Historial de Modificaciones y Revisiones

TABLA DE CONTENIDO

1OBJETIVO

El presente estudio tiene como objetivo realizar el análisis de flexibilidad detallado para la línea de succión asociada a la bomba 16P-3543 perteneciente al proyecto Aumento de Capacidad de Inyección del CPF1 a 240 MBWPD situada en las facilidades de producción Caricare en el municipio de Arauquita (Arauca), Colombia.

2ALCANCE

El alcance de este informe comprende el estudio detallado de las tuberías de 12” y 8” de diámetro, que corresponden a tuberías aéreas que conectan a la nueva bomba 16P-3543 con el sistema de agua de inyección, con el objetivo de implementar controles y/o restricciones que permitan la mitigación de sobresfuerzos y desplazamientos en los sistemas de tuberías; posteriormente se informarán las cargas en los puntos de apoyo de las tuberías para el diseño de los soportes por parte de la disciplina Civil. El estudio incluye el Modelamiento de la boquilla de la bomba y los sistemas de tuberías asociados a ellas, con el objetivo de analizar los desplazamientos ocasionados por la expansión térmica de todo el sistema y los valores de cargas medidos en unidades de fuerza que dichos desplazamientos generan. El estudio de flexibilidad para la línea de succión de la bomba 16P-3543, se compone del análisis de la información de entrada (suministrada por OXY), como planos de los trazados de las líneas, maquetas CAD, datos de proceso de operación y diseño de la línea, así como sugerencias y demás recomendaciones técnicas recolectadas en las reuniones de trabajo llevadas a cabo en las instalaciones de OXY, en Bogotá. La información de entrada se procesará y se entregarán los resultados con sus respectivas conclusiones.

3PREMISAS

El estudio contempla la extracción del modelo a partir de planimetrías e isométricos en CAD entregados por OXY. Las simulaciones serán implantadas en CAESAR II 2016 y sobre la base de los reportes obtenidos de dicha herramienta, se sustentarán las interpretaciones, conclusiones y recomendaciones aquí presentadas.

El modelo consta de dos (2) secciones de tuberías aéreas, El material a emplear para el modelamiento de la tubería será el API 5L Gr. X42 para las tuberías de 12” y 8” con aprobación previa por parte de OXY. El análisis de esfuerzos se realizará tomando como parámetros, los recomendados por la norma B31.3 y se realiza por medio de la verificación de esfuerzos en las condiciones de expansión (EXP) y sostenido (SUS), en el presente documento se realiza la verificación y análisis de los esfuerzos para Expansión y Sostenido. Cualquier carga adicional que sea requerida por OXY y no se encuentra enunciada en este informe, se deberá consultar directamente en los archivos de CAESAR II.

4CÓDIGOS DE DISEÑO APLICABLES

Para el desarrollo de este estudio, el diseño de tuberías entregado por OXY se analizará bajo el código ASME B31.3 2014 utilizada por CAESAR II 2016. Para la inclusión de datos de sismo, se aplicará la norma NSR 10. Para la verificación de cargas en la boquilla de la bomba se utilizará los valores recomendados por el código API 610.

5DOCUMENTOS DE REFERENCIA

Los siguientes documentos fueron suministrados por OXY y fueron usados como base para realizar el cargue de información en el programa de cálculo, el análisis de los datos obtenidos del programa y de acuerdo con los parámetros establecidos, realizar una comparación de la información para emitir conclusiones y recomendaciones que garanticen la integridad de los sistemas analizados. Sistemas no analizados en este cálculo asociados al sistema de tuberías no están cubiertos y requerirán un análisis adicional.

1. Especificación para análisis de flexibilidad OXY.

2. P&ID Estación; CPF1-000-91 hoja 1;

3. Plano de planta general localización de equipos y tuberías 1217395-CPF1-401-00-00-1-R4 Hoja 1 Revisión 4.

4. Plano de bombas 16P-3543/16P-3539 planta general de localización de tuberías 1217395-CPF1-435-43-00-1-R2 Hoja 1 Revisión 6.

5. Maqueta de soportes para tuberías; SE-1006

6. Isometría Succión bombas 16P-3543 CPF1-8''-PW-354301-C1-1 Hoja 1 Revisión 2.

7. Isometría Succión bombas 16P-3543 CPF1-8''-PW-354301-C1-2 Hoja 2 Revisión 2.

8. Maqueta C2 extraída de maqueta CAD.

6DESARROLLO

Para el desarrollo de este estudio, se dividirá el trabajo en tres partes:

1. Análisis de la información de entrada (Modelo entregado por OXY).

2. Procesamiento de la información de entrada.

3. Análisis de resultados.

6.1Análisis de la información de entrada

El análisis de la información de entrada consiste en la recolección de todos los datos suministrados por OXY, verificar las unidades de medida y ajustar la configuración del CAESAR II necesaria para realizar la corrida del modelo.

Los datos de proceso de las líneas son los siguientes:

Linea succión:

1. Diámetro: 12in, 8in.

2. Schedule: ESTANDAR

3. Material: API 5L Gr. B

4. Temperatura diseño: 230 F

5. Temperatura operación: 185 F

6. Temperatura ambiente: 90 F

7. Presión diseño: 1350 PSI

8. Presión operación: 615 PSI

9. Presión de prueba: 1850 PSI

10. Densidad del fluido: 61.8 LB/CU.FT

Figura 1. Input del cálculo, datos de operación de la línea de succión R2.

Figura 2. Mapa de sismología Colombiana.

Según el Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente, la zona donde serán construidas las líneas asociadas a la bomba 16P-3543, está categorizada en nivel 3, por lo tanto, el factor de aceleración horizontal sísmica es igual a 0.15. Ver figura 2.

6.2Procesamiento de la información de entrada

Con toda la información de entrada incluida en CAESAR II, el paso siguiente es procesar la información. Este paso consiste en realizar la verificación que las restricciones (+y) estén debidamente colocadas y tengan factor de fricción. Para este análisis se tomara el factor del 30% (0.3) que corresponde a contacto metal – metal.

Se utilizará el modulo de cálculo API 610 para el análisis de cargas ejercidas sobre la boquilla de succión con el sistema calculado con los valores de DISEÑO.

Con los procedimientos anteriormente expuestos, el modelo queda listo para realizar la corrida y obtener los datos de salida (Output), los cuales serán analizados para determinar el comportamiento de todo el sistema.

6.3Análisis de resultados de los sistemas modelados

Una vez realizada la corrida del modelo, el siguiente paso consiste en verificar si todo el conjunto cumple con el código ASME B31.3. A partir de esta verificación, y si el sistema satisface el código, se procede a verificar que todos los puntos de apoyo reciben carga, con el fin de garantizar que el sistema esté soportado correctamente y que no falta/sobra ningún soporte. Realizada la verificación de cargas, se procede a realizar el estudio de desplazamientos de todo el sistema.

1. Estado general frente al Código ASME B31.3

Los casos de carga evaluados son los siguientes:

Operating Case Condition 1 corresponde a los valores de DISEÑO.

Operating Case Condition 2 corresponde a los valores de OPERACION.

Por medio de la configuración de soportes recomendada en los layouts de tuberías, guías y soportes en general se obtuvo un comportamiento de la tubería aceptable dentro de los valores admisibles del código ASME B31.3, En el nodo 1235 los porcentajes máximos de esfuerzos obtenidos no superaron los máximos admisibles recomendados por el código, en el caso de SUSTENTACION.

Figura 3. Esfuerzos máximos caso L12 Sustentación.

En el nodo 430 los porcentajes máximos de esfuerzos obtenidos no superaron los máximos admisibles recomendados por el código en el caso de EXPANSION.

Figura 4. Esfuerzos máximos caso L14 Expansión.

2. Recomendaciones de diseño

Evitar modificar los trazados evaluados durante las etapas de la construcción para eliminar riesgos de aumento de cargas no evaluadas, de presentarse cambios durante la construcción se debe realizar un nuevo cálculo incluyendo los cambios constructivos para garantizar la integridad del sistema.

De presentarse cambios de proceso se debe realizar un nuevo cálculo incluyendo los cambios constructivos para garantizar la integridad del sistema.

Los soportes evaluados corresponden a los indicados en la maqueta SE-1006 listados en este informe, de realizarse cambios, los nuevos soportes deberán ser tenidos en cuenta y se debe realizar un nuevo cálculo incluyendo los cambios constructivos para garantizar la integridad del sistema.

3. Valores de carga en las boquillas de la bomba.

Los valores obtenidos en las boquilla de succión, nodo 10, con el diseño propuesto no superan los máximos indicados en la tabla de valores máximos recomendados de cargas en boquillas de bombas tipo API 610.

Figura 5. Valores de carga en boquilla de succión

Se incluyo una junta de expansión para disminuir las cargas aplicadas sobre la boquilla debidas a la dilatación térmica, la descripción técnica de la junta de expansión suministrada por OXY, es:

JUNTA EXPANSION METALICA FUELLE LARGO; DIAMETRO NOMINAL 6"; FUELLE ACERO INOXIDABLE AISI 304; CAÑO GUIA INTERNO ACERO INOXIDABLE AISI 304; CONEXIONES BRIDADAS FIJAS EN CS CLASE 600, ASME B16.5;TENSORES SAE 1020;LONGITUD TOTAL 350 mm; CONDICIONES DE OPERACIÓN: PRESIÓN DE OPERACIÓN 1332 PSI; TEMPERATURA DE OPERACIÓN 250 °F; FLUIDO AGUA DE INYECCIÓN. MOVIMIENTOS ADMISIBLES: AXIAL:+-1.5mm;RADIAL:+-0.5mm.

Los desplazamientos máximos que se presentaran en la junta son, 1mm Axial y 0.3mm Radial.

Figura 6. Maximos desplazamientos y torsiones sobre la junta de expansion.

Figura 7. Modulo API 610 en boquilla de succión.

4. Valores de carga en soportes

La distribución de cargas en los soportes es adecuada y no se presentan valores de carga excesivos. Los desplazamientos producidos por dilatacion térmica no generan sobre esfuerzos en el sistema.

Los valores de carga para el diseño de soportes civiles se deben tomar de la restricción rigida +Y en el eje FY, los valores están dados en libras. En el nodo 135 se generan 1453.2 libras/fuerza en sentido Y negativo.

Figura 8. Máximos valores de carga eje Y.

Se requiere instalar un soporte tipo Dummie, con soporte vertical y freno, en la imagen suministrada por OXY se muestra la configuración utilizada en el modelo de cálculo, el sistema de soporte cumple con los requerimientos para el correcto funcionamiento de la junta de expansión.

Las distancias de localización de soportes se incluyeron como comentarios en el plano 1217395-CPF1-435-43-00-1-R6.

Figura 9. Soporte tipo Dummie con restricción tipo freno existente.

Figura 10. Soporte tipo Dummie con restricción tipo freno, valores de carga.

7CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1Recomendaciones

1. Leer completamente este informe.

2. Verificar la presión de estallido y de prueba hidrostática de la junta de expansión para garantizar la integridad del sistema de tuberías.

7.2Conclusiones

El sistema de tuberías cumple con el código ASME B31.3 debido a que los valores máximos de cargas en soportes y desplazamientos no exceden los valores máximos admisibles.

Las cargas en la boquilla de la bomba asociada al sistema de tuberías son menores a los máximos admisibles para bombas API 610 con el trazado de tuberías propuesto en los planos entregados por el cliente.