DiseÑo Trampa DE Diablos PDF

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Calculos para el diseño de una trampa de diablos para una planta de compresion de gas de acuerdo a normas PEMEX...

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CARRERA: INGENIERIA QUÍMICA

INGENIERIA DE PROYECTOS CLAVE: 8U5A CATEDRATICO: M.C. HERNANDEZ CARDONA CARMEN YOLANDA

DISEÑO DE TRAMPA DE DIABLOS INTEGRANTES: NAVARRETE CASTRO LUIS LEONARDO RUIZ RUISANCHEZ JUAN SALVADOR SILVA UGARTE ANGEL ARTURO VAZQUEZ ALEMAN IRVIN JAIR

H. VERACRUZ, VER.

ENERO-JUNIO 2018

INDICE PREMISAS ................................................................................................................................................... 3 DISEÑO ........................................................................................................................................................ 3 PRESION INTERNA ............................................................................................................................... 3 ESPESOR MINIMO REQUERIDO ......................................................................................................... 3 TOLERANCIA POR CORROSIÓN ........................................................................................................ 4 COMPONENTES DEL PAQUETE DE TRAMPA DE DIABLOS............................................................ 4 ESPECIFICACIONES DE COMPONENTES ........................................................................................... 7 INSTRUMENTOS .......................................................................................................................................... 8 DOCUMENTACIÓN ENTREGABLE DEL PROYECTO ......................................................................... 9 CONSTRUCCIÓN ....................................................................................................................................... 9 BARRIL (CUBETA DE LA TRAMPA DE DIABLOS) Y TUBERÍAS ..................................................................... 10 SOLDADURA ............................................................................................................................................ 10 RELEVADO DE ESFUERZOS ...................................................................................................................... 10 PROTECCIÓN ANTICORROSIVA ................................................................................................................. 11 PLACA DE IDENTIFICACIÓN....................................................................................................................... 11 REFERENCIAS ......................................................................................................................................... 12

PREMISAS Las trampas de diablos se deben diseñar para que se pueda realizar una inspección interior del ducto con diablo instrumentado y limpieza con dispositivos mecánicos, y deben estar completamente integradas y montadas en un patín estructural con todos los componentes necesarios para una operación funcional y segura del ducto de transporte de hidrocarburos y fluidos en general.

DISEÑO Se establece los requisitos para el diseño de las trampas de diablos como equipo paquete, considerando las condiciones de operación de los sistemas de transporte de hidrocarburos y fluidos en general, requerimientos particulares, ubicación y orientación, entre otros. Tomando en consideración que las trampas de diablos son parte de los sistemas de transporte de hidrocarburos y fluidos en general, éstas se deben diseñar utilizando las fórmulas para el diseño de ductos, por lo que dependiendo del tipo de fluido por transportar, se deben determinar los factores de diseño por temperatura, tipo de junta longitudinal de la tubería y por clase de localización de la tubería.

PRESION INTERNA La tubería y sus componentes deben diseñarse para una presión interna de diseño (Pi) igual a 1.1 veces la presión de operación máxima (POM); operándose entonces a 660 psi a régimen constante para la corriente de gas natural, la cual no debe ser menor a la presión de la carga hidrostática en cualquier punto del ducto en una condición estática.

ESPESOR MINIMO REQUERIDO La tubería de acero al carbono debe tener un espesor mínimo de pared requerido para soportar los esfuerzos producidos por presión interna. Este espesor se determina mediante la siguiente expresión:

Dónde: tr = Espesor mínimo requerido por presión interna, en mm. t = Espesor de diseño por presión interna, en mm. tc = Espesor de pared adicional por corrosión, en mm.

Realizando la operación: t (mm) tc (mm)

3.15 0.489

tr (mm)

3.316

El espesor mínimo requerido para la tubería es de 3.309 milímetros.

TOLERANCIA POR CORROSIÓN Se debe utilizar un margen de corrosión con base en resultados estadísticos en el manejo del producto que se va a transportar, información que debe ser proporcionada por PEMEX. De no contar con dicha información se debe utilizar un espesor adicional de 0,159 mm (6,25 milésimas de pulgada) por cada año de vida útil considerada en el diseño. El espesor adicional por corrosión es suplementario al espesor de diseño por presión interna (t) e independiente de los sistemas considerados más adelante en para la prevención y control de corrosión interior y exterior.

COMPONENTES DEL PAQUETE DE TRAMPA DE DIABLOS Las trampas de diablo (lanzador, receptor o lanzador-receptor dual) deben estar completamente armadas como una unidad completa montadas en patín estructural, incluyendo: tuberías, válvulas, accesorios, instrumentación y dispositivos necesarios para una operación funcional. Los componentes principales que deben integran el equipo paquete son: a) Barril (cubeta de la trampa) para manejar diablos, incluyendo tapa abisagrada y reducción excéntrica para su interconexión. b) Válvula de bloqueo del barril de bola, paso completo y continuado, doble bloqueo. c) Válvula de bloqueo de la línea principal (proceso), de los mismos tipos citados en el inciso anterior. d) Válvula de la línea de pateo o desvío, de bola con extremos bridados. e) Válvula de drenaje de bola. f) Válvula de venteo de bola. g) “TE” recta especial de flujo axial para el paso de diablos. h) Codos de radio largo. i) Conexiones, accesorios y bridas. j) Instrumentación; indicador de presión (manómetro). k) Patín estructural, incluyendo sistema de izaje en una sola pieza, y soportes para la instalación completa de la trampa de diablos y accesorios.

l) Toda la tubería de interconexión, con soportes para la trampa completa hasta los puntos de interconexión en el límite del paquete, como se indique en las hojas de datos de la ingeniería básica del equipo.

Barril o cubeta de la trampa de diablos. El diámetro interior del barril de la trampa debe ser mínimo 100 mm (4 pulg) mayor que el ducto al que se interconecta, para facilitar la entrada y la salida de herramientas de inspección y de limpieza.

Tapa. La redondez de la superficie interna del cuerpo de la tapa debe ser de forma que la diferencia máxima entre dos diámetros cualquier a 90 grados uno con el otro, determinada para cualquier sección transversal crítica, no debe exceder de 1% del diámetro medio en esa sección. La tapa estará elaborada de material SA-372 forjado, que será templados y revenido en líquido, deben someterse a ese tratamiento térmico como lo indica la especificación del material. Después del tratamiento térmico final, estos recipientes deben someterse a inspección interior y exterior por PT o MT para detectar grietas superficiales y a una prueba de dureza Brinell. La tapa debe ser de apertura rápida. Los cierres de apertura rápida deberán tener especificaciones de presión y temperatura iguales o en exceso de los requerimientos de diseño del sistema de tubería a la cual se hallan conectados. Los cierres de apertura rápida deberán estar equipados con dispositivos de trabado de seguridad. Se deben cumplir los siguientes requerimientos para el diseño y construcción de la tapa: b) El material de fabricación debe ser acero al carbono Clase 600 como mínimo. d) El diseño de la tapa del barril o cubeta puede ser recto o cónico, conforme a requerimiento del usuario. e) El mecanismo de contención o cierre de la puerta de la tapa una vez cerrada debe ser mediante abrazadera con caras rectas y perpendiculares entre sí en la zona de contacto entre la puerta, cuello y abrazadera de cierre o mediante banda metálica interior. f) El mecanismo de cierre deber ser fabricado en acero al carbono forjado del mismo tipo del recipiente a presión. g) El empaque debe tener un perfil circular tipo anillo de una pieza de amplia sección transversal fabricado de viton que debe alojarse en la ranura maquinada rectangular, y su diseño debe evitar que quede expuesto a daños durante la operación de carga y descarga de diablos o residuos de suciedad de la corrida de diablos. El diseño del mecanismo de cierre debe ser de tal manera que no pueda abrirse si no se ha retirado el dispositivo de bloqueo y alerta por presión. j) Por seguridad el diseño debe garantizar que el operador al momento de abrir la tapa, la opere completamente desde un costado sin que, bajo ningún motivo, tenga que colocarse frente a la puerta al momento de la maniobra de apertura.

Instrumentos. En el diseño se deben incluir los indicadores de presión (manómetros) en todos los lanzadores y receptores de diablos. El indicador de presión localizado en el barril de la trampa se debe orientar de manera que sea visible para el personal que opera la tapa del barril. Por cuestión de seguridad, maniobras y operación en corrida de diablos se debe instalar un indicador de presión adicional (niple de vida), en el carrete de transición lo más cercano a la válvula de bloqueo del barril. Cuando se requiera un indicador local de presión se debe instalar en la línea de proceso. La selección del rango de medida de los indicadores locales se debe elegir de tal forma que la medición normal de operación esté en el segundo tercio del rango calibrado.

Patín estructural. La trampa de diablos se debe montar horizontalmente en un patín estructural diseñado para soportar las cargas por izaje y peso propio. El patín de la trampa debe transmitir las cargas al sistema de piso de concreto armado, así como también, permitir que el equipo sea izado y transportado como una sola pieza. Si se prevé que el equipo pueda ser transportado por carretera, para equipos mayores a DN 750 (NPS 30) y/o con longitudes mayores a 12 m, el diseño de la trampa en conjunto con el patín debe ser modular (dos o tres secciones), de tal forma que su instalación y acoplamiento en el sitio de la instalación sea rápido y seguro, conservando sus propiedades de transmisión de esfuerzos para los cuales fue diseñado. Se debe especificar en los planos de ingeniería, cuales soportes de la trampa deben ser fijos y cuáles deben ser guiados, y en caso de ser guiados, no se deben aceptar abrazaderas tipo U con neopreno. Asimismo, las orejas de izaje deben estar ubicadas conforme al diseño estructural y de distribución de cargas, previendo la interferencia con algún componente de la trampa y el arreglo del aparejo de izaje durante las maniobras de instalación. El patín estructural debe contar con accesos y plataformas para operación y mantenimiento de las válvulas.

Cargas de diseño. El patín se debe diseñar para la condición o combinación de cargas siguientes que generen el máximo esfuerzo en cada uno de sus componentes: a) Prueba hidrostática; peso del patín y accesorios, más el peso de tubería y válvulas, más el peso del líquido de prueba. b) Izaje; peso del patín y accesorios, más el peso de tubería y válvulas en vacío, más un peso de contingencia del 20 por ciento del peso total de la trampa de diablos incluyendo su patín. c) Arrastre (sólo si el proyecto lo requiere); peso del patín y accesorios, más el peso de tubería y válvulas, más fuerza de arrastre.

d) Operación normal; peso del patín y accesorios, más el peso del fluido, más el peso de tubería y válvulas en operación. e) Cargas de sismo y viento.

Resistencia del patín. En el diseño, los esfuerzos de trabajo que resulten de las condiciones de cargas analizadas, de cada uno de los componentes que conforman el patín, deben ser menores o iguales a los esfuerzos permisibles. Como requerimientos adicionales del diseño, se debe cumplir lo siguiente: a) Las vigas longitudinales del patín deben tener tres puntos de apoyo para cada una de ellas, para su fijación a la plataforma de concreto armado. b) Las orejas se deben alinear con el ángulo de la eslinga, en proyección horizontal y vertical, su ubicación debe evitar daños al equipo y accesorios, al ser izado o arrastrado.

ESPECIFICACIONES DE COMPONENTES Los materiales de cada uno de los componentes de las trampas de diablos (lanzador, receptor o lanzador/receptor dual) deben cumplir con lo que se indica a continuación:

Tubería principal y barril (cubeta de la trampa de diablos). La tubería y el barril estarán elaborados con material API-SL-X52, 0.32% CE.

Tapa. El material de la tapa debe ser de acero al carbono ASME SA-105/SA-105M, SA350/SA-350M Grado LF2, SA-516/SA-516 Grado 70, y A694 F52, para diámetro de tapa hasta DN 600 (NPS24), dependiendo de la especificación del material del barril y un factor de diseño de 0.6 como mínimo. Para diámetro de tapa DN 750 (NPS 30) y mayor, el material debe ser de acero al carbono forjado A694 F52, dependiendo de la especificación del material del barril y un factor de diseño de 0.6 como mínimo.

Tuberías de servicios. Dentro del límite del equipo paquete las tuberías de servicio como: línea de pateo o desvío, tuberías para conexión de instrumentos, deben ser de acero al carbono ASTM A 106/A 106M Gr. B o API Spec 5L Gr. B o equivalentes.

Válvulas. Las válvulas de seccionamiento de la trampa (barril y proceso) deben ser tipo compuerta de doble expansión, paso completo y continuado, doble bloqueo en el mismo sentido del flujo y purga, extremos bridados y sello metal-metal o válvulas de bola de paso completo y continuado, con doble bloqueo, extremos bridados y sello metal-metal. Ambos tipos de válvulas deben tener un dispositivo igualador de presión y diseño a prueba de fuego. El material del cuerpo de la válvula, la bola o la compuerta, deben ser de acero ASTM A 105/A 105M. El diámetro de la válvula será de 2 ½ pulgadas.

Accesorios. Esta sección incluye los materiales, dimensiones, fabricación, acabado, pruebas, tratamiento térmico y tolerancias para accesorios de tubería, como son: · Codos de 90º con radio de tres diámetros. · Codos de 45º de radio largo. · Retornos. · Cruces. · Tees. · Tees reductoras. · Cruces reductoras. · Tapones cachucha. · Reducciones. Deben estar fabricados con acero al carbono forjados y aleaciones de acero con y sin costura. Es obligatorio que los accesorios deban ser forjados, troqueleados, soldados o por una combinación de estos procedimientos.

Instrumentos Indicador de presión. La especificación de los indicadores de presión (manómetros) ubicados; en el extremo del barril y carrete de tubería. El elemento de presión debe ser capaz de soportar una presión de medición intermitente de 1,3veces del valor máximo de la escala de presiones a la que recibe el gas. La carátula no debe disponer de un tope mínimo, el puntero debe estar en un cero flotante para indicar un cero verdadero y debe tener un tope máximo para evitar que el puntero se mueva más allá de un punto aproximadamente al 105% de la presión de escala total. Los manómetros con carátulas de 114 mm (4 ½ pulgadas) y más grandes deben tener dispositivos de retención de ventanas. Las exactitudes deben ser ya sea ± 0,1%, ± 0,25% de la escala total para grado 3A ó ± 0,5% de la escala total para grado 2A ó de ± 1% de la escala total. La carátula debe ser de aluminio en blanco con caracteres negros y con escala dual: las unidades dela escala graduadas en kPa, indicándose además la escala equivalente graduada en psig. El puntero debe ser de una sola pieza, de aluminio o acero inoxidable, color negro y ajustable.

Patín estructural. Se utilizara acero estructural rolado en caliente soldable, siendo este de alta resistencia. Las placas y perfiles de acero no deberán tener un espesor mayor de 150mm (6in).

La tubería estructural se debe fabricar con placas de acero grado estructural. Las placas de acero y perfiles laminados deben estar libres de defectos causados por laminación, rebaba, puntos ásperos y otras imperfecciones en la superficie. Antes de realizar cualquier reparación, se deben presentar a PEMEX los registros de los defectos encontrados para su evaluación y definir su aceptación o rechazo Las orillas de las placas deben estar a escuadra, lisas y libres de laminaciones, en placas con espesores mayores a 25,4 mm (1 in) no se permite el corte de las orillas con cizalla. No se requieren pruebas sistemáticas de ultrasonido (UT) en placas de acero durante su proceso de fabricación, excepto cuando los suplementos específicos lo requieran.

DOCUMENTACIÓN ENTREGABLE DEL PROYECTO Al final del proyecto, el diseñador debe entregar en archivo electrónico y copia dura, como mínimo los siguientes documentos: a) Diagrama de tubería e instrumentación de trampas de diablos. b) Hoja de datos de la trampa de diablos. c) Hojas de especificaciones particulares del equipo paquete y normatividad aplicable. d) Hojas de datos de instrumentos. e) Planos de arreglo en planta y elevación, certificados por el proveedor y avalados por PEMEX. f) Planos del patín estructural en planta y elevación, certificados por el proveedor y avalados por PEMEX. g) Diagramas de instalación de instrumentos, certificados por el proveedor y avalados por PEMEX. h) Memoria de cálculo (determinación de espesores, soportes y patín estructural). i) Información detallada que involucre todos los aspectos considerados en el diseño.

CONSTRUCCIÓN Las trampas de diablos se deben fabricar, inspeccionar y probar hidrostáticamente en taller. La inspección no destructiva para el patín estructural o partes estructurales debe ser únicamente aplicando ultrasonido.

Para la inspección no destructiva de las boquillas de la trampa de diablos debe aplicarse ultrasonido y partículas magnéticas o líquidos penetrantes. El fabricante, proveedor o contratista debe presentar el Reporte de Pruebas de Materiales (RPM), emitido por un laboratorio acreditado en los términos que establece la Ley Federal de Metrología y Normalización.

Barril (cubeta de la trampa de diablos) y tuberías La tubería usada de acero y la tubería de acero nueva no identificada, pueden calificar para usarlas a niveles de tensión por encima de 6,000 psi o para servicio que comprenda el enroscado cerrado o doblado cerrado, por los procedimientos y dentro de los límites descritos en la tabla que se da debajo. Toda la tubería deberá ser examinada buscando abolladuras, surcos, y dobladuras y deberá ser calificada.

Soldadura Las soldaduras deben tener una dureza máxima de 22 HRC, de acuerdo a NACE MR0175/ISO 15156. La soldadura para las orejas de izaje debe ser de penetración completa y se deben inspeccionar con ultrasonido al 100 por ciento. En la inspección de soldadura de las orejas, no se permiten defectos. El fabricante del recipiente debe inspeccionar el material de las placas utilizadas para las partes sometidas esfuerzos debido a la presión, para asegurarse que corresponde al informe de pruebas o al certificado de cumplimiento que tiene en su poder. Asimismo, el fabricante debe asegurarse que cuando alguno de los requisitos de la especificación del material han sido realizados por otros. Los materiales que serán usados en la construcción deben ser examinados para detectar imperfecciones que podrían afectar la seguridad del recipiente. Deben inspeccionarse los bordes cortados y otras partes de las placas roladas para detectar laminaciones y grietas debidas al corte. Los materiales que requieren prueba de impacto deben inspeccionarse para detectar grietas superficiales. Las partes a presión serán soldadas a placas cuyo espesor es mayor de 13 mm (1/2 pulg.) para formar una junta de esquina, el bisel en la placa debe examinarse antes y despué...