la metodologa descrita. Lasconclusiones y recomendaciones generales a partir de cada estudio se presentan al final deltrabajo.

1.3 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Resolucin de diversos problemas referentes al anlisis de flexibilidad en sistemas de tuberas,presentados durante del desarrollo de la ingeniera de detalle para la Planta Cataltica FCC No

2, en la refinera General Lzaro Crdenas, Minatitln, Mxico


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1.4 OBJETIVOS ESPECFICOS

1.4.1. Conocer el funcionamiento de la empresa, su estructura de organizacin, planes decalidad y de manejo de un proyecto.

Introduccin a la empresa y al sistema ISO 9001. Introduccin al departamento de tuberas. Lectura de procedimientos generales del proyecto. Adquirir conocimientos y destrezas en el anlisis de flexibilidad de tuberas.

1.4.2.Conocer y manejar las normas y cdigos aplicables.

Estudio de las bases y criterios de diseo de flexibilidad en el proyecto. Elaboracin de la lista de segregacin. Clculo de lazos de expansin en las lneas del rack de tuberas.

Clculo de cargas en clips de equipos.

1.4.3.Manejar herramientas y documentos de la disciplina de tuberas tales como isomtricosde tuberas, planos de planta, estndar de soportes, de acuerdo a los procedimientos y prcticasque conforman el sistema de calidad de la empresa.

Introduccin al programa CAESAR II, versin 4.50. Anlisis de cargas y esfuerzos para los sistemas planteados. Ubicacin y seleccin de la soportera adecuada. Preparacin del informe tcnico para cada sistema analizado.

1.4.4.Elaboracin de las conclusiones y recomendaciones generales.

II. MARCO TERICO

2.1 CRITERIOS DE ANLISIS DE FLEXIBILIDAD

El anlisis de flexibilidad de un sistema de tuberas consiste en un conjunto de actividades,clculos y estudios, encaminados a determinar el nivel de esfuerzos a que estar sujeto un

sistema de tuberas durante sus pruebas, arranque y operacin, as como frente a la presenciade eventos externos, como viento, sismo, asentamientos de terreno, etc.

Dentro del anlisis de flexibilidad tambin se involucrarn los clculos de fuerzas y momentosque el sistema ejercer sobre los equipos o estructuras a las que se conecta, as como losdesplazamientos trmicos que tendr el propio sistema de tuberas, incluyendo los generadospor los equipos conectados.


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Las fallas ms comunes que pueden sufrir los sistemas de tuberas son las siguientes:

Fallas por sobrepasar esfuerzos admisibles segn el cdigo aplicable. Fatiga en los materiales. Esfuerzos excesivos en los elementos de un soporte.

Fugas en juntas o uniones. Mal funcionamiento o deterioro de un equipo por fuerzas y momentos excesivos enlas boquillas.

Resonancia por cargas dinmicas.

Las causas que comnmente dan origen a este tipo de fallas son las siguientes:

Fallas por errores en el diseo y en el anlisis de flexibilidad, o por falta de ste. Falta de comunicacin interdisciplinaria (Tuberas, Civil, Equipos y Procesos). Falta de una adecuada supervisin de construccin. Falta de personal en obra con experiencia en flexibilidad.

El anlisis de flexibilidad es realizado con la finalidad de permitir que los esfuerzos en latubera sean menores a los admisibles en las condiciones de diseo, evitar reaccionesexcesivas en las restricciones, y anclajes, as como en las boquillas de los equipos conectadosa ellas.

2.2 NORMAS DE DISEO

A continuacin se listan los cdigos y normas internacionales ms comunes que debern ser

cumplidas en el anlisis de flexibilidad de tuberas donde sean aplicables. Al cumplir con loestablecido en los cdigos, normas y prcticas de ingeniera existentes se garantiza el correctofuncionamiento del sistema.

2.2.1.American Society of Mechanical Engineers (ASME)

B31.1 Power Piping. B31.3 Chemical Plant & Petroleum Refinery Piping. B31.4 Liquid Transportation Systems for Hydrocarbons, Petroleum Gas,

Anhydrous Ammonia and Alcohols.

B31.5 Refrigeration Piping. B31.8 Gas Transmission and Distribution Piping Systems. B31.9 Building Services Piping. B31.11 Slurry Transportation Piping Systems.

2.2.2. Welding and Research Council

WRC-107 Local Stresses in Spherical and Cylindrical shells due to externalloading.


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WRC-297 Supplemental to WRC-107.

2.2.3. American Petroleum Institute (API)

STD 610 Centrifugal Pumps for General Refinery Services, Last Edition.

STD 617 Centrifugal Compressors for General Refinery Services, Last Edition. STD 560 Fired Heaters for General Refinery Services, Last Edition. STD 650 Welded Steel Tanks for Oil Storage, Last Edition. STD 661 Air-Cooled Heat Exchanger for General Refinery Services, Last Edition. STD 611 General or Special Purpose Steam Turbine, Last Edition.

2.2.4. American Society of Mechanical Engineers (ASME) Boiler and Pressure Vessel

Code Section VIII, Last Edition.

2.2.5. National Electrical Manufacturers Association (NEMA)

SM.23 Steam Turbine for Mechanical Drive Services, Last Edition.

2.2.6. Expansion Joint Manufacturers Association (EJMA) Standards of the Expansion

Joint Manufacturers Association.

2.3 REQUERIMIENTOS DE ANLISIS DE FLEXIBILIDAD

Antes de realizar el anlisis de flexibilidad de un sistema de tuberas es necesario conocer lascondiciones a las que estar sometido el mismo, esto permitir al analista realizar una

categorizacin previa del sistema para as determinar si se requiere de un anlisis visual,manual, computarizado, o por mtodos especializados.

Existen cuatro categoras que permiten clasificar las lneas de un sistema de tuberas deacuerdo a su dimetro, condiciones de diseo, as como tipo de equipo al cual se encuentraconectada. Estas categoras son las siguientes:

2.3.1 Lneas con Categora I:

Estas lneas requieren de un anlisis y diseo especial debido a las condiciones crticas a lascuales se encuentran sometidas. Los lineamientos establecidos en los cdigos y normas no

suministran toda la informacin necesaria para su evaluacin. Ejemplos de lneas con categora Ison los siguientes:

Lneas con servicios de alta presin. Lneas con temperatura mayor a 500 C. Lneas con dimetro mayor a 42. Lneas conectadas a equipos reciprocantes. Lneas con flujo bifsico.


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Lneas de gas natural licuado.

2.3.2 Lneas con categora II:

Estas lneas requieren de un anlisis formal por computadora, debido a las condiciones de

operacin a las cuales se encuentran sometidas. Ejemplos de lneas con categora II son lossiguientes:

Lneas de 3 y mayores conectadas a bombas y compresores reciprocantes,compresores centrfugos y turbinas cuya temperatura de operacin normal excedalos 90 C.

Lneas conectadas a bombas centrfugas. Lneas conectadas a recipientes clasificados como ASME Seccin VIII, Divisin 2

(o equivalente). Lneas enchaquetadas o sujetas a presin externa.

2.3.3 Lneas con Categora III:

Estas lneas requieren de un anlisis obligado, el cual puede ser desarrollado por mtodosmanuales o mediante la utilizacin de programas de cmputo no detallados. Ejemplos de lneascon categora III son los siguientes:

Lneas conectadas a equipos con limitacin de cargas externas y/o de esfuerzos,que apareceran contenidas dentro de la Categora II, pero que debido a sudimetro o temperatura, no quedan contenidas dentro de ella.

2.3.4 Lneas con Categora IV:

Estas lneas requieren nicamente de inspeccin visual ya que se encuentran en un rango detemperaturas y presiones bajas.

En la Figura 1se puede observar la clasificacin general de las tuberas de acuerdo a sudimetro y temperatura de diseo.

El documento que contiene el listado de lneas clasificadas segn categoras para su posterioranlisis es la denominadaLista de Segregacin de Lneas.


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315CATEGORIA II

260

200

150CATEGORIA III

90

38

CATEGORIA IV

-45

CATEGORIA II

Temperaturadediseo[C

]

-1302 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Dimetro nominal de tubera [ in ]Figura 1. Categoras de Lneas.

2.4 CLCULO DE FLEXIBILIDAD DE LNEAS CRTICAS

Como regla general, los pasos que deben seguirse en el Anlisis de Flexibilidad de tuberas

son los siguientes: Definicin de la geometra de la lnea. Deber ser realizada por el Proyectista de

Tuberas. Definicin de las restricciones. Deber ser realizada por el Proyectista de Tuberas. Verificacin de los esfuerzos y deformaciones producidas por las cargas

permanentes en sostenido (peso + presin). Verificacin de los esfuerzos y deformaciones producidas por las cargas trmicas. Verificacin de los esfuerzos debido a cargas ocasionales. Verificacin de cargas sobre restricciones. Verificacin de las reacciones en las boquillas de los equipos y conexiones.

Verificacin de la estabilidad elstica.

2.5 TIPOS DE CARGA

Las cargas que pueden afectar los sistemas de tuberas pueden clasificarse como primarias ysecundarias. Las cargas primarias son las que se producen debido a cargas sostenidas y no son


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autolimitantes, tales como el peso muerto de la tubera y de los accesorios. Las cargas del tiposecundaras son autolimitantes, como por ejemplo las cargas debido a expansin trmica.

Finalmente, existe un ltimo tipo de carga que se conoce como carga de operacin. Esta cargaes el resultado de sumar los efectos producidos por las cargas sostenidas y trmicas. Este tipo

de carga se utiliza para verificar las cargas en las boquillas de equipos.

2.6 ESFUERZOS ADMISIBLES BSICOS

Los esfuerzos admisibles bsicos son los mximos permitidos por las normas para asegurarque no ocurran fallas en el sistema de tuberas. Estos se determinan en funcin de laspropiedades del material producto de un ensayo a traccin a una determinada temperatura. Losesfuerzos admisibles varan de acuerdo al tipo de anlisis y cdigo utilizado.

2.7 ESFUERZOS SOSTENIDOS O PRIMARIOS

Son aquellos que se originan por el peso propio de la tubera, peso del fluido, efectos de lapresin, y las fuerzas y momentos aplicados sobre las tuberas. Este tipo de esfuerzo no esautolimitante, es decir, una vez que comienza la deformacin plstica, continua avanzando hastaque se logre un equilibrio de las fuerzas o hasta que ocurra una falla del material.

Los lmites admisibles para los esfuerzos sostenidos son usualmente referidos al esfuerzo defluencia, o al esfuerzo ltimo del material, y dependen de la temperatura de operacin.

2.8 ESFUERZOS DE EXPANSIN O SECUNDARIOS

Los esfuerzos secundarios son los que se originan en la tubera debido a gradientes trmicos.Estos esfuerzos son de naturaleza cclica, debido a que son producidos por contracciones odilataciones trmicas. Generalmente se encuentran presentes durante los arranques o paradasde planta, y tienden a disminuir con el tiempo debido a la relajacin del material.

2.9 ESFUERZOS OCASIONALES

Son aquellos producidos por cargas excepcionales tales como vibraciones en equipos, vlvulasde alivio, golpe de ariete, cargas de viento, sismo, as como cualquier carga externa que no seaconstante.

2.10 SOPORTES

Los soportes son elementos que tienen la funcin de soportar las cargas originadas por elsistema de tuberas, as como de restringir el movimiento de la tubera frente a la accin decargas externas. El clculo y seleccin de los soportes debe estar basado en diversos factores


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de movimientos de los equipos a los cuales estn conectados los sistemas de tuberas. En uno uotro caso, este efecto debe considerarse en el clculo de los esfuerzos de expansin

En caso de requerir el aumento de la flexibilidad de un sistema de tuberas, un mtodoefectivo y econmico es el uso de lazos de expansin, los cules pueden ser calculados por

diferentes mtodos, siendo los ms comunes los siguientes: Mtodo de la ecuacin de flexibilidad. Mtodo de la viga en cantiliver. Mtodo grfico de Grinell (Anexo 1). Mtodo del nomograma. Mtodo de Kellogg.

Mtodo grfico de Grinell:

Este mtodo utilizado para el clculo de lazos de expansin se basa en el uso de una serie detablas con relaciones y factores de correccin para determinar la longitud requerida de losbrazos del lazo.

Figura 2.Lazos de expansin.

El procedimiento para determinar las dimensiones del lazo es el siguiente:

En la tabla realizada por Grinell se determina el factor de expansin trmica C(Ver anexo 1).Luego se calcula el valor de Sade acuerdo al cdigo B31.3.

( )ShScfSa += 25.025.1 (1)

Grinell propone que el esfuerzo mximo a flexin se puede determinar como:

L

DCKbSb

= (2)


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Asumiendo SaSb= se puede despejar de las ecuaciones (1)y (2)el valor de Kb

Grinell recomienda relacionesL/aentre 2 y 10, siendo L/a= 6 el valor ptimo. Se entra a lastablas con una determinada relacin L/a y se busca un valor de Kb (ver anexo 1) lo mscercano posible al valor obtenido tericamente. Con este valor se lee en la misma tabla la

relacinL/H. Finalmente, comoLes un valor conocido, se despeja el valor de H2.11.2 Desplazamientos externos:

Uno de los efectos ms importantes a considerar en el anlisis de flexibilidad de un sistema detuberas son los desplazamientos externos inducidos sobre el sistema por los equiposconectados. Estos movimientos son generalmente de origen trmico, an cuando tambinpueden provenir de asentamientos del terreno. En uno u otro caso, este efecto debeconsiderarse en el clculo de los esfuerzos de expansin.

2.11.3 Efecto de la gravedad:

El peso de la tubera, as como el de su contenido y el aislante, se considera en el anlisiscomo una carga uniformemente distribuida. Los pesos de vlvulas, bridas, filtros y demsaccesorios se modelan como cargas concentradas.

2.11.4 Efecto del viento:

El efecto del viento generalmente se considera como una fuerza esttica uniformementedistribuida y debe ser tomado en cuenta, sobretodo, en el clculo de lneas de gran dimetro encondiciones de exposicin, es decir, lneas mayores de 24 y con elevacin superior a losnueve metros de altura con respecto al nivel del terreno.

2.11.5 Efecto del sismo:

El efecto del sismo generalmente se considera como una fuerza esttica uniformementedistribuida, que es directamente proporcional al peso del elemento.

2.11.6 Efecto de la friccin:

La friccin o roce es proporcional al peso de la tubera. Su influencia es de gran importanciaen el estudio de las cargas sobre las boquillas de los equipos, soportes y/o restricciones.

2.12 FALLA POR APLASTAMIENTO

La silla o saddle es un soporte comnmente utilizado para lneas mayores de 24 con lafinalidad de prevenir el aplastamiento en dichas tuberas.

El aplastamiento es una falla localizada en forma de arruga o pliegue, causada por unsobreesfuerzo o inestabilidad de la pared de la tubera en el lado a compresin de una tubera


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sometida a flexin. Por lo general, se debe verificar el aplastamiento en los soportes detuberas con dimetros superiores a las 24.

El esfuerzo local en el soporte o saddle se obtiene mediante una frmula emprica, la cualestablece que:

( )

( )42

25.043

325.0

22

2

+

+

+

=

++=

t

RLn

t

pK

t

Dp

t

Dp

tD

LqTOT

lpbTOT

Donde:

[psi]: Esfuerzo generado en la tubera. [psi]: Esfuerzo de flexin en span con extremos sin restriccin. [psi]: Esfuerzo circunferencial debido a la presin interna del fluido. [psi]: Esfuerzo local. q [Lb / in]: Carga lineal sobre el soporte. L[in]: Distancia entre soportes. D[in]: Dimetro medio de la tubera. T[in]: Espesor de la tubera corrodo. p[psi]: Presin interna. K: Factor adimensional (K=0.02-0.00012- 90)) P[lbf]: Carga sobre el soporte. R[in]: Radio promedio de la tubera.

El esfuerzo local debe ser menor al esfuerzo crtico.

( )

( )

( )

( )83300

7130005333

6130003300

399.0662

5

Syt

DparaSh

Syt

Dpara

tD

Syt

D

SyparaSy

tD

CR

CR

CR

CRTOT

=

=

+=

=

Si el esfuerzo total es mayor que el esfuerzo crtico se deben tomar en cuenta las siguientesconsideraciones para la resolucin del problema:


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Aumentar en ngulo de contacto, el cual puede ser mximo de 180. Usualmente elngulo de contacto oscila entre 90 y 120.

Colocacin de anillos rigidizadores. Esta alternativa suele ser la ms econmica. Colocacin de refuerzos en los saddles.

2.13 ANLISIS EN CODOS Y CONEXIONES RAMALES

Este anlisis se realiza para determinar las caractersticas de flexibilidad, los factores deintensificacin de esfuerzos y esfuerzos que se generan en codos y conexiones ramales.

2.13.1 Factor de Intensificacin de Esfuerzos SIF (Stress Intensification Factor):

Es el cociente entre el esfuerzo mximo real y el esfuerzo mximo obtenido mediante la teora

elemental de vigas, o dicho de otra forma, es la relacin que determina el esfuerzo producidoen codos y conexiones ramales a partir del esfuerzo que se originan en tuberas, siendo ste elcociente entre el esfuerzo producido por fatiga en una tubera recta sobre el esfuerzo de fatigaen accesorios o conexiones.

III. RESULTADOS EXPERIMENTALES

3.1 LISTA DE SEGREGACIN

El objetivo de esta parte del proyecto consisti en definir el nivel de criticidad de las lneas ylos requerimientos de Anlisis de Flexibilidad de Tuberas, para el desarrollo de los trabajos deIngeniera de las instalaciones de la Planta Cataltica FCC No. 2, perteneciente al Proyectointegral de Reconfiguracin de la Refinera "Gral. Lzaro Crdenas de PEMEX Refinacin,en Minatitln, Mxico.

3.1.1 Clasificacin de Lneas:

La clasificacin de las Lneas se llev a cabo de acuerdo a los criterios mostrados en elcaptulo 2.3 del presente libro:

Lneas con Categora I:

Para la Planta Cataltica se consideraron como circuitos crticos los siguientes sistemas detuberas:

Tubera de proceso que conecta los Ciclones 101 y 102-ME con el Convertidor 101-R.


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Tubera de proceso que conecta la descarga del Cicln Desgasificador con la tuberadel efluente hacia la Torre Fraccionadora 101-V.

Tubera del efluente del Convertidor hasta la Torre Fraccionadora 101-V. Tubera de desfogue desde el Regenerador 102-R hasta el Quemador 102-H. Tubera Overhead de la Torre Fraccionadora 101-V.

Descarga de los Aeroenfriadores 101-EA-1 al EA-14.

Lneas con Categora II:

Para la Planta Cataltica, se consideraron como circuitos de tuberas que requieren de unanlisis formal los siguientes sistemas:

Tubera de succin de la bomba de fondos 107 P1/P2 de la Torre Fraccionadora 101-V Tubera de descarga de la bomba de fondos 107 P1/P2, y la Torre Fraccionadora 101-V Tubera de succin y descarga del Compresor de Gas Hmedo 102-C Todas las tuberas de vapor desde y hacia turbinas. Todas las tuberas de proceso desde y hacia reactores y torres de proceso. Todas las tuberas de proceso desde y hacia enfriadores de aire. Todas las tuberas de Transfer y sistemas de desfogue y vlvulas de venteo. Todas las tuberas que conectan a boquillas de cambiadores de calor y recipientes a

presin con fuerzas y momentos limitados por el fabricante del equipo o por cdigo. Todas las tuberas con flujo en dos fases. Lneas que aparecen designadas con Categora II, en la Figura 1.

Lneas con Categora III:Para la Planta Cataltica, se consideraron como circuitos de tuberas que requieren de unanlisis no formal los siguientes sistemas:

Lneas que aparecen designadas con Categora III, en la Figura 1. Tuberas recubiertas de 4 y mayores. Tuberas no metlicas. Tuberas de acero al carbn conectadas a equipo no metlico. Tuberas con fluidos txicos y letales.

Lneas con Categora IV:

Las lneas en esta categora se encuentran en un rango de temperaturas bajas o ambientales,adems de ser de tamaos relativamente pequeos, y aparecen designadas con CategoraIV, en la Figura 1.


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21

En la tabla 1 y en la Figura 2 se muestran los resultados de la segregacin de todas laslneas del sistema:

Tabla 1. Segregacin de lneas.

Cat I Cat II Cat III Cat IV TOTAL

25 238 653 1751 2667

1% 9% 24% 66% 100%

Figura 3.Segregacin de lneas


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22

3.2 CLCULO DE LAZOS DE EXPANSIN.

3.2.1 Rack de Tuberas:

La distribucin en planta de las tuberas se realiza de acuerdo al tipo de rack de tuberasutilizado. Para el caso de la planta cataltica FCC N 2, se decidi utilizar un rackde tuberastipo U (Figura 3).

Figura 4.Rack de tuberas Tipo U.

Esto trae como consecuencia que las tuberas recorran grandes distancias para conectar unequipo con otro lo que origina que se produzcan expansiones trmicas considerables en lastuberas. Dichas expansiones podran producir la falla de los elementos de conexin deramales de tuberas en el rack, o la colisin de dichas tuberas en los cambios de direccin.

Una manera efectiva y econmica de agregar flexibilidad al sistema de tuberas absorbiendo laexpansin trmica generada por la longitud de la lnea es el uso de lazos de expansin, loscuales pueden ser calculados por diferentes mtodos, siendo el mtodo grfico de Grinnell(Seccin 2.11.1) el utilizado para el presente anlisis.

Los criterios utilizados para la determinacin de que lneas requeran el clculo de lazos deexpansin fueron los siguientes:

El valor de Sadm fue establecido dentro de los lineamientos de diseo del proyecto como elvalor mximo de expansin permitida para una tubera en el rack.

Para el anlisis de las lneas del rack se elabor una hoja de clculo en Microsoft Excelcuyo algoritmo de funcionamiento era el siguiente:


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1. Se introdujo los valores referentes a la lnea tales como:

Temperatura de diseo [ C ] Dimetro nominal [ in ] Espesor de pared [ in ]

Tolerancia por corrosin [ in ] Tolerancia de fabricacin [ in ] Coeficiente de expansin trmica [ in / 100ft ] Distancia entre guas [ ft ] Longitud de la tubera [ ft ] Distancia entre anclajes [ ft ]

2. Se calcul la expansin trmica de la tubera [mm].

3. Se compar el valor obtenido con el Sadm utilizando los criterios de comparacindescritos a continuacin.

(0.9) 100 [mm] (0.9)

Sin embargo, se recomienda chequear posibles interferencias con otrastuberas

100 [mm]. La lnea no requiere lazo de expansin.

4. Si la lnea requera de lazo, se realiz el clculo de las dimensiones mnimas delazo utilizando el mtodo grfico de Grinell. (Seccin 2.11.1)

5. Se calcul la fuerza generada por el lazo en los stops, siguiendo el mtodo de

Grinell.

Las tuberas que, luego del anlisis, necesitaron el clculo de lazos de expansin se muestranen la tabla 2:

Tabla 2.Lneas que requieren lazo de expansin.

AREA K

Nivel LneaTdiseo[C]

ExpansinTrmica

[mm]FAnclaje

[Kgf]P1014-10" 360 188.23 527.4

P1075-12" 358 215.51 371

P1079-12" 300 142.49 242P1083-3" 213 125.88 24

1

SL1013-2" 320 162.99 12 SL1004-14" 408 160.93 1437

HS1023-12" 490 553.82 1044HS1024-12" 490 553.82 1044LS1035-18" 160 140.21 3070

3

MS1204-10" 350 364.54 600


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24

AREA C

Nivel LineaTdiseo[C]

expansinTrmica

[mm]FAnclaje

[Kgf]P1075-12" 358 160.95 274

1P1077-12" 325 143.87 1925

3 MS1208-8" 350 157.35 762

Es importante destacar que, las medidas obtenidas producto del anlisis son las mnimasrequeridas para que el lazo pueda funcionar correctamente y absorber la expansin trmicacalculada. Sin embargo, las medidas finales de cada lazo dependern de diversos factores talescomo la ubicacin de la lnea en el rackde tuberas, facilidad para la colocacin de soportes,temperatura de diseo de la lnea, cantidad de lneas que requieran lazo de expansin en elmismo nivel del rack, posibles interferencias con estaciones de control, escaleras, equipos.

Tabla 3.Dimensiones Lazos de expansin.AREA K

Nivel Lnea a [ m ] H [ m ]

P1014-10" 7 8

P1075-12" 3 8.5

P1079-12" 5 9

P1083-3" 4 6

1

SL1013-2" 3 8.5

2 SL1004-14" 4 8

HS1023-12" 6.5 10HS1024-12" 8.2 10

LS1035-18" 3.8 9.53

MS1204-10" 5.7 9.7

AREA C

Nivel Lnea a [ m ] H [ m ]

P1075-12" 6 12

1 P1077-12" 4 6

3 MS1208-8" 3 5


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3.3 ANLISIS DE FLEXIBILIDAD DE LAS LNEAS P1266-36 Y P1272-36

3.3.1 Descripcin del Problema:

En esta seccin se reportan los resultados, conclusiones y recomendaciones del anlisis deflexibilidad de las lneas P1266-36 y P1272-36pertenecientes al C3 SPLITTER y al C3SPLITTER REBOILERde la Planta Cataltica FCC No. 2, en la Refinera "Gral. LzaroCrdenas de Minatitln. Ver.

Dicho anlisis fue realizado utilizando el programa de anlisis de esfuerzos en sistemas detuberas CAESAR II, Versin 4.5. Se verificar que los esfuerzos no sobrepasen los valorespermitidos por las normas y cdigos aplicables, considerado la expansin trmica, presininterna, pesos, cargas de peso muertas, cargas de viento y cargas ssmicas.

En la Figura 5 se observa el sistema en su configuracin original.

P1272-36P1266-36

107-B

5

2000

2110

P1272-36P1266-36

107-B

5

2000

2110

Figura 5.Sistema de tuberas. Configuracin original.


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3.3.2 Especificaciones de Lneas

El sistema mostrado en la Figura 5 se compone por distintos tipos de tuberas los cuales semuestran clasificados en las Tablas 4, 5 y 6:

Tabla 4.Lista de lneas analizadas.

NMERO DE LNEA Rev. DESDE HASTA NOTAS

P1266-36 B 111-V 107-BP1272-36 B 107-B 111-V

Tabla 5.Condiciones mecnicas de diseo.

Emisin de la Lista de Lneas de Tuberas : BCdigo Bsico : B31.3

Temperatura de Referencia : 21 C

Esp Presin Temperatura Coef Densidad EspVel.

Viento Coef

Mat (KPa) ( C) Exp. (Kg/m3) Aisl (Km/h) SismoNmero

de Lnea Diseo Prueba Diseo Operac (mm/m) Diseo Prueba (mm) (g)

P1266-36 3P1 2305 2996 88 60 0.51 433.71 998 38 N / A 0.3

P1272-36 3P1 2305 2996 88 60 0.51 130.46 998 38 N / A 0.3

Tabla 6.Caractersticas mecnicas.

Especificacin de Tuberas : B31.3 Radio de Poissons : 0.2920

MatDiam.Nom.

Esp.Pared

(mm/Sch)

PesoTub

(N/m)

EspesorCorros.(mm)

Clasede

Bridas

Esfuerzo Admisible(MPa)

Sc Sh SA

MduloYOUNG

(MPa)

3P1 API 5L-B 36 25 5450 1.2 300 138 138 207 203396A53-B 18 XS 1363 1.2 300 138 138 207 203396

Todos los codos de las lneas son radio largo. El sistema presenta diversas conexiones en T deltipo soldada y con placa de refuerzo, las cuales se muestran en el isomtrico del sistema en elAnexo 2.

El sistema presenta en su configuracin inicial dos apoyos simples en los nodos 75 y 135 cuyaubicacin se muestra en el isomtrico del sistema en el Anexo 2.

Las hojas de datos del SPLITTER de C3 111-V, as como del C3 SPLITTER REBOILER107-B se encuentran en el Anexo 2.

Debido a la expansin trmica de los equipos asociados al sistema, ocasionada por el manejode fluido a altas temperaturas, se producen desplazamientos en las boquillas de los equipos,los cuales se presentan en la Tabla 7:


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Tabla 7.Desplazamientos 111-V.

Nodo x

[mm] y

[mm] z

[mm] Rx [] Ry [] Rz []

5 0 -0.851 0 0 0 0

2000 0 2.237 0 0 0 0

Los desplazamientos asociados al 107-Bno se muestran en la tabla anterior debido a que se haconsiderado el modelado del mencionado equipo en el anlisis de flexibilidad.

3.3.3 Diagnstico del Sistema:

Para garantizar el correcto funcionamiento del sistema se realiz el anlisis de flexibilidadbajo los diferentes casos de carga mostrados en la Tabla 8:

Tabla 8.Descripcin casos de carga.

CASO

DE CARGADESCRIPCIN CASO DE CARGA

Caso 1 Prueba Hidrosttica. (HYD) WW+HP+H

Caso 2 Sistema operando a Temp. Operacin. (OPE) W+D1+T1+P1+H

Caso 3 Sistema operando a Temp. Diseo. (OPE) W+D1+T2+P1+H

Caso 4 Peso + Presin. (SUS) W+P1+H

Caso 5 Carga ssmica X. (OCC) U1

Caso 6 Carga ssmica Z. (OCC) U2

Caso 7 Expansin trmica a T1. (EXP) L2-L4


Caso 9 Sostenido + Carga ssmica x, caso cdigo. (OCC) L4+L5

Caso 10 Sostenido + Carga ssmica z, caso cdigo. (OCC) L4+L6

En donde:

W:Carga muertaWW: Peso tubo + AguaP:PresinT:TemperaturaHP:Presin de Prueba HidrostticaD: Desplazamientos externosF:Fuerzas externasU: Cargas uniformesWIN: Cargas de vientoH: Cargas de resorte


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Los resultados obtenidos para el anlisis de esfuerzos del sistema en la configuracin originalse muestran en la Tabla 9:

Tabla 9.Resumen de Esfuerzos Admisibles. Configuracin original.

CASO ESFUERZO MXIMODE

CARGA (MPa)

Calculado Admisible N Nodo

Caso 1 53 183.4 370

Caso 2

Caso 3

Caso 4 42.1 126.9 370

Caso 5

Caso 6

Caso 7

Caso 8 93.5 206.8 2032

Caso 9 50.78 60 370

Caso 10 41.9 168.8 370

Como se puede observar, para la configuracin original los esfuerzos generados son menores alos admisibles para cada caso, lo cual indica que el sistema no falla. Esto se debe a que laslongitudes de las lneas son pequeas en comparacin con el dimetro de las mismas. De igualmanera, las temperaturas de diseo y operacin son bajas lo cual no produce altos esfuerzospor expansin en el sistema.

La condicin ms crtica del sistema es la 8 (EXP) T2 + D1, cuyo estado de esfuerzos ydeformaciones se muestra en la Figura 6.

2032

2000

5

2110

210

410

2032

2000

5

2110

210

410

Figura 6.Esfuerzos en el sistema para la condicin 8. (EXP) T2 + D1.


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29

Sin embargo, las cargas generadas en las boquillas de los equipos, sobrepasan los valoresadmisibles propuestos por el boletn WRC-107, este comportamiento se muestra en las Tablas10 a 14. El sistema debe ser modificado a fin de cumplir con los estndares de dicha norma.

Tabla 10. Cargas en boquilla. Nodo 5.

CASOS DE CARGA FX(N) FY(N) FZ(N) MX(N.m) MY(N.m) MZ(N.m)

2 (OPE)W+D1+T1+P1

-8682 -21603 18905 7859 58848 74217

CARGASADMISIBLES

35100 46800 46800 109500 126400 84200



2 (OPE)W+D1+T1+P1 -25874 -8231 -1582 719 -23640 -11130

CARGASADMISIBLES

23400 23400 17600 21100 31600 27400



2 (OPE)W+D1+T1+P1

28281 -881 -16306 7559 16433 15388

CARGASADMISIBLES

23400 23400 17600 21100 31600 27400



2 (OPE)W+D1+T1+P1

47255 100314 47255 365736 -75367 365736

CARGASADMISIBLES

46800 46800 35100 126400 84200 109500


CASOS DE CARGAF

X(N)F

Y(N)F

Z(N)M

X(N.m)M

Y(N.m)M

Z(N.m)2 (OPE)W+D1+T1+P1

-14641 -195680 -44930 -6100 -30956 100159

CARGASADMISIBLES

46800 46800 35100 84200 126400 109500


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30

Esto es generado principalmente debido a que, frente a la ausencia de soportes en el sistema,todo el peso de las tuberas esta siendo absorbido por las boquillas de los equipos, generandograndes fuerzas axiales y momentos flectores como en el caso del nodo 2000 y 2110. En elcaso de los nodos 210 y 410, se generan cargas altas en las boquillas del reboilerdebido algradiente entre la temperatura de operacin del equipo y la de las lneas.

3.3.4 Soluciones Propuestas:

Para disminuir los valores de carga obtenidos en las boquillas hasta cumplir con lo requeridoen la norma, se implementaron las siguientes soluciones:

Nodos 210 y 410:

La diferencia entre la temperatura de operacin del equipo y la lnea P1266-36 produce laexpansin trmica generada por los tramos 75-80 y 135-140. Para reducir las cargas en lasboquillas de los nodos 210 y 410 se modific el ruteo de la lnea P1266-36, desde las salidasdel cabezal de la lnea hacia el equipo (Figura 8), esto con la finalidad de reducir la fuerzagenerada por el movimiento angular de la tubera debido al gradiente de temperatura.

7080

5

2000

7080

5

2000

Figura 7. P1266-36. Configuracin original.


31/58

31

70

80

5

2000

70

80

5

2000

Figura 8. P1266-36 modificada.

Nodos 2000 y 2110:

En los nodos 2000 y 2110 se producen altas cargas y momentos flectores debido a que laresultante del peso de la estructura se encuentra distribuida totalmente entre las boquillas delos equipos 111-V y 107-B. Para reducir las cargas en las boquillas de los equipos y cumplircon lo establecido en la norma se utiliz un resorte de carga variable en el nodo 2040, el cualse muestra en la Figura 9:

Figura 9. P1272-36 Resorte.

La diferencia de temperatura entre el recipiente y la lnea P1272-36 produce undesplazamiento positivo de la lnea en la direccin Y, lo cual origina que, en caso de


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32

utilizarse un soporte rgido, la tubera se levantara y perdera el apoyo. Esta es la razn por lacual se decidi utilizar un resorte de carga variable en lugar de un soporte rgido.

Las cargas generadas en las boquillas de los equipos luego de las modificaciones realizadas sepresentan en las Tablas 15 a 19:

Tabla 15. Cargas en boquilla modificada. Nodo 5.


2 (OPE)W+D1+T1+P1

-10725 -35131 11313 -23328 49489 80099

CARGASADMISIBLES

35100 46800 46800 109500 126400 84200

Tabla 16Cargas en boquilla modificada. Nodo 210.


2 (OPE)W+D1+T1+P1

-12800 -10051 -2097 2268 -12920 -5283

CARGASADMISIBLES

23400 23400 17600 21100 31600 27400

Tabla 17. Cargas en boquilla modificada Nodo 410.


2 (OPE)W+D1+T1+P1

17001 -10316 -8190 6595 12939 7252

CARGAS

ADMISIBLES23400 23400 17600 21100 31600 27400

Tabla 18. Cargas en boquilla modificada. Nodo 2000.


2 (OPE)W+D1+T1+P1

14834 2825 19838 77629 -66560 23605

CARGASADMISIBLES

46800 46800 35100 126400 84200 109500

Tabla 19Cargas en boquilla modificada. Nodo 2110.


2 (OPE)W+D1+T1+P1

-14834 -29339 -19838 -5805 -35996 71583

CARGASADMISIBLES

46800 46800 35100 84200 126400 109500


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33

Los resultados obtenidos para el anlisis de esfuerzos del sistema en la configuracinmodificada se muestran en la Tabla 20:

Tabla 20.Resumen de Esfuerzos Admisibles. Configuracin modificada.


CARGA (MPa)


Caso 1 47.2 183.4 60

Caso 2

Caso 3

Caso 4 42.1 126.9 370

Caso 5

Caso 6

Caso 7

Caso 8 98.4 206.8 2029

Caso 9 43.6 168.8 370

Caso 10 44.7 168.8 370

Como se observa en la tabla anterior, para la configuracin modificada los esfuerzosgenerados son menores a los admisibles para cada caso, lo cual indica que el sistema no falla.La condicin ms crtica del sistema sigue siendo la 8 (EXP) T2 + D1, sin embargo losesfuerzos no sobrepasan el 50% del valor admisible. En las Figuras 10 a 13 se muestran losestados de esfuerzos y deformaciones para la condicin de operacin y la condicin critica delsistema.

Figura 10.Desplazamientos en el sistema para la condicin 8 modificada. (EXP) T2 + D1.


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34

2 0 2 9

2 0 0 0

5

2 1 1 0

4 1 0

2 0 2 9

2 0 0 0

5

2 1 1 0

4 1 0

Figura 11.Esfuerzos en el sistema para la condicin 8 modificada. (EXP) T2 + D1.

Figura 12. Desplazamientos en el sistema para la condicin de operacin.


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35

2 0 0 0

5

2 1 1 0

2 1 0

3 7 0

2 0 0 0

5

2 1 1 0

2 1 0

3 7 0

Figura 13.Esfuerzos en el sistema para la condicin de operacin.

Finalmente, se verific que los apoyos de la lnea P1266-36 no fallaran por aplastamiento, losresultados de dicho clculo se pueden observar en el anexo 2.

3.3.5 Conclusiones:

El sistema original posee la flexibilidad suficiente para soportar las cargas que segeneran por las distintas condiciones de operacin. El problema se presenta en lasboquillas de ambos recipientes.

El efecto de la expansin trmica sobre las boquillas del reboiler 107-B pudo sercontrolado con la modificacin de la ruta de la lnea P1266-36, aadiendo mayorflexibilidad al sistema con el cambio propuesto.

El efecto de la expansin trmica sumado al del peso del sistema sobre las boquillasconectadas a la lnea P1272-36 pudo ser controlado gracias a la colocacin de unresorte de carga variable en el nodo 2040. Para la solucin propuesta, el peso de laestructura recae sobre el soporte flexible, en lugar de las boquillas del 107-B y 111-V,como ocurra en la configuracin original.

Con la nueva configuracin se garantiza que las lneas no fallan, debido a que ahora secumple con lo establecido en la norma ASME B31.3 y el Boletn WRC-107.


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36

3.4 ANLISIS DE FLEXIBILIDAD DE LAS LNEAS HW1132-54 Y HW1067-36


En esta seccin se reportan los resultados, conclusiones y recomendaciones del anlisis deflexibilidad de las lneas HW1132-54 y HW1067-36 pertenecientes al sistema de agua deenfriamiento de la Planta Cataltica FCC No. 2, en la Refinera "Gral. Lzaro Crdenas deMinatitln. Ver.



H W 1 0 6 7 - 3 6

H W 1 1 3 2 - 5 4

H W 1 0 6 7 - 3 6

H W 1 1 3 2 - 5 4



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37


El sistema mostrado en la Figura 14 se compone por distintos tipos de tuberas los cuales semuestran clasificados en las Tablas 21 a 23:



HW1132-54 B L.B HW1067-36HW1067-36 B HW1132-54

Tabla 22.Condiciones mecnicas de diseo.

Emisin de la Lista de Lneas de Tuberas : BCdigo Bsico : B31.3


Esp Presin Temperatura Coef Densidad EspVel.

Viento Coef

Mat (KPa) ( C) Exp. (Kg/m3) Aisl (Km/h) SismoNmerode Lnea Diseo Prueba Diseo Operac (mm/m) Diseo Prueba (mm) (g)

HW1132-54

W1A1

1020 1530 70 42 0.3 991.35 991.35 N / A 145 0.3

HW1067-36

W1A1

1020 1530 70 42 0.3 991.35 991.35 N / A 145 0.3



Especifc.Material.

Designacindel Material

Diam.Nomin

al

Esp.Pared

(mm/Sch)

PesoTubera(N/m)

EspesorCorros.(mm)

Clasede

Bridas


Sc Sh SA

MduloYOUNG

(MPa)

W1A1 API 5L-B 54 15.875 5200 1.2 150 137.9 137.9 206.8 203396W1A1 API 5L-B 42 15.875 4030.8 1.2 150 137.9 137.9 206.8 203396W1A1 API 5L-B 36 STD 2082.5 1.2 150 137.9 137.9 206.8 203396W1A1 API 5L-B 30 STD 1732.3 1.2 150 137.9 137.9 206.8 203396W1A1 A53-B 24 STD 1380.6 1.2 150 137.9 137.9 206.8 203396W1A1 A53-B 20 STD 1147.1 1.2 150 137.9 137.9 206.8 203396W1A1 A53-B 16 STD 913.6 1.2 150 137.9 137.9 206.8 203396W1A1 A53-B 12 STD 723.9 1.2 150 137.9 137.9 206.8 203396W1A1 A53-B 8 STD 416.7 1.2 150 137.9 137.9 206.8 203396W1A1 A53-B 6 STD 276.9 1.2 150 137.9 137.9 206.8 203396W1A1 A53-B 4 STD 133 1.2 150 137.9 137.9 206.8 203396

Todos los codos de las lneas son radio largo. En el nodo #280 se ubica una conexin de tipoWelding Tee ANSI B16.9, de dimetro tricos de las lneas del sistema semuestran en el anexo 3.

El sistema presenta en su configuracin inicial apoyos simples cada seis metros ya que seencuentra sobre el rackde tuberas, adems de un stop en el lmite de batera, ubicado en elnodo 90. Antes de realizar el anlisis se colocaron las guas necesarias segn el dimetro de lalnea. La ubicacin y tipo de soportes en el sistema se muestran en los isomtricos de las lneaslos cuales se encuentran en el Anexo 3.


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38




CASODE CARGA

DESCRIPCIN CASO DE CARGA

Caso 1 Prueba Hidrosttica. (HYD) WW+HP

Caso 2 Sistema operando a Temp. Operacin. (OPE) W+D1+T1+P1

Caso 3 Sistema operando a Temp. Diseo. (OPE) W+D1+T2+P1

Caso 4 Peso + Presin. (SUS) W+P1



Caso 7 Viento en X. (OCC) WIN1

Caso 8 Viento en Z. (OCC) WIN2



Caso 11 Sostenido + Carga ssmica X, caso cdigo. (OCC) L4+L5Caso 12 Sostenido + Carga ssmica z, caso cdigo. (OCC) L4+L6

Caso 13 Sostenido + Viento en X, caso cdigo. (OCC) L4+L7

Caso 14 Sostenido + Viento en Z, caso cdigo. (OCC) L4+L8

En donde:

W:Carga muertaWW: Peso tubo + Agua

P:PresinT:TemperaturaHP:Presin de Prueba HidrostticaD: Desplazamientos externosF:Fuerzas externasU: Cargas uniformesWIN: Cargas de vientoH: Cargas de resorte


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39

Los resultados obtenidos para el anlisis de esfuerzos del sistema en la configuracin originalfueron los siguientes:

Tabla 25.Resumen de Esfuerzos Admisibles. Configuracin original


CARGA (MPa)


Caso 1 56.14 183.4 280

Caso 2

Caso 3

Caso 4 44.38 137.89 280

Caso 5

Caso 6

Caso 7

Caso 8

Caso 9

Caso 10 193.2 206.84 280

Caso 11 346.05 183.4 280

Caso 12 537.04 183.4 280

Caso 13 56.26 183.4 280

Caso 14 44.38 183.4 280

Como se observa en la Tabla 25, para la configuracin original el sistema falla para los casos

de carga 10, 11 y 12, siendo los nodos 280 y 520 los puntos crticos en el sistema para lascondiciones propuestas. En las Figuras 15 a 20 se observan los esfuerzos y desplazamientospara las 3 condiciones de falla.

2 8 02 8 0

Figura 15.Esfuerzos en el sistema para la condicin 10. (EXP) T2 + D1.


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40

Figura 16.Esfuerzos en el sistema para la condicin 11. (OCC) W + P1 + U1.

Figura 17.Esfuerzos en el sistema para la condicin 12. (OCC) W + P1 + U2.

Figura 18.Desplazamientos en el sistema para la condicin 10. (EXP) T2 + D1.


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Figura 19.Desplazamientos en el sistema para la condicin 11. (OCC) W + P1 + U1.


Para el caso 10 tenemos que la expansin trmica del tramo recto 10-370 produce undesplazamiento en la direccin -Z del nodo #280, por otra parte, las expansiones libres delos tramos 520-840 y 280-520 producen momentos flectores y torsores considerables sobre elmismo elemento. La suma de estos factores, en conjunto con un alto coeficiente deintensificacin de esfuerzos en el nodo debido a la T soldada sin refuerzo (O/SIF=4.40; I/SIF=3.55. (ASME/ANSI B31.3), producen la falla del sistema en dicho punto.

Por otra parte, al analizar el comportamiento del sistema para las condiciones de sismo en Xse observa que se producen grandes desplazamientos en la direccin X en el nodo 280debido al movimiento libre del tramo 280-520 en esa misma direccin. Finalmente, el caso desismo en Z es el ms crtico de los 3 analizados debido a que prcticamente todo el tramorecto 280-520 falla para esta condicin. Esto es debido a los grandes desplazamientos en elplano XY del tramo recto para disipar la energa absorbida por el sismo, ya que no puededesplazarse libremente en la direccin Z debido a las restricciones en los nodos 280 y 520.


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De manera adicional se tiene que al analizar las cargas obtenidas en el Stop ubicado en el nodo#90, las cuales se muestran en la Tabla 26, los valores de Fz obtenidos producto de la fuerzade roce son extremadamente altos, con lo cual se necesitara de una fundacinextremadamente grande para soportar la magnitud de la carga, adems de ocasionar la falla en

el soporte.

Tabla 26. Cargas en soporte #90.

Nodo Fx [N] Fy [N] Fz [N] Mx [N My [N Mz [N

90 29 -148878 137116 0 0 0


NODOS # 280 Y # 520:

Para disminuir los valores de esfuerzos en el tramo 280-520 producto de las tres condicionesde falla expuestas anteriormente, y cumplir con lo requerido en la norma, se implementaron secolocaron dos stopsadicionales en el sistema de tuberas, uno ubicado en el nodo #430 con lafinalidad de reducir los desplazamientos trmicos en el nodo #280 en la direccin X, y otroubicado en el nodo 650 con la finalidad de reducir los desplazamientos trmicos en ladireccin Z del nodo 520.


Tabla 27.Resumen de Esfuerzos Admisibles. Configuracin ModificadaCASO ESFUERZO MXIMODE

CARGA (MPa)


Caso 1 56.27 183.4 280

Caso 2

Caso 3

Caso 4 44.52 137.89 280

Caso 5

Caso 6

Caso 7Caso 8

Caso 9

Caso 10 74.91 206.84 280

Caso 11 81.7 183.4 280

Caso 12 63.31 183.4 280

Caso 13 60.85 183.4 280

Caso 14 44.52 183.4 280


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43

Como se observa en la tabla anterior, para la configuracin modificada los esfuerzosgenerados son menores a los admisibles para cada caso, lo cual indica que el sistema no falla.La condicin ms crtica del sistema es la 11 (OCC) L4+L5, sin embargo los esfuerzos nosobrepasan el 50% del valor admisible.

Las figuras 21 y 22 muestran el estado de esfuerzos y desplazamientos para la condicin mscrtica del sistema.

Figura 21.Esfuerzos en el sistema para la condicin 11. (OCC) W + P1 + U1


NODO # 90:

Luego de analizar el comportamiento de la Fuerza de roce a lo largo del tramo recto de tubera10-370 se pudo observar lo siguiente:


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44

-40000

-20000

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

160000

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Nodo

Fz[N

]

Figura 23. Variacin de la Fuerza de roce con la longitud de la tubera.

Tabla 28. Fuerza de roceNodo Fz [N]

20 681790 137116

100 2558110 518120 -522130 -3562140 -5605150 -7652200 -11740210 -13785

220 -15843230 -17914260 -14419270 -14801290 -14707340 -4164

Segn se observa en la Figura 23, la Fuerza de roce en la tubera alcanza un valor mximo enel nodo 90, para luego anularse en algn punto entre el soporte 90 y 100, y cambiar de sentidoaumentando su magnitud hasta que, alrededor del nodo 230, vuelve a tener el mismo

comportamiento decreciente.

Este comportamiento se debe a que la fuerza de roce es proporcional a el valor de la Normal,fuerza cuya distribucin no es uniforme y depende de las condiciones iniciales del sistema.Los puntos en los que la fuerza de roce se anula reciben el nombre de anclajes naturales delsistema, si se localiza el stop lo mas cercano posible al anclaje natural se lograr reducir demanera considerable la carga en el soporte.


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Es por ello que, para solventar el problema de la carga excesiva en el stop ubicado en el nodo#90, se decidi reubicar el soporte desplazndolo hasta el nodo #120.

Tabla 29. Variacin de la carga en Stop.

Nodo Fx [N] Fy [N] Fz [N] Mx [N My [N Mz [N

90 29 -148878 137116 0 0 0120 -9 -113202 54147 0 0 0

Luego de ubicar el stop en el nodo # 120, se redujo la carga en 60 %, lo cual representa unvalor manejable para el diseo del soporte, as como de la fundacin en el rackpara soportardicha carga.

Las cargas obtenidas en todos los stopsdel sistema se muestran en la Tabla 30:

Tabla 30. Cargas en Stops. Configuracin modificada.

Nodo Tipo Fx [N] Fy [N] Fz [N] Mx [N My [N Mz [N 120 Lim "z" -9 -113202 54147 0 0 0430 Lim "x" 69225 -71146 -9966 0 0 0650 Lim "z" 226 -46433 2958 0 0 0

3.4.5 Conclusiones:

El sistema original no posee la flexibilidad suficiente para soportar las cargas que segeneran por las distintas condiciones de operacin.

El efecto de la expansin trmica a la temperatura de diseo, as como el producido porsismo en X y Z producen la falla del sistema en el tramo recto 280-520, siendo lospuntos ms crticos la T soldada sin refuerzo ubicada en el nodo # 280, y el codoubicado en el nodo # 520.

Este efecto pudo ser controlado con la ubicacin de dos soportes tipo Stop, ubicados enlos nodos # 430 y # 650, limitando los desplazamientos del sistema de tuberas frente alas condiciones iniciales.

La ubicacin del Stop en el Lmite de batera (Nodo 90) genera altas cargas sobre elsoporte producto de la fuerza de roce en la tubera, dichos valores de carga resultan

excesivos para el diseo del soporte y posterior dimensionamiento de la fundacin parael rack. Este efecto pudo ser controlado gracias a la reubicacin de dicho soporte en unpunto cercano a uno de los anclajes naturales de la tubera (Nodo 120)

Con la nueva configuracin se garantiza que las lneas no fallan, debido a que ahora secumple con lo establecido en la norma ASME B31.3.


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3.5 ANLISIS DE FLEXIBILIDAD DE LAS LNEAS RV1081-36 Y RV1006-30


En esta seccin se reportan los resultados, conclusiones y recomendaciones del anlisis deflexibilidad de las lneas RV1081-36 y RV1006-30 pertenecientes al sistema colector dedesfogue de baja, perteneciente a la Planta Cataltica FCC No. 2, en la Refinera "Gral.Lzaro Crdenas de Minatitln. Ver.



RV1006-30

RV1081-36

RV1006-30

RV1081-36



El sistema mostrado en la Figura 24 se compone por distintos tipos de tuberas los cuales semuestran clasificados en las tablas 31 a 33:


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RV1081-36 B 138-VRV1006-30 B PV-170 A/B RV1081-36

Tabla 32.Condiciones mecnicas de diseo.Cdigo Bsico : B31.3 Emisin de la Lista de Lneas de Tuberas : B


Nmero deLnea

Especif

Mat.

Presin(KPa)

Diseo Prueba

Temperatura( C)

Diseo Operac.

CoefExp.

(mm/m)

Densidad(Kg/m3)

Diseo Prueba

Esp.Aisla

m(mm)

Velocidaddel

Viento(Km/h)

Coef.Sismo

(g)

RV1081-36 1P1 343 514.5 252 224 2.5 8.63 1.29 N / A 145 0.3

RV1006-301P1 /1P4A

343 514.5 200 40 0.23 2.31 1.29 38 145 0.3



Especifc.Material.

Designacindel Material

Diam.Nomina

l

Esp.Pared

(mm/Sch)

PesoTubera(N/m)

EspesorCorros.(mm)

Clasede

Bridas


Sc Sh SA

MduloYOUNG

(MPa)

1P1 API 5L-B 36 STD 2082.5 1.2 150 138 138 207 203396

1P1 API 5L-B 30 STD 1732.3 1.2 150 138 138 207 203396

1P1 A53-B 24 STD 1380.6 1.2 150 138 138 207 203396

1P4A A53-B 30 7.924 1443.3 3 150 138 138 207 203396

1P4A A53-B 24 STD 1380.6 3 150 138 138 207 203396

1P4A A53-B 20 STD 1147.1 3 150 138 138 207 203396

Todos los codos de las lneas son radio largo. El sistema presenta diversas conexiones en T deltipo soldada y con placa de refuerzo, las cuales se muestran en los isomtricos del sistema,ubicados en el Anexo 4.

El sistema presenta en su configuracin inicial apoyos simples cada 6 metros ya que seencuentra sobre el rack de tuberas. Antes de realizar el anlisis se colocaron las guasnecesarias para restringir el movimiento del sistema, segn el dimetro de las lneas. Laubicacin y tipo de soportes en el sistema se muestran en los isomtricos del sistema ubicadosen el Anexo 4.

Debido a la expansin trmica del tambor de desfogue de baja presin 138-V, se producen losdesplazamientos externos en el nodo 10, los cuales se muestran en la tabla 5. Igualmente, setiene que la lnea RV1006-30 se conecta a la lnea P1088-36 en el nodo 600, producindosedesplazamientos externos los cuales se muestran en la Tabla 34:

Las hojas de datos del 138-V, se encuentra en el anexo 4.


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Tabla 34.Desplazamientos externos.

Nodo x

[mm] y

[mm] z

[mm] Rx [] Ry [] Rz []

0.1016 0.4064 0 0 0 010

2.6162 9.865 0 0 0 0

600 0.4064 0 0.5588 0 0 0




CASODE CARGA DESCRIPCIN CASO DE CARGA

Caso 1 Prueba Hidrosttica. (HYD) WW+HP

Caso 2 Sistema operando a Temp. Operacin. (OPE) W+D1+T1+P1

Caso 3 Sistema operando a Temp. Diseo. (OPE) W+D1+T2+P1

Caso 4 Peso + Presin. (SUS) W+P1



Caso 7 Viento en X. (OCC) WIN1

Caso 8 Viento en Z. (OCC) WIN2



Caso 11 Sostenido + Carga ssmica X, caso cdigo. (OCC) L4+L5

Caso 12 Sostenido + Carga ssmica z, caso cdigo. (OCC) L4+L6

Caso 13 Sostenido + Viento en X, caso cdigo. (OCC) L4+L7

Caso 14 Sostenido + Viento en Z, caso cdigo. (OCC) L4+L8

En donde:

W:Carga muertaWW: Peso tubo + Agua


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P:PresinT:TemperaturaHP:Presin de Prueba HidrostticaD: Desplazamientos externosF:Fuerzas externas

U: Cargas uniformesWIN: Cargas de vientoH: Cargas de resorte

Los resultados obtenidos para el anlisis de esfuerzos del sistema en la configuracin originalfueron los siguientes:

Tabla 36.Resumen de Esfuerzos Admisibles. Configuracin original.


CARGA (MPa)

Calculado Admisible N NodoCaso 1 476.88 183.4 590

Caso 2

Caso 3

Caso 4 406.88 131.4 590

Caso 5 129.53 174.76 380

Caso 6 159.24 174.76 590

Caso 7 0 206.17 N / A

Caso 8 0 205.82 N / A

Caso 9 152.46 206.17 380

Caso 10 174.85 205.2 380

Caso 11 526.33 174.76 590

Caso 12 566.13 174.76 590

Caso 13 406.88 174.76 590

Caso 14 406.88 174.76 590

Como se puede observar en la Tabla 36, el sistema falla para la configuracin original debidoprincipalmente al efecto producido por cargas sostenidas. Esto se evidencia ya que para loscasos de carga ssmica y de viento (5, 6, 7 y 8) los esfuerzos originados son menores a losadmisibles, sin embargo si observamos el comportamiento del sistema frente a cargassostenidas (caso 1 y 4), los esfuerzos producidos son extremadamente superiores a los

admisibles. Dicho comportamiento se puede evidenciar en las Figuras 25 a 29, las cuales semuestran a continuacin:


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50

Figura 25.Desplazamientos en el sistema para la condicin 4. (OCC) W + P1

Figura 26.Detalle. Desplazamientos caso 4. (SUS) W + P1

5 9 05 9 0

Figura 27.Esfuerzos en el sistema para la condicin 4. (SUS) W + P1


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Figura 28.Detalle. Desplazamientos caso 11. (OCC) W + P1 + U1



Con la finalidad de disminuir los valores de esfuerzos obtenidos en los elementos crticos delsistema se implementaron diversas soluciones:

Implementacin de un trunnion en el nodo #660, as como apoyos simples en losnodos #620 y # 910, con la finalidad de soportar el peso de la estacin de control ycontrarrestar el efecto producido por las cargas ocasionales en el sistema.

Colocacin de una gua con gap de 3 mm en el nodo #370 con la finalidad de restringirel movimiento en la direccin Z de la estacin de control (RV1006-30) frente alefecto producido por cargas ssmicas en Z

Colocacin de un trunnion en el nodo #260 para soportar el tramo recto 240-280.



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Tabla 37. Resumen de Esfuerzos Admisibles. Configuracin Modificada.


CARGA (MPa)


Caso 1 94.35 183.4 1259Caso 2

Caso 3

Caso 4 34.86 131.4 620

Caso 5 103.26 174.76 115

Caso 6 47.02 174.76 380

Caso 7 0 206.17 N / A

Caso 8 0 205.82 N / A

Caso 9 175.68 206.17 380

Caso 10 192.29 205.2 380

Caso 11112.15 174.76 115

Caso 12 75.29 174.76 550

Caso 13 34.86 174.76 620

Caso 14 34.86 174.76 620

Como se observa en la Tabla anterior, el sistema no falla para ninguna de las condiciones decarga aplicadas. En las Figuras 30 a 31 se muestran el estado de esfuerzos y deformaciones enel sistema para la condicin crtica:

Figura 30. Esfuerzos en el sistema para la condicin 10. (OCC) D1 + T2


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Figura 31. Desplazamientos en el sistema para la condicin (OCC) D1 + T2

Finalmente, para el anlisis de la conexin del sistema con el equipo 138-V se tiene que lascargas en la boquilla del equipo son las siguientes:

Tabla 38. Cargas en boquilla 138-V. Nodo 10


2 (OPE) W+D1+T1+P1 -10725 -35131 11313 -23328 49489 80099

CARGASADMISIBLES

35100 46800 46800 109500 126400 84200

Como se observa, los valores de carga son menores a los admisibles segn lo establecido en elboletn WRC-107, por lo que se concluye que la boquilla del equipo no falla.

3.5.5 Conclusiones:

El sistema original no se encuentra correctamente soportado por lo que el efecto delas cargas sostenidas produce la falla del sistema. El efecto producido por cargasssmicas contribuye al empeoramiento del estado de esfuerzos en el sistema.

Dichas fallas pudieron ser solventadas gracias a la colocacin de un soporte guiadoen el nodo #370, soportes simples en los nodos # 620 y #910, as como trunnionsen los nodos # 260 y 660, limitando los desplazamientos del sistema de tuberafrente a las condiciones iniciales.

Con la nueva configuracin se garantiza que el sistema no falla, debido a que ahorase cumple con lo establecido en la norma ASME B31.3 y el Boletn WRC-107.


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3.6 CLCULO DE CLIPS EN EQUIPOS

La seleccin y el diseo de soportes para tuberas verticales es una parte importante en elestudio ingenieril de cualquier instalacin de procesos industriales.

El primer paso involucrado en el clculo de cargas, seleccin y ubicacin de los soportesverticales o clips para las lneas asociadas a las distintas torres de la planta fue ladeterminacin y obtencin de la cantidad necesaria de informacin para proceder a losclculos y detalles de los soportes. La hoja de datos del equipo as como los isomtricos detodas las lneas asociadas al equipo antes mencionado constituyeron el punto de partida para eldesarrollo del informe final.

Posteriormente, se diseo una hoja de datos que rene toda la informacin necesaria para queel fabricante del equipo pueda tomar en cuenta en su diseo final las cargas asociadas a laslneas que conectan con las boquillas del mismo. La informacin que debe contener dicha hojade datos es la siguiente:

Elevacin del soporte. (T.O.S). Ubicacin angular del soporte con respecto al norte de la planta . Tipo de soporte segn estndar de soportes del proyecto. Dimensiones del soporte. Lnea asociada. Ubicacin de la lnea. Dimensiones de la placa de refuerzo.

El formato de la hoja de datos diseada se encuentra en el Anexo 5.

Una vez realizada la hoja de datos, y obtenida toda la informacin bsica necesaria, seprocedi a la localizacin de los soportes, tomando en cuenta las siguientes indicaciones:

La localizacin de los soportes no debe interferir con los requerimientos demantenimiento.

Se debe evitar interferencias con requerimientos de espacio de electricidad,instrumentacin y control, equipos mecnicos y de estructuras futuras existentes.

La localizacin y nmero de soportes dependen del largo de la tubera, as como de ladistribucin del peso de la tubera en las estructuras de soporte en los distintos nivelesde altura.

El primer soporte de la tubera, deber estar ubicado lo ms cercano posible a laboquilla del equipo. Se recomienda que al menos un soporte que sostenga a la tubera sea colocado en la

mitad superior de la seccin vertical, esto con la finalidad de prevenir el pandeo por lasfuerzas de compresin, as como evitar la inestabilidad resultante que pueda provocarel volcamiento de la tubera por su peso propio.


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Se deben chequear las posibles interferencias entre los clips o las placas de refuerzo yotros elementos tales como bridas, refuerzo de boquillas, plataformas, y cordones desoldadura.

En la Tabla 39 se presenta la separacin mxima entre soportes para tuberas verticales.

Tabla 39. Separacin mxima para guas en tramos verticales.

a["]

Espesoraislamiento

[mm]

Presinviento [30

lb/ft2]

Presinviento [35

lb/ft2]

Presinviento [40

lb/ft2]

Presinviento [45

lb/ft2]

Presinviento [50

lb/ft2]

1 25 6 5 5 4 31 1/2 25 7 6 5 4 4

2 25 7 6 5 4 43 25 8 7 6 5 44 25 9 7 6 5 56 55 10 8 7 6 68 55 11 9 8 7 6

10 55 12 1 9 8 712 55 13 11 10 9 814 55 14 12 10 9 816 76 15 13 11 10 918 76 16 13 12 10 920 76 17 14 12 11 1024 76 18 15 13 12 10

Para el clculo de las cargas se consider el peso de la tubera llena de agua a lo largo de todoel tramo vertical, hasta el siguiente apoyo simple. Esto debido a que todas las lneas asociadas

a dichos equipos sern sometidas a prueba hidrosttica posterior a su instalacin.En el Anexo 5 se pueden observar las hojas de datos de los equipos 103-V, 104-V, 105-V,106-V, 110-V, y 111-V, para los cuales se realiz el procedimiento descrito anteriormente.


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IV. CONCLUSIONES

A partir del anlisis de los resultados se puede concluir lo siguiente:

La elaboracin de la Lista de segregacin de lneas represent una actividad de sumaimportancia dentro del desarrollo del Proyecto, ya que con este documento se pudo establecerel nivel de criticidad de las lneas existentes, con lo cual, posteriormente se decidi que tipo deanlisis sera realizado a las distintas lneas que componen la planta.

El dimensionamiento de los Lazos de expansin constituy otra actividad sumamenteimportante debido a que, como consecuencia de las grandes distancias recorridas por lastuberas en el rack, se generaban expansiones trmicas considerables en las tuberas, las cualesde no ser corregidas, hubiesen ocasionado la falla de las boquillas de los equipos conectadoscon dichas lneas, as como en las diversas conexiones de estas lneas en el rack. Con el uso delazos de expansin en lugar de otras alternativas tales como el empleo de juntas de expansin,se implement una solucin efectiva y econmica para dicho problema.

A travs del clculo de cargas sobre clips de equipos se logr proporcionar toda la informacinnecesaria para el posterior diseo de dichos soportes, igualmente se entreg esta informacinal fabricante de los equipos involucrados, para garantizar que en el diseo final del mismo seinvolucren las cargas asociadas a las lneas que conectan con las boquillas del equipo. Para laubicacin de dichos soportes se garantiz que no ocurriera pandeo en la tubera, tratando entodo momento de no generar interferencias con plataformas, estructuras de electricidad,instrumentacin y control, entre otras.

El anlisis de flexibilidad de un sistema de tuberas debe abarcar el estudio de fuerzas,esfuerzos y desplazamientos externos, generados frente a diversos casos de carga, con lafinalidad de determinar si la tubera falla para diversas condiciones de operacin.

Si la falla del sistema es ocasionada por esfuerzos debido a expansin trmica de la tubera, elcambio de ruta de lnea, as como el uso de lazos de expansin pueden ser soluciones efectivaspara dicho problema, sin embargo, dicho cambio debe ser consultado previamente con eldiseador de tubera, para determinar si con el cambio de configuracin no se produceninterferencias con otras tuberas, equipos estructuras. El uso de stops para limitar losdesplazamientos trmicos puede ser otra solucin accesible. En casos extremos, el uso desoportes flexibles debe ser utilizado.

En cambio, si la falla del sistema es ocasionada por cargas sostenidas, esto indica que elsistema de tuberas se encuentra mal soportado por lo que se deben reubicar los soportesexistentes aadir nuevos soportes, de manera de aliviar el estado de esfuerzos en laestructura. Cualquier modificacin realizada, debe buscar que se cumpla con lo establecido enlas normas y cdigos aplicables, para as obtener un sistema confiable, con un funcionamientoseguro frente a las diversas condiciones de operacin.


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REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

GRACIANO, C. GONCALVES, R. (2004) Anlisis de Flexibilidad de Sistemas deTuberas. Gua de curso U.S.B

VEPICA C.A, (2005) Procedimiento de trabajo para Anlisis de Flexibilidad detuberas.

COADE Engineering Software, (2003) CAESAR II version 4.50 Users Guide.

COADE Engineering Software, (2003) CAESAR II version 4.50 Applications

Guide.

VEPICA C.A, (2001) Gua de diseo para realizar anlisis de flexibilidad desistemas de tuberas.

The American Society of Mechanical Engineers, (2002) B31.3 Process piping.

Welding Research Council, (1965) WRC Bulletin 107. Local Stresses in sphericaland cylindrical Shells due to External Loadings.


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ANEXOS

Documents

Calculos de Flexibilidad Detuberias