diseño de ducto

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

UNIDAD PROFESIONAL TICOMAN

“PROYECTO DUCTO DEL PUERTO

DOS BOCAS A LA PLANTA DE AMONIACO DE COSOLEACAQUE ”

Proyecto realizado para la materia de:

“Transporte y Medición de Hidrocarburos”

Alumno:

Ingeniería Petrolera5PM5

Profesor:Chávez Alcaraz José Luis

marzo 2015

TRANSPORTE Y MEDICIÓN DE HIDROCARBUROS Página 1


Transporte y Medición de

Hidrocarburos

A través de la realización del siguiente trabajo se procedera a llevar a cabo el diseño de un ducto que transportara 100 millones de pies cúbicos de metano desde el Puerto de Dos Bocas en Tabasco hasta la Planta de Amoniaco de Cosoleacaque en Veracruz.

El trabajo será realizado a través del cumplimiento de los siguientes puntos:

1.- Producto a transportar

2.-Volumen a transportar

3.-De que punto a qué punto se va a transportar el producto

4.-Diseño de la ruta

5.-Trazado del Perfil Topográfico

6.-Caracteristicas físico-químicas del producto a transportar

7.-Diametro supuesto del ducto

8.-Calculo del No. De Reynols

9.-Calculo del Factor de Fricción

10.-Calculos de las Pérdidas de Energía

11.-Calculo del diámetro real requerido

12.-Establecimiento de la Presión de Operación

13.-Calculo del Espesor de Pared requerido

14.-Espesor adicional para eliminar efectos de corrosión además del factor de seguridad

15.-Presion Máxima de diseño

16.-Calculo Teórico del No. De estaciones de Bombeo/Compresión

17.-Distancia entre estaciones

18.-Calculo grafico del número real de estaciones

19.-Calculo del numero válvulas de seccionamiento



20.-Trampas de diablos

21.-Obras especiales

22.-Selección de Sistemas de medición.



Punto No.1 Producto a Transportar

El producto que deberos transportar a través de nuestro ducto originalmente será metano.

Punto No. 2 Volumen a transportar

El Volumen planeado a transportar a través de nuestro ducto será 100 millones de pies cúbicos.

Punto No. 3 De qué punto a qué punto se transportara el producto

El diseño del ducto se llevara a cabo del Puerto de Dos Bocas , en el Estado de Tabasco hasta la Planta de Amoniaco de Cosoleacaque Localizada en el Estado de Veracruz.

DOS BOCAS, TABASCO

DATOS GENERALES DEL PUERTO. (DOS BOCAS).

El puerto de Dos Bocas, se encuentra en el municipio de Paraíso, estado de Tabasco, sobre la parte sur del Golfo de México, destaca por la buena ubicación geográfica, pues tiene comunicación inmediata con las empresas, con los principales centros de consumo y las ciudades petroleras más importantes de la región, a través de su sistema de carreteras y su proximidad al aeropuerto internacional de la ciudad de Villahermosa.

Cuenta con las Terminales de Usos

Múltiples y de Abastecimiento, con las que el puerto de Dos Bocas brinda soporte logístico a las actividades de exploración y producción de hidrocarburos que se desarrollan en la sonda de Campeche, así como a las operaciones de manejo de carga de los sectores comercial e industrial, favoreciendo el establecimiento de proyectos de inversión de empresas nacionales y extranjeras.

Ubicación y Límites geográficos del puerto.

El puerto colinda al Este con el estado de Campeche y el país vecino de Guatemala, al Oeste con el estado de Veracruz y Oaxaca, al Norte con el Golfo de México y al Sur con el estado de Chiapas.

Está a una distancia de 85 kilómetros de la ciudad de Villahermosa, la cual concentra una amplia gama de actividades comerciales, industriales y de servicios especializados



Latitud Longitud

18º 20´ Norte 93° 11´ Oeste

Se encuentra en el litoral del Golfo de México, en una zona estratégica por la

cercanía a las zonas de producción de petróleo y sus derivados.

El Complejo Petroquímico Cosoleacaque

El Complejo Petroquímico Cosoleacaque, se encuentra ubicado en la zona sur del Estado de Veracruz aproximadamente a 25 km de la costa del Golfo de México.

Complejo Petroquímico Cosoleacaque

PETROQUIMICA COSOLEACAQUE, S.A. DE C.V.

Carretera Costera del Golfo Km. 39 No. 400

Complejo de Cosoleacaque

96730 Cosoleacaque México



Punto No. 4 Diseño de la Ruta

Una vez que ya conocemos las ubicaciones de nuestro dos puntos por los cuales debe pasar el ducto, podemos identificarlos en un mapa y empezar a trazar la ruta que tomara nuestro ducto, para esto tendremos que tomar en cuenta todas las consideraciones necesarias para que sea óptima.

Para el diseño de nuestro ducto presento este mapa en el que nos podemos dar cuento con los puntos marcados en “A” es donde se encuentra “El Complejo Petroquímico de Cosoleacaque”.



En el mapa que muestro a continuación tomando como referencia los dos puntos amarillos como los destinos de origen y terminación del ducto, he realizado el trazado de la ruta más óptima, para que este no se encuentre con problemas grandes como lo pueden ser problemas topográficos, de relieve, etc. Sin embargo podemos observar que nos vemos forzados a pasar por Coatzacoalcos, en el Estado de Veracruz y por Paraíso, en el Estado de Tabasco, esto incrementara significativamente el costo de nuestro Ducto, mas sin embargo como una decisión personal me parece lo más acertado para no encontrar problemas grandes como los antes mencionados.

Podemos observar que la longitud total de la Ruta es de aproximadamente 201 Km.



Podemos observar más detenidamente en los siguientes mapas el seccionamiento que tendrá nuestro ducto, en este primero observamos que nuestro ducto inicia en el Puerto de Dos Bocas y pasa por Paraíso para después continuar por la carreteara de Cárdenas Comalcalco hasta llegar a a la Unión de la Carretera Cárdenas-Coatzacoalcos, donde continua nuestro 2º tramo de ducto.

Observamos los puntos verdes como el inicio y el fin del primer tramo de ducto tomando en consideración el punto que esta el el norte como el Puerto de Dos Bocas y el segundo punto La unión de las carreteras. Cárdenas – Comalcalco y Cárdenas-Coatzacoalcos.



En el siguiente mapa observamos las zonas por la cual Ducto pasara por la carreta “Cárdenas – Coatzacoalcos”.

Finalmente en el siguiente mapa vemos la última parte de nuestro ducto que sale del norte de Coatzacoalcos hacia el complejo Petroquímico Cosoleacaque, cual después de salir de Coatzacoalcos pasa por la carretera Minatitlan-Coatzacoalcos hasta llegar al Complejo.



Punto No. 5 Trazado del Perfil Topográfico

ACCIDENTES GEOGRÁFICOS PROXIMOS AL PUERTO

Las aguas del Golfo de México bañan todo el litoral que ocupan los puertos y bahías del estado de Tabasco, de igual forma es

importante destacar la cercanía con el Istmo de Tehuantepec y El Golfo de Tehuantepec, en los estados vecinos de Oaxaca y Chiapas.

Elevaciones.

La superficie estatal forma parte de las provincias: Llanura Costera del Golfo Sur y Sierras de Chiapas y Guatemala.

El territorio del estado es una extensa llanura que se inunda fácilmente debido a las zonas pantanosas y los cuerpos de agua: El Viento, Sábana Nueva y Cantemual, entre otros.



En la zona sur, algunas porciones de sierras que provienen de los estados vecinos están formadas por rocas sedimentarias (se forman en las playas, los ríos y en donde se acumule la arena y barro),

siendo la más prominente la Sierra Madrigal con 900 metros sobre el nivel del mar (msnm) y la menor en la Sierra Poana 560 msnm.

En las áreas serranas (terreno cruzado por montañas y sierras), se encuentran pequeños valles, con dirección noroeste-sureste y alargados como los que se localizan en los límites con la República de Guatemala.

Desembocaduras de ríos.

En la localidad llamada Chiltepec a poco menos de 15 minutos del puerto de Dos Bocas, desemboca el caudaloso rio González proveniente de la sierra de Chiapas, en el cual los lugareños practican la pesca de diversas especies. Así



mismo es un lugar de recreo pues a lo largo de su malecón se pueden apreciar los bellos

atardeceres que solo esta región puede ofrecer.

Punto No. 6 Características físicas y químicas del Producto a Transportar

El metano (del griego methy vino, y el sufijo -ano)2 es el hidrocarburo alcano más sencillo, cuya fórmula química es CH4.

Fórmula Estructural

H

H C H

H

Fórmula Molecular

CH4

Propiedades físicas

Es menos denso que el agua y soluble en disolventes apolares.

Posee un átomo de carbono, su punto de fusión es -182.5 ° C y su punto de ebullición es de -161,6 ° C.

Propiedades químicas

Es bastante inerte debido a la elevada estabilidad de los enlaces C-H y a su baja polaridad. No se ve afectado por ácidos o bases fuertes ni por oxidantes como el permanganato. Sin embargo la combustión es muy exotérmica aunque tiene una elevada energía de activación.

Cada uno de los átomos de hidrógeno está unido al carbono por medio de un enlace covalente. Es una sustancia no polar que se presenta en forma de gas a temperaturas y presiones ordinarias. Es incoloro e inodoro y apenas soluble en agua en su fase líquida.

En la naturaleza se produce como producto final de la putrefacción anaeróbica de las plantas. Este proceso natural se puede aprovechar para producir biogás. Muchos microorganismos anaeróbicos lo generan utilizando el CO2 como aceptor final de electrones.



Constituye hasta el 97% del gas natural. En las minas de carbón se le llama grisú y es muy peligroso ya que es fácilmente inflamable y explosivo.

Propiedades

El metano es el componente mayoritario del gas natural, aproximadamente un 97% en volumen a temperatura ambiente y presión estándar, por lo que se deduce que en condiciones estándar de 0 °C y una atmósfera de presión tiene un comportamiento de gas ideal y el volumen se determina en función del componente mayoritario de la mezcla, lo que quiere decir que en un recipiente de un metro cúbico al 100% de mezcla habrá 0.97 metros cúbicos de gas natural; el metano es un gas incoloro e inodoro. Como medida de seguridad se añade un odorífero, habitualmente metanotiol o etanotiol. El metano tiene un punto de ebullición de -161,5 °C a una atmósfera y un punto de fusión de -183 °C. Como el gas es sólo inflamable en un estrecho intervalo de concentración en el aire (5-15%). El metano líquido no es combustible.

Generales:

Esta energía no genera partículas ni productos contaminantes relevantes (hollín, humo, etc). Su combustión limpia y eficiente genera, al igual que nuestra respiración, vapor de agua y anhídrido carbónico lo que le permite mantener un equilibrio con el medio ambiente, constituyéndose en un energético de gran aceptación en el mundo.

El gas natural también tiene gran aceptación en los hogares, ya que es un combustible seguro y el suministro continuo permite a los usuarios acceder a una calidad de vida superior.

Por otra parte el gas natural es un combustible más liviano que el aire por lo que se esparce fácilmente y al no ser tóxico, por no contener monóxido de carbono se constituye como combustible más seguro.

Por todo lo antes dicho el gas natural constituye hoy una fuente energética de gran crecimiento en el mundo.

La introducción de este energético permite que las industrias puedan optar por las siguientes ventajas:

alta calidad como combustible



no requiere almacenamiento

fácil manipulación

Transporte:

Como vimos anteriormente, el Gas Natural se transporta a través de gasoductos circulando bajo el suelo, o con Buques metaneros que trasladan al Gas Natural en estado líquido.

En las ciudades, llega a las residencias, comercios e industrias a través de la red de cañerías de la empresa distribuidora.

Almacenamiento:

Hay varias formas de almacenar el gas natural. Una de ellas en utilizando cavernas subterráneas de roca porosa en la cual el agua que llena los huecos es desplazada por la inyección de gas natural a presión (ejemplo: los depósitos encontrados en la cuenca del río Santa Lucía). Otra posibilidad es utilizar capas subterráneas de sal para crear, utilizando agua caliente, recintos que puedan albergar al gas natural. En menor proporción, los propios gasoductos funcionan como almacenaje debido a las grandes presiones manejadas.

Odorización:

El gas natural tal cual sale del yacimiento es un producto carente de olor. Para hacer su transporte y distribución seguros, se lo odoriza artificialmente utilizando compuestos químicos.

Propiedades Fisicoquímicas

Poder calorífico:

Aunque los gases naturales extraídos de pozo tienen una banda de poderes caloríficos bastante amplia, se maneja el valor de 9300 kcal/m3.

Densidad:

El gas natural tiene la ventaja frente a los gases licuados de petróleo por su baja densidad (menor a la del aire). Un valor promedio de densidad de gas



natural relativa al aire es de 0,62 lo que da la ventaja de dispersión de las posibles fugas.

En términos de densidad absoluta, un metro cúbico de gas natural pesa aproximadamente 800 gramos (considerando una densidad relativa al aire de 0,62 y una densidad absoluta de aire de 1,293 kg/m3: a partir de estos dos valores se llega a una densidad absoluta del gas natural de 0,80 kg/m3).

Humedad:

El gas natural es considerado un gas seco y sólo contiene en el momento de la extracción, trazas de humedad (factor fundamental a tener en cuenta en las especificaciones de producto).

Composición del Gas Natural

El Gas Natural es una mezcla de hidrocarburos livianos que, a temperatura ambiente y presión atmosférica, permanece en estado gaseoso. Está compuesta por gases como el metano, que es el componente mayoritario y se encuentra en más de un 90%.

Esto hace que las propiedades fisicoquímicas del gas natural sean muy parecidas a la del propio metano. Otros hidrocarburos componen el gas natural al igual que gases inertes como el nitrógeno y el anhídrido carbónico. Una composición típica puede ser la siguiente:

Composición del Gas Natural:

Metano 92,0

Etano 4,2

Propano 0,6

Butano 0,1

Nitrógeno 1,0



Anhídrido carbónico 2,1

Límite de combustibilidad:

Para que un gas arda es necesario que se cumplan dos condiciones: debe encontrarse homogéneamente mezclado con el aire y la proporción de ese gas respecto a la del aire debe encontrarse entre ciertos límites mínimo y máximo los que son llamados límite inferior de inflamabilidad LII y límite superior de inflamabilidad LSI respectivamente.

En el caso del gas natural esos límites son los siguientes:

LII Límite inferior de inflamabilidad 5 %

LSI Límite superior de inflamabilidad 14 %

Temperatura de inflamación:

No basta que la proporción de gas en aire se encuentre dentro del rango de inflamabilidad sino que también se debe llegar a una temperatura mínima para que la mezcla entre en combustión. Esa temperatura mínima a la cual la mezcla se enciende es lo que llamamos temperatura de inflamación. En el caso del gas natural el valor es de 650ºC la cual es superior a la temperatura de los otros combustibles gaseosos manejados.

Toxicidad:

En esta característica está una de las ventajas más importantes del gas natural si se lo compara con el gas manufacturado: el gas natural NO es tóxico debido a la ausencia en su composición de monóxido de carbono. Eso lo hace un gas más seguro. Para ser mortal sería necesario que el gas desplazara completamente el aire y eliminara así el oxígeno necesario para la respiración: esto es llamado asfixia, propiedad compartida por cualquier gas distinto del oxígeno inclusive los gases inertes como el nitrógeno.

Compresibilidad:

El gas natural es el único que tiene la particularidad de no licuar por presión. A temperatura ambiente se lo puede someter a la presión que se desee permaneciendo en estado gaseoso. El licuado del gas natural de produce por



temperatura exclusivamente y se logra a la temperatura de 160º centígrados bajo cero.

Comparación con otros gases

Gases licuados de petróleo:

Se le llama así a los gases de la tercera familia. Surgen o bien de la destilación del petróleo, de la depuración de los componentes pesados del gas natural, o bien de los propios yacimientos. Tienen la particularidad de ser gases más pesados que el aire lo que vuelve muy peligrosas las fugas.



Punto No. 7.- Diámetro Supuesto

DISEÑO DE OLEODUCTO

Los fundamentos para diseño de oleoductos

Los fundamentos describen como la fricción causada por un fluido en movimiento dentro de una tubería afecta los requerimientos de energía de un oleoducto. El procedimiento para calcular la fricción y la distancia entre estaciones implica los siguientes pasos para el flujo de un producto en una sección específica de una tubería:

Calculo del Número de Reynolds

Determinar el tipo de flujo (laminar, crítico o turbulento)

Calculo de la pérdida de cabeza debido a la fricción para un tipo particular de flujo

Calculo de la pérdida de presión entre el comienzo y el final de la sección

Calculo de la cabeza que debe ser adicionada al líquido mediante una estación de bombeo para mantener la presión en la tubería por encima delos límites mínimos.

Este módulo demuestra como los anteriores pasos se llevan a cabo de tal manera que puede ser determinado el número apropiado de bombas y/o estaciones de bombeo y la distancia entre estaciones. Se presenta una discusión acerca de los criterios utilizados para determinar la distancia entre estaciones. La mayoría de oleoductos son diseñados utilizando hojas electrónicas o programas de computador que hacen la mayoría de los cálculos ya vistos en los módulos anteriores. Con la ayuda del computador estos cálculos pueden ser repetidos muy rápidamente para generar un gran número de soluciones alternativas que pueden hacer más eficiente el diseño del sistema de oleoductos



Se elaboró un programa general de cálculo computadora, los datos utilizados para la ejecución se obtuvieron de reportes de campo de tal forma que los resultados se ajusten en lo posible a la realidad, se considera en todo momento que el fluido es incompresible y monofásico con temperatura constante a lo largo de la tubería, no existen pérdidas al exterior y el diámetro de la tubería es constante. Se considera un solo valor de rugosidad.

DATOS

Gasto a manejar = 100,000 metros cúbicos de metano

Longitud de la línea = 201 km / 125 millas

Densidad relativa del aceite (peso específico) = 0.62

Viscosidad (µ) = 0.01 cp a 25ºC

Caída de presión en la tubería comercial = 8.1 PSI/milla

Altura inicial de acuerdo con el perfil topográfico = 50 m

Altura final = 2 m

Presión mínima de succión = 213.4 PSI

Diámetro Supuesto = 30’’

Punto No. 8.-Claculo del Numero de Reynolds



NÚMERO DE REYNOLDS

El número de Reynolds (Re) es un número adimensional utilizado en mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido.

Para un fluido que circula por el interior de una tubería circular recta, el número de Reynods viene dado por:

O equivalente por:

Donde:

: Densidad del fluido

: Velocidad característica del fluido

: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del sistema

: Viscosidad dinámica del fluido

: Viscosidad cinemática del fluido



Como todo número adimensional es un cociente, una comparación. En este caso es la relación entre los términos convectivos y los términos viscosos de las ecuaciones de Navier-Stokes que gobiernan el movimiento de los fluidos.

Además el número de Reynolds permite predecir el carácter turbulento o laminar en ciertos casos. En conductos o tuberías (en otros sistemas, varía el Reynolds límite):

Si el número de Reynolds es menor de 2000 el flujo será laminar y si es mayor de 3000 el flujo será turbulento. El mecanismo y muchas de las razones por las cuales un flujo es laminar o turbulento es todavía hoy objeto de especulación.

RÉGIMEN DE FLUJO

Las ecuaciones que rigen toda la mecánica de fluidos se obtienen por la aplicación de los principios de conservación de la mecánica y la termodinámica a un volumen fluido. Para generalizarlas usaremos el teorema del transporte de Reynolds y el teorema de la divergencia (o teorema de Gauss) para obtener las ecuaciones en una forma más útil para la formulación euleriana.

Las tres ecuaciones fundamentales son: la ecuación de continuidad, la ecuación de la cantidad de movimiento, y la ecuación de la conservación de la energía. Estas ecuaciones pueden darse en su formulación integral o en su forma diferencial, dependiendo del problema. A este conjunto de ecuaciones dadas en su forma diferencial también se le denomina ecuaciones de Navier-Stokes.

Se llama flujo laminar o corriente laminar, al tipo de movimiento de un fluido cuando este es perfectamente ordenado, estratificado, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse si la corriente tiene lugar entre dos planos paralelos, o en capas cilíndricas coaxiales.

Se da en fluidos con velocidades bajas o viscosidades altas, cuando se cumple que el número de Reynolds es inferior a 2300.

Se caracteriza porque el movimiento de las partículas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresión de que se tratara de láminas o capas más o menos paralelas entre sí, las cuales se deslizan suavemente unas sobre otras, sin que exista mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas. La ley de Newton de la viscosidad es la que rige el flujo laminar



FLUJO TURBULENTO

Se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos, como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente.

Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.

Punto No. 9.- Calculo del Factor de Fricción

FACTOR DE FRICCIÓN

La ecuación de Darcy es valida tanto para flujo laminar como para flujo turbulento de cualquier líquido en una tubería. Sin embargo, puede suceder que debido a velocidades extremas, la presión corriente abajo disminuya de tal manera que llegue a igualar, la presión de vapor del líquido, apareciendo el fenómeno conocido como cavitación y los caudales. Con el debido razonamiento se puede aplicar a tubería de diámetro constante o de diferentes diámetros por la que pasa un fluido donde la densidad permanece razonablemente constante a través de una tubería recta, ya sea horizontal, vertical o inclinada. Para tuberías verticales, inclinada o de diámetros variables, el cambio de presión debido a cambios en la elevación, velocidad o densidad del fluido debe hacerse de acuerdo a la ecuación de Bernoulli.

Factor de fricción: la fórmula de Darcy puede ser deducida por el análisis dimensional con la excepción del factor de fricción f, que debe ser determinado experimentalmente. El factor de fricción para condiciones de flujo laminar es de (Re < 2000) es función sola del numero de Reynolds, mientras que para flujo turbulento (Re > 4000) es también función del tipo de pared de tubería.

Punto No.10.- Cálculos de la Pérdida de Energía

CAÍDAS DE PRESIÓN

PresiónLas moléculas de un líquido se encuentran en movimiento con dirección arbitraria, cada una es afectada por la fuerza gravitacional y tiende a desplazarse hacia el centro de la tierra. Cuando este movimiento es impedido por un recipiente, la fuerza provoca que las moléculas se empujen unas con otras en todas direcciones y contra la pared del contenedor. Este empuje es llamado presión y en cualquier punto es proporcional a la distancia vertical bajo la superficie del líquido.



Esta propiedad de los líquidos es de las más importantes a considerar en la solución de problemas de flujo en tuberías; las ecuaciones tradicionales que se han desarrollado, tienen como objetivo principal la determinación de la caída de presión por unidad de longitud en el flujo de líquidos a través de una línea de conducción.

Todos los ductos deben diseñarse para soportar una presión interna de diseño la cual debe ser igual a 1.1 veces la presión de operación máxima (POM). En caso de ductos sumergidos, debe considerarse en el diseño el diferencial positivo máximo posible entre la presión externa y la presión intena.

Cálculo de la caída de presión a lo largo de la tubería

∆P=longitud((1milla)/(1.609km))(8.11PSI/milla)

∆P=201 km((1milla)/(1.609km))(8.11PSI/milla)

∆P=2622.84699 PSI

D= 201 km

Dato de fabricante (tubería) = 8.11 PSI/milla

Cálculo de la presión total a vencer

∆Pt= Ps + Ph + ∆P

Pt= (213.4 + 50 + 2622.84699)PSI

∆Pt= 2886.24699 PSI



Punto No. 11.- Calculo del diámetro real requerido

ESPESOR DE PARED REQUERIDO DEL TUBO

Espesor mínimo 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:

tr = t + tc

tr: Espesor mínimo requerido por presión interna, en mm (pulg.)t: Espesor de diseño por presión interna en mm (pulg.)tc: Espesor de pared adicional por corrosión, en mm (pulg.)

El espesor comercial o nominal (tnom) debe seleccionarse a partir del espesor mínimo requerido (tr).

Espesor de diseño

Usando la Ec. De Barlow para el cálculo del espesor de la tubería, obtenemos:

t=P(do)(2)(FETS)

t=711(30)/2[(0.4)(1)(1)(52000)]

t=0.2051 pulg.

t= Espesor de la tubería (pulg.)

P=PMO=50kg/cm2=711PSI

do= Diámetro externo = 30 pulg.

F= Factor de construcción por clase de localización: 0.4

E= Factor por soldadura de la tubería: 1(Tubería sin soldadura longitudinal).



T= Factor de diseño por expansión térmica: 1(Temperatura de flujo menor de 250ºF)

S= Esfuerzo máximo de cedencia (usando la especificación de la tubería API std 5LX-52): 52000PSI.

Ahora se calcula el espesor mínimo de tubería requerido, mediante:

tr= t + tctr=Espesor mínimo requerido por presión internat=Espesor de diseño por presión internatc=Espesor de pared adicional por corrosión

Donde:

tc= 0.00625 pulg. (No. de años a calcular)tc= 0.00625(20 años)tc= 0.135 pulg

Aplicando la fórmula de espesor mínimo de tubería requerido, obtenemos: tr= (0.2051 + 0.135) pulg. = 0.3401 pulg

Por seguridad, se toma un Factor de Seguridad Fs, del 10% de tr.Fs = 0.3401 pulg (0.10) = 0.03401 pulg.

Este factor se le suma a tr para obtener el espesor total de la tubería:

trT= tr + FstrT= 0.3401 + 0.03401 = 0.37411 pulg

Ahora calculamos la columna de longitud equivalente a la Presión Máxima de Operación PMO (descarga de bombas), con la fórmula:

L = PMO(10)/14.2234(GE)L = 711(10) = 574.57 m/14.2234(0.87)PMO = 711PSIGE = 0.87

Cálculo del área del ducto

30” =0.762m A=(0.762)2 x 3.1416= 1.82 m2



Que multiplicado por factor de conversión para obtener m3/seg.

100000 m3 /día = 1.157m3/seg

Calculo de velocidad del fluido

V=q/aV= 1.82/ 1.157V= 1.157 m/seg.

Para determinar el diámetro requerido para un gasto dado a las condiciones indicadas, se inicia con la determinación del Número de Reynolds, suponiendo un diámetro (30”).

Nre = (92.2xQxPe) / (μxd)

Donde:

Nre = Numero de ReynoldsQ = gasto de metano a manejar (m3/día)Pe= peso especifico del metanoμ = viscosidad (cp)d = diámetro supuesto (pulg)Nre = (92.2x (100000 m3/día)x(0.618))/(0.01x30plg)

Nre = 18993200



Punto No. 12.- Establecimiento de la Presión de Operación.

Punto No. 13.- Calculo del Espesor de Pared Requerida

Punto No. 14.- Espesor adicional para eliminar efectos de corrosión además del factor de seguridad

Punto No. 15.- Presión Máxima de Diseño

Punto No. 16.- Calculo Teórico del No. De estaciones de Bombeo / Compresión

NÚMERO DE ESTACIONES DE BOMBEO

La transportación del crudo es el puente entre la fase de exploración y la distribución final de los derivados, además la relativa facilidad con que esta fuente de energía puede ser transportada en comparación con otras, marcan una gran diferencia en la demanda. El transporte de grandes cantidades de petróleo es vital para el desarrollo de la industria, debido a la necesaria distribución que tiene éste en el mundo y a la naturaleza de su desarrollo. Además, el Petróleo crudo es transportado por Oleoductos o en grandes Buques tanque. A menudo, ambas formas son utilizadas en diferentes fases de la transportación.

La creación de una estación de bombeo tipo búster, tiene su origen cuando el petróleo y los derivados se traslada grandes distancias, y se utiliza la vía marítima como medio de transporte. Los Buques tanque almacenan y trasladan el combustible hacia las refinerías o centros de distribución ubicados en cualquier parte del mundo. La carga y descarga del producto se la realiza en un Terminal marítimo adecuado para el ingreso de este tipo de embarcaciones.

El número de estaciones de bombeo que se requieren para manejar ese gasto, con éste diámetro, está dado por la siguiente ecuación:

No. de estaciones = (Max, PVencer)/PMO = 2886.24699 PSI /520 = 5.55 = 6 estaciones



Máxima presión a vencer (ΔPt) = 2886.24699 PSI

Presión Máxima de Operación (PMO) = 520 PSI

La primera estación de bombeo, estará ubicada en el origen, la segunda se localizará dividiendo la PMO entre la caída de presión de la tubería por unidad de longitud.

PMO/Ptub = 520/8.11 = 64.11 = 103.17 km

Máxima Presión de Operación (PMO) = 520 PSI

Dato de fabricante

ΔPtub = 8.11 PSI

A ésta distancia se le resta una longitud equivalente en columna hidrostática de la presión mínima requerida en la succión de las estaciones (15 kg/cm2), con objeto de evitar “flasheo” (pérdida de las propiedades específicas del producto que se transporta).

L = Ps(10)/14.2234(GE) = 213.4(10)/14.2234(0.87) = 172.45 = 0.17245 km

CLASIFICACION DE LAS BOMBAS



Podemos definir una bomba como un dispositivo mecanico que transforma la energía mecánica, que puede ser suministrada por: un motor eléctrico, una turbina o un motor de combustión interna, en energía que un fluido adquiere en forma de presión, posición y velocidad

Punto No. 17.- Distancia entre estaciones

Punto No. 18 Calculo grafico del No. Real de estaciones

Punto No. 19.- Calculo del No. De válvulas de seccionamiento

Punto No. 20.- Trampas de Diablos

TRAMPAS DE DIABLOS

Se deben colocar trampas de diablos según se considere necesario para una eficiente operación y mantenimiento del ducto. Cuando se trate de servicio amargo, dichos materiales deben tener un esfuerzo de cedencia mínimo especificado no mayor a 60000 lb/pulg2. El arreglo debe incluir como mínimo todas las preparaciones para la instalación de accesorios e instrumentos indicados en este anexo. Las dimensiones indicadas son típicas, siendo obligación del diseñador dimensionar la trampa de acuerdo a los requerimientos del sistema.

Las válvulas de seccionamiento de la trampa pueden ser tipo compuerta de doble expansión de paso completo y continuado, doble bloqueo en el mismo sentido del flujo y purga, o válvulas de bola de paso completo y continuado, con doble bloqueo, de acuerdo a ISO 14313.

Punto No. 21.- Obras Especiales

TIPOS DE OBRAS ESPECIALES

Cruces. Los cruces deben considerarse como una obra especial debido a que requieren de consideraciones específicas para su diseño y construcción dado que interrumpen la instalación de la línea regular, por lo que deben cumplirse los requisitos señalados a continuación para cada caso particular.

Cruzamiento con ríos o cuerpos de agua. Los cruzamientos de los ductos con ríos o cuerpos de agua, requieren de un análisis y diseño para disminuir el riesgo de contaminación en caso de fuga del hidrocarburo. Estos cruzamientos



pueden realizarse de dos formas: aéreos y subfluviales. Para el primer caso se debe construir un sistema de soporte para la tubería por medio de pilas, armaduras y cables (similar a un puente). Debe evitarse la colocación de curvas verticales en la zona del cauce, procurando que el tramo de tubería (lingada) sea recto y sus extremos estén bien empotrados en los taludes de las orillas.

Caminos de acceso. Los caminos de acceso a los centros de distribución, obras especiales y a las desviaciones obligadas del derecho de vía, deben construirse según proyecto con los mismos equipos con los que se construya el derecho de vía pero con anticipación a los trabajos del ducto. Estos caminos se consideran provisionales, pero deben mantenerse en condiciones de transito durante el tiempo que dure la construcción de la obra.

Excavación de zanja. La zanja donde se alojara la tubería, debe tener el ancho y profundidad indicados en el proyecto de acuerdo con el diámetro del ducto. La profundidad de enterrado depende de la localización de la zona, el uso de la superficie del terreno y las cargas impuestas por el paso de vehículos y/o ferrocarriles. La superficie del fondo de la zanja debe quedar conformada a un nivel tal que la tubería al ser bajada se apoye totalmente en el terreno.


diseño de ducto

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