CPG NUEVO PEMEX
MC-A-001 “ESTUDIO HIDRÁULICO DEL CABEZAL DE DISTRIBUCIÓN DEL CPG NUEVO PEMEX PARA AIRE DE INSTRUMENTOS ”
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C SEP/15 PARA REVISIÓN Y COMENTARIOS SEP/15
B SEP/15 CHEQUEO CRUZADO SEP/15
A SEP/15 REVISIÓN BÁSICA SEP/15
REV. FECHA DESCRIPCIÓN APROBADO FECHA
CLIENTE: PEMEX GAS Y PETROQUIMICA BASICA (CPG NUEVO PEMEX)
NúmeroDocumento: MC-A-001
POR: REVISÓ: APROBÓ: REV.: FECHA:
FIP ICM RLH C SEP/15
2. MEMORIA DE CÁLCULO
ESTUDIO HIDRÁULICO DEL CABEZAL DE DISTRIBUCIÓN DEL CPG NUEVO PEMEX PARA AIRE DE INSTRUMENTOS
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ÍNDICE
2.1 OBJETIVO
2.2 ANTECEDENTES
2.3 NORMATIVIDAD
2.4 BASES Y CRITERIOS DE DISEÑO
2.5 ESQUEMA DE LA RED
2.6 DATOS REQUERIDOS
2.7 DESARROLLO DEL CÁLCULO
2.8 RESULTADOS Y CONCLUSIONES
2.9 DOCUMENTOS DE REFERENCIA
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2.1 OBJETIVO
Realizar el estudio hidráulico del cabezal de distribución de aire comprimido requerido para el suministro de cada planta del complejo Nuevo Pemex.
2.2 ANTECEDENTES
Los CPG´s Cactus, Ciudad Pemex y Nuevo Pemex, cuentan con un sistema de distribución de aire de instrumentos el cual actualmente se encuentra corroído ocasionando obstrucción en el suministro de aire hacia los instrumentos, lo que provoca presiones insuficientes a las requeridas. Por lo anterior, el proyecto integral de inversión “Modernización de las áreas de almacenamiento de productos de los CPG´s” contempla el reemplazo de dicho sistema.
2.3NORMATIVIDAD
1.-API-RP-14E, Recommended Practice for Design and Installation of Offshore
Production Platform Piping Systems. 2.- NRF-032-PEMEX-2012 Sistemas de tubería en plantas industriales –Diseño y especificaciones de materiales
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2.4 BASES Y CRITERIOS DE DISEÑO
El análisis hidráulico se realizó utilizando el simulador Pipe Flow Expert El flujo total de aire requerido por el sistema es de 1473 SCFM (Anexo A, Ref. 4)
Para efecto de cálculo el factor de simultaneidad es del 100%, representando un consumo simultaneo de todas las plantas.
La presión mínima requerida en cualquier punto del cabezal principal es de 7kg/cm2
man (Ref. 5)
El sistema consta de 7 compresores (4 en operación y 3 en relevo) con una capacidad de 360 SCFM y una presión de descarga de 3500-5000 psig cada uno, cilindros de almacenamiento y válvulas reguladoras de presión a 150 psig. (10.3 kg/cm2
man)
La presión de alimentación al cabezal principal se considera de 150 psig. (Ref. 4)
La longitud del sistema se considera con un 10% de excedente respecto a la longitud de cada tubería establecida en la Fig. 1 y Tabla 2, como factor de seguridad para fines del cálculo debido a que no se consideran accesorios ni válvulas en las líneas de distribución del cabezal. (Ref. 5)
Los consumos de cada línea de distribución a las diferentes plantas se consideraron de acuerdo a la tabla 2.
La tubería del sistema es de acero inoxidable 304 SCH 40S. 4” DN para el cabezal principal, 3” y 2” DN para cabezales secundarios y ¾” para líneas a instrumentos (puntos de entrega) con una rugosidad de 0.001811 in.
La temperatura máxima del aire considerada en el cabezal es de 32°C.
Las propiedades del fluido se consideran constantes como se muestra en la tabla 1.
La Velocidad permitida del aire para evitar ruido en la tubería, se recomienda menor de 60 ft/s (Ref. 1)
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La Velocidad máxima del aire en el cabezal se considera igual a la velocidad sónica.
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2.5ESQUEMA
Figura 1. Sistema de aire de instrumentos del CPG Nuevo Pemex
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2.6DATOS REQUERIDOS Propiedades del fluido:
Tabla 1. Propiedades del fluido.
Características Datos
Fluido Aire
Flujo Volumétrico (SCFM) 1473
Flujo Volumétrico a 150 psig (ft3/h)
8337.5
Temperatura (°C) 32
Presión de alimentación al sistema(psig)
150
Densidad (lb/ft³) 0.810
Viscosidad (cp) 0.0188
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Características de la tubería de la Red:
Tabla 2. Consumos y Longitudes de líneas de alimentación a las plantas.
Planta Consumo (SCFM)
Longitud (m)
Diam. (plg)
Endulzadora de Condensados 1 42 72 3
Endulzadora de Condensados 2 42 75 3
Endulzadora de Gas 1- Recuperadora de Azufre 1
95 143 4
Endulzadora de Gas 2-Recuperadora de Azufre 2
95 143 4
Caldera CB-2501 28 61 3
Caldera CB-250284 97 3Caldera CB-2522
Caldera CB-2524,CB-2521
Endulzadora de Condensados 3(Líquidos 3) 42 80 3
Fraccionadora de Hidrocarburos 1 89 158 3
Tratamiento de Efluentes 15 1216.3 2
Tratamiento de Aguas 132 315 4
96 3
Endulzadora de Condensados 4(Líquidos 4) 42 143 3
Criogénica 1 185 170 3
Criogénica 2 185 170 3
Fraccionadora de Hidrocarburos 2 44.5 171 344.5 154
Movimiento de Productos 2 48 22 137
Criogénica 3 185 178 3
-Pre tratamiento de Aguas -Dosificadora de Químicos
- Trampa de Diablos67 421 2
Torre de Enfriamiento 24 140 2
Cabezal principal 1473 2422 4
Líneas a punto de entrega 1 8 3/4
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2.7DESARROLLO DEL CÁLCULO
El análisis de la hidráulica del sistema se realizó mediante el simulador Pipe Flow Expert introduciendo los datos de la tubería mostrados en la tabla 2 correspondientes al sistema del CPG Nuevo Pemex (fig. No.1).
Figura 2. Vista general de simulación.
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2.8 RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Resultados:
Las velocidades y las caídas de presión alcanzadas en las tuberías del sistema en estudio (fig No.1) se muestran en la Tabla 2 y en las Figuras 3, 4, 5, 6, 7, 8 y 9.
Tabla 2. Resultado de Presiones y Velocidades en la tubería del sistema
Identificación de tubería FiguraDN Longitud Velocidad Presión
de entradaPresión de salida
Perdida de presión
m ft/s psig psig psi
P1 3 2" 7.7 24.766 150 149.727 0.273P2 3 2" 7.7 24.649 150 149.728 0.272
P3 3 2" 7.7 24.706 150 149.728 0.272
P4 3 2" 7.7 25.285 150 149.720 0.280
P5 3 2" 5.5 3.880 149.728 149.727 0.001
P6 3 2" 5.5 2.618 149.728 149.728 0.001
P7 3 4" 5.5 9.130 149.728 149.720 0.007
P8 3 4" 5.5 15.795 149.72 149.699 0.021
P9 3 3" 14.3 15.795 149.699 149.645 0.054
P10 3 3" 60.5 15.795 149.645 149.416 0.229
P11 3 3" 31.4 15.795 149.416 149.298 0.119
P12 3 4" 346.5 2.348 149.055 149.018 0.037
TRATAMIENTO DE AGUA 3 4" 8 3.981 148.98 148.977 0.003
P14 4 4" 110 10.956 149.055 148.849 0.206
P15 3 4" 8 3.431 149.055 149.053 0.002
P16 3 4" 8 0.858 149.298 149.297 0.000
P17 3 4" 68.2 15.296 149.298 149.055 0.243
P18 3 4" 8.8 0.428 149.297 149.389 -0.092
P19 2 2" 51.1 0.827 149.297 149.296 0.001
P20 2 2" 8.8 0.428 149.296 149.388 -0.092
CB-2501 2 2" 8 0.796 149.296 149.296 0.000
P22 2 2" 90.7 3.4 149.053 149.026 0.026
P23 4 4" 8.8 0.428 149.026 149.118 -0.092
CALDERAS 2 4" 8 3.369 149.026 149.024 0.002
P25 3 4" 89.6 4.012 149.015 148.98 0.035
P26 2 4" 8 0.428 149.015 149.107 -0.092
P27 3 4" 8 4.043 149.018 149.015 0.003
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P28 4 4" 8.8 0.428 149.053 149.145 -0.092
P29 4 4" 79.75 1.494 148.849 148.845 0.004
P30 4 3" 8 1.287 148.845 148.845 0.000
P31 4 3" 79.75 0.747 148.845 148.844 0.001
P32 4 3" 8 1.287 148.844 148.844 0.000
P33 4 4" 63.2 1.256 148.845 148.842 0.003
P34 4 4" 66.5 1.256 148.844 148.84 0.003
P35 4 3" 8.8 0.428 148.844 148.936 -0.092
P36 4 3" 8.8 0.428 148.84 148.932 -0.092
P37 4 4" 8.8 0.428 148.845 148.937 -0.092
P38 4 4" 8.8 0.428 148.842 148.934 -0.092
END.1 4 4" 8 1.225 148.842 148.841 0.000
END.2 4 4" 8 1.225 148.84 148.84 0.000
P41 4 4" 40.7 9.462 148.849 148.791 0.058
P42 4 4" 8 1.69 148.727 148.726 0.000
P43 4 3" 66 7.772 148.791 148.727 0.064
GAS Y AZUFRE 2 4 2" 8 1.654 148.783 148.782 0.000
P45 4 2" 8.8 0.428 148.783 148.875 -0.092
P46 4 4" 141.3 1.672 148.791 148.783 0.008
P47 4 2" 8.8 0.428 148.791 148.883 -0.092
P48 4 4" 8 1.69 148.791 148.791 0.000
P49 4 2" 141.3 1.672 148.726 148.718 0.008
GAS Y AZUFRE 1 4 4" 8 1.654 148.718 148.718 0.000
P51 4 4" 8.8 0.428 148.718 148.81 -0.092
P52 4 4" 8.8 0.428 148.726 148.818 -0.092
P53 4 4" 96.8 6.082 148.727 148.667 0.059
P54 4 2" 84.7 3.717 148.667 148.646 0.021
P55 4 4" 8 5.666 148.646 148.64 0.006
P56 5 4" 171 5.635 148.64 148.513 0.127
CRIOGENICA 1 5 4" 8 5.604 148.513 148.507 0.006
P58 4 4" 5 1.62 148.646 148.646 0.001
P59 4 3" 3 1.62 148.646 148.645 0.000
P60 5 3" 138 1.552 148.645 148.63 0.016
TORRE DE ENFRIAMIENTO 5 3" 8 1.484 148.63 148.629 0.001
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P62 5 3" 8.8 0.428 148.63 148.722 -0.092
P63 5 3" 8.8 0.428 148.645 148.738 -0.092
P64 4 3" 8.8 0.428 148.64 148.732 -0.092
P65 5 4" 8.8 0.428 148.513 148.605 -0.092
P66 5 4" 613.8 -0.926 148.667 148.679 -0.012
P67 4 4" 168.3 3.29 148.667 148.634 0.033
P68 4 3" 8 5.666 148.634 148.628 0.006
P69 5 3" Stain
171 6.22 148.628 148.501 0.127P70 5 3"
Stain8 6.22 148.501 148.495 0.006
P71 5 0.750"
8.8 3.22 148.501 148.556 -0.055
P72 5 0.750"
8.8 3.22 148.628 148.683 -0.055
P73 5 2" Stain
8 6.22 148.679 148.679 0.000
MOV 1 5 2" Stain
142.3 6.22 148.679 148.679 0.000
P75 3 0.750"
8 1.22 148.98 149.072 -0.092
EFLUENTES 8 2" Stain
8 6.22 149.178 149.178 0.000
P77 5 0.750"
8.8 1.22 148.679 148.771 -0.092
P78 5 4" Stain
113.3 6.22 148.679 148.682 -0.002
P79 5 2" Stain
8 6.22 148.682 148.682 0.000
MOV. 2 5 2" Stain
44.8 6.22 148.682 148.682 0.000
P83 5 0.750"
8.8 1.22 148.682 148.774 -0.092
P84 6 4" Stain
79.2 6.22 148.682 148.683 -0.002
P85 6 2" Stain
8 6.22 148.683 148.677 0.006
P86 6 2" Stain
447.1 6.22 148.677 148.327 0.350
PRETRATAMIENTO Y TRAT DOSIF. QUIMICOS
62" S 8 6.22 148.327 148.321 0.006
P88 6 0.750"
8.8 1.22 148.677 148.769 -0.092
P89 6 0.750"
8.8 1.22 148.327 148.419 -0.092
P90 2 4" Stain
74.4 6.22 148.683 148.69 -0.007
P91 7 4" Stain
132 6.22 148.69 148.703 -0.012
P92 7 3" Stain
113.3 6.22 148.703 148.681 0.022
P93 7 3" Stain
94.6 6.22 148.681 148.675 0.005
P94 7 3" Stain
8 6.22 148.675 148.675 0.000
P95 7 3" Stain
58.8 6.22 148.675 148.672 0.003
FRACC.2.2 7 3" Stain
8 6.22 148.672 148.671 0.000
P97 7 3" Stain
8 6.22 148.681 148.68 0.000
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P98 7 3" Stain
58.8 6.22 148.68 148.677 0.003
FRACC.2.1 7 3" Stain
8 6.22 148.677 148.677 0.000
P100 7 0.750"
8.8 1.22 148.677 148.769 -0.092
P101 7 0.750"
8.8 1.22 148.68 148.772 -0.092
P102 7 0.750"
8.8 1.22 148.675 148.767 -0.092
P103 7 0.750"
8.8 1.22 148.672 148.764 -0.092
P104 7 4" Stain
129.8 6.22 148.735 148.703 0.033
P105 7 3" Stain
8 6.22 148.735 148.735 0.000
P106 7 3" Stain
141.3 6.22 148.735 148.728 0.007
CONDENSADOS 4 7 3" Stain
8 6.22 148.728 148.728 0.000
P108 7 0.750"
8.8 1.22 148.735 148.827 -0.092
P109 7 0.750"
8.8 1.22 148.728 148.82 -0.092
P110 8 4" Stain
280.5 6.22 148.834 148.735 0.099
P111 8 4" Stain
143 6.22 148.885 148.834 0.050
CRIOGENICA 3 8 3" Stain
8 6.22 148.745 148.739 0.006
P113 8 3" Stain
8 6.22 148.885 148.879 0.006
P114 8 0.750"
8 1.22 149.178 149.27 -0.092
P115 8 2" Stain
22 6.22 149.181 149.18 0.001
P116 8 2" Stain
55 6.22 149.183 149.181 0.003
P117 8 4" Stain
254.1 6.22 149.222 148.971 0.250
P118 8 4" Stain
88 6.22 148.971 148.885 0.087
P119 8 0.750"
8 1.22 148.879 148.971 -0.092
P120 8 0.750"
8 1.22 148.745 148.837 -0.092
P121 8 2" Stain
55 6.22 149.206 149.203 0.003
P122 8 2" Stain
416.1 6.22 149.203 149.183 0.020
P123 9 0.750"
8 1.22 149.241 149.333 -0.092
P124 8 2" Stain
8 6.22 149.241 149.241 0.000
P125 9 4" Stain
147.4 6.22 149.396 149.241 0.155
P126 8 4" Stain
19.8 6.22 149.241 149.222 0.020
P127 8 3" Stain
179.8 6.22 148.879 148.745 0.134
P128 8 2" Stain
36 6.22 149.18 149.178 0.002
P129 9 2" Stain
737.8 6.22 149.241 149.206 0.035
P130 9 3" Stain
8 6.22 149.396 149.394 0.002
P131 9 0.750"
8.8 1.22 149.394 149.486 -0.092
P132 9 3" Stain
157.8 6.22 149.394 149.364 0.030
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P133 9 0.750"
8.8 1.22 149.364 149.456 -0.092
FRACC.1 9 3" Stain
8 6.22 149.364 149.363 0.001
P135 9 4" Stain
66 6.22 149.493 149.396 0.097
P136 9 0.750"
8 1.22 149.493 149.585 -0.092
P137 9 3" Stain
80 6.22 149.488 149.484 0.004
P138 9 3" Stain
99.8 6.22 149.493 149.488 0.005
CONDENSADORA 3 9 3" Stain
8 6.22 149.484 149.484 0.000
P140 9 3" Stain
8 6.22 149.493 149.493 0.000
P141 9 0.75" Stain
8.8 1.22 149.484 149.576 -0.092
P142 3 4" Stain
22 6.22 149.727 149.689 0.037
P143 3 4" Stain
5.5 6.22 149.689 149.68 0.009
P144 3 4" Stain
18.7 6.22 149.68 149.648 0.032
P145 3 4" Stain
91.3 6.22 149.648 149.493 0.155
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Figura 3. Alimentación al cabezal principal
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Figura 4. Cabezal principal a plantas
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Figura 5. Cabezal principal a plantas
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Figura 6. Cabezal principal a plantas
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Figura 7. Cabezal principal a plantas
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Figura 8. Cabezal principal a plantas
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Figura 9. Cabezal principal a plantas
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Conclusiones:
1.- Todas las líneas dentro del sistema e incluidas en el análisis se encuentran dentro de los parámetros permitidos en los niveles de ruidos (60 ft/s, Ref. 1), máximo en el sistema: 24.766 ft/s. (Página 9, Tabla 2 de Resultados)
2.- La Diferencias de presión máxima es de 0.280 psi, derivado de la demanda de flujo y presión hacia la zona critica del Sistema, siendo esta diferencia no significativa para este sistema.
3.- La resultante del punto más crítico en el área de pretratamiento y tratamiento de agua es una presión mínima de 148.321 psig. Siendo esta mayor al requerimiento mínimo de 7 kg/cm2
man(100 psig) indicado en las “Especificación técnica complementaria de solicitudes de pedido núm. 100013165, 100013166 y 100013167”.
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2.9 DOCUMENTOS DE REFERENCIA
Los documentos usados para llevar a cabo la resolución de la presente memoria son los siguientes:
1. Norma: API-RP-14E, Recommended Practice for Design and Installation of Offshore Production Platform Piping Systems
2. Manual: MPR-A-001. Flujo de Fluidos.3. Libro: CRANE. Flujo de fluidos en válvulas, accesorios y tuberías.4. Especificación técnica complementaria de solicitudes de pedido núm.
100013165, 100013166 y 100013167.5. Archivo en CAD: ANILLO NUEVO PEMEX.6. Junta de aclaraciones entrega de respuestas a las solicitudes de aclaración:
Sistema de aire de instrumentos para monitoreo y control.
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ANEXO A
Referencia. Especificaciones tecnicas complementarias