PC-A-01-01 -diámetros de tubería en líneas que transportan hidrocarburos en instalaciones de proceso (fluidos incompresibles)

CORPORACIÓN MEXICANA DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES, S.A. DE C.V.

COORDINACIÓN DE INGENIERÍA DE PROYECTOS

DEPARTAMENTO: INGENIERÍA DE PROCESO

MANUAL DE PROCEDIMIENTOS TÉCNICOS

CS-01 1

PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO PARA DETERMINAR DIÁMETROS DE TUBERÍA EN LÍNEAS QUE TRANSPORTAN HIDROCARBUROS EN

INSTALACIONES DE PROCESO (FLUIDOS INCOMPRESIBLES).

CODIGO: PC-A-01-01 SECCION DE REF.: 9 PÁGINA : 1 DE: 9 REVISIÓN 0 FECHA 31-08-00

ELABORÓ: REVISÓ: AUTORIZÓ:

ING. MARIO RANULFO RAMOS FUENTES

ING. RODOLFO RANGEL MORALES

M.C. HOMERO ARMENDÁRIZ VERDUZCO

DR. ALEJANDRO GARZA GÓMEZ

CORPORACIÓN MEXICANA DE INVESTIGACIÓN Código: PC-A-01-01 EN MATERIALES, S.A. DE C.V. Página: 2

Coordinación de Ingeniería de Proyectos Autorizó: Dr. Alejandro Garza Gómez

Departamento: Ingeniería de Proceso Revisión No. 0 Manual de Procedimientos Técnicos Fecha: 31-08-00

TÍTULO: Cálculo para Determinar Diámetros de Tubería en Líneas que Transportan Hidrocarburos en Instalaciones de Proceso (Fluidos Incompresibles).

CS-02

CONTENIDO

1.0 INTRODUCCIÓN.

2.0 OBJETIVO.

3.0 ALCANCE.

4.0 RESPONSABILIDADES.

5.0 DESARROLLO.

6.0 DOCUMENTOS DE REFERENCIA.

7.0 DISTRIBUCIÓN.

8.0 MODIFICACIONES.

ANEXO I.





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1.0 INTRODUCCIÓN.

El cálculo de flujo de fluidos se basa en los conceptos establecidos por Darcy y Fanning. La cual establece que la transición entre régimen laminar o viscoso a turbulento es variablemente identificable entre el número de Reynolds de 2000 a 3000. Muchas de las correlaciones empíricas destinadas al cálculo de la resistencia de flujo varían el resultado de este, debido a la simplificación de términos incorporados en cada uno. El dimensionamiento óptimo de tuberías es algunas veces realizado sin tomar en cuenta factores desconocidos como los futuros incrementos en flujo, lo que se reflejaría en características de hidráulica desfavorables para el proceso. A fin de contar con un método consistente, se propone un procedimiento de calculo de tuberías en general, que manejen hidrocarburos en su interior en forma liquida sin cambio de fase.

2.0 OBJETIVO.

Desarrollar un procedimiento de cálculo para la determinación del diámetro adecuado para una tubería que transporta hidrocarburos en fase líquida dentro de las instalaciones de un proceso productivo.

3.0 ALCANCE.

Calcular los diámetros adecuados de las líneas de proceso que transportan cualquier tipo de hidrocarburos en fase líquida, estableciendo un diseño adecuado, confiable y rentable.

4.0 RESPONSABILIDADES.

Jefe de Disciplina: la difusión y el empleo del presente documento. Cada elemento del departamento: el uso del documento para fines de diseño.

Gerente de calidad: la revisión del documento, verificando el uso del mismo.





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5.0 DESARROLLO. 5.1 GENERALIDADES.

El dimensionamiento de la tubería se realiza considerando el gasto de fluido a las condiciones de diseño correspondiente. De igual forma se toma en cuenta la caída de presión y todo factor que pueda afectar la velocidad máxima permitida, desde el punto de vista de vibración, ruido, erosión y corrosión interna.

A menudo ocurren situaciones donde se desea calcular el diámetro de la tubería necesario para un flujo y caída de presión dadas.

El factor de fricción “f”, y el Número de Reynolds “Re”, son función del diámetro, la velocidad, viscosidad y densidad. Para el aceite de petróleo la velocidad y caída de presión en las líneas con diámetro interno “d” en pulgadas considérese lo siguiente: Una solución directa para calcular el diámetro es posible mediante manipulación algebraica de ecuaciones básicas tales como: El factor de fricción en la ecuación 1 puede ser encontrado por varios métodos. Es conveniente el uso de las ecuaciones 2 y 3. Sustituyendo estas ecuaciones por “f” en la ecuación 1 tenemos:

CONCEPTO VELOCIDAD RAZONABLE (PIES/SEGUNDO).

∆∆∆∆P/100 PERMITIDA POR FRICCIÓN (PSI).

Descarga de bombas 5 + d/3 2 Succión de bombas 1/3 + d/6 0,4 ** Para otras líneas considere los valores para descargas de bombas.

20

40

2651

,

cf

,

g)P(

fLq,d

∆ρ

=

(1)

19400420

,Re,f =

Para diámetros grandes (mayores de 8 pulgadas).

(2)

17200420

,Re,f =

Para diámetros pequeños (menores de 8 pulgadas).

(3)





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Donde:

d = diámetro interno de la línea, pies ρ = densidad del fluido, lb/pie³ µ = viscosidad del fluido, lbm/pie s q = flujo volumétrico, pie³/s L = longitud de la línea, en pies ∆Pf = caída de presión de la línea, lb/pie² gc = masa/fuerza, constante de conversión, lbm pie/lbf s² = 32,16 ≈ 32,2

5.2 SECUENCIA DE CÁLCULO. Paso 1. Para el desarrollo de este cálculo, se requiere contar con propiedades físicas del fluido tales como densidad y viscosidad, así como el flujo (másico o volumétrico) por unidad de tiempo y la longitud de la tubería. Paso 2. Establecer la caída de presión permisible para el sistema de tubería que se va a calcular. Paso 3. Se calcula el diámetro empleando la ecuación para diámetros pequeños (menores de 8 pulgadas):

( )pies

6490

2070

0,0360,1223790 =

∆µρ=

,

cf

,

gP

Lq,d (4)

Paso 4. Se calcula el diámetro empleando la ecuación para diámetros grandes (mayores de 8 pulgadas):

( )pies

6470

2080

0,0410,1683760 =

∆µρ=

,

cf

,

gP

Lq,d (5)

( )pies

6490

2070

0,0360,1223790 =

∆µρ=

,

cf

,

gP

Lq,d

Para diámetros pequeños (menores de 8 pulgadas).

(4)

( )pies

6470

2080

0,0410,1683760 =

∆µρ=

,

cf

,

gP

Lq,d

Para diámetros grandes (mayores de 8 pulgadas).

(5)





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Paso 5. Si el valor del diámetro obtenido con las dos ecuaciones no rebasa las 8 pulgadas, se tomará el valor de la ecuación para tuberías pequeñas como el diámetro interno de la tubería y en caso contrario se tomará el valor de la ecuación para tuberías grandes.

Paso 6. Seleccione el diámetro de línea más próximo mayor de la tabla de diámetros y considere dicho diámetro en cálculos sucesivos.

6.0 DOCUMENTOS DE REFERENCIA. Crane, Flujo de Fluidos en Válvulas, Accesorios Y tuberías, Editorial Mc Graw Hill, Febrero de 1998.

Campbell M. John, Gas Conditioning and Processing, Volumen 2, Publicado por Campbell Petroleum Series, Octubre de 1994.

7.0 DISTRIBUCIÓN.

Puesto Coordinador de Ingeniería de Proyectos Copia Gerentes de Ingeniería de Proyectos Copia

Coordinador del Sistema de Calidad Copia Responsable del Control de Documentos Original





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8.0 MODIFICACIONES.

NOMBRE DE QUIEN AUTORIZÓ FECHA

FOLIO DE SOLICITUD DE MODIFICACIÓN

PUNTO MODIFICADO





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ANEXO I.

Ejemplo.





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Determinar el diámetro de la tubería para enviar 200 GPM de ciclo hexano a 100°F hasta una distancia de 640 metros (2100 pies), con una caída de presión permitida de 12,9 psi, incluyendo los accesorios (2 tee rectas, 3 codos estándar, 3 válvulas de compuerta y una válvula check). Solución: DATOS:

Paso 3. Ecuación para diámetros pequeños:

( )pies

6490

2070

0,0360,1223790 =

∆µρ=

,

cf

,

gP

Lq,d (4)

pulgadas. 6 3,991 pies 63 0,332

pies 63 0,332 2)857,6)(32, (1

100 2672 0000250 4141 5 4450 6490

2070

0,0360,1223790

==

=

×=

d

),,(),(),(,d

,

,

Paso 4. Ecuación para diámetros grandes.

( )pies

6470

2080

0,0410,1683760 =

∆µ=

,

cf

,

gP

Lq.d ρ (5)

( )pulgadas. 3,75 pies 51 0,312

pies 51 0,312 (32,2)857,6 1

100 2672 0000250 4141 5 4450 6470

2080

0,0410,1683760

==

=

×=

d

),,(),(),(,d

,

,

Como los valores obtenidos no rebasan las 8 pulgadas el valor del diámetro interno de la tubería será: d = 3,9916 pulgadas

Considere una tubería ANSI B36.10 cuya cédula de pared es 40: Di = 4,026 pulgadas. (tubería de 4” de diámetro nominal céd. 40).

T = 100 °F ρ = 41,41 lb/pie3 µ = 0,25 Cp L = 640 m L = 2 100 pies

S = 0,642 Q = 200 GPM Q = 0,445 5 pie3/ s

Gc = 32,2 lbm pie/ lbf s2 ∆P = 12,9 psi ∆P = 1 857,6 lb/pie2





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