Analisis de Estres

 

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TITULO: ANALISIS DE ESTRES

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H:\TITICO\SIGNA\ING. H:\TITICO\SI GNA\ING. CAO CRE-X1\003 MECANICOS REV_CAO\DOCUMENTOS\COPE-10-1248-OS REV_CAO\DOCUMENTOS\COPE-10-1248-OS 01-M-MC-001 REV_CAO.docx 

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CONTENIDO 1.  ANTECEDENTES ........................................................................................................................ 3  2.  OBJETIVO ................................................................................................................................... 3  3.  PROCEDIMIENTO ....................................................................................................................... 3  4.  NORMA DE APLICACIÓN........................................................................................................... 4  5.  CONDICIONES DE DISEÑO ....................................................................................................... 4  6.  CRITERIOS PARA EL ANALISIS DE TENSIONES..................................................................... 5  7.  RESUMEN DE RESULTADOS .................................................................................................... 8  8.  CONCLUSIONES ...................................................................................................................... 10  9.  ANEXOS .................................................................................................................................... 10 

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1.

ANTECEDENTES

La empresa S.A. dentro de sus atividades operativas para La presente gestión tiene planificado el desarrollo del nuevo pozo Este-1, el cual permitirá la producción de la formación, Arenisca Roboré-I, en la estructura de Este. Con el objetivo de transportar la producción de hidrocarburo desde este pozo hasta las facilidades del colector de la Planta, es necesario realizar la Ingeniería Básica y de Detalle de la línea de producción así como de las facilidades del pozo.

2. OBJETIVO El presente reporte, tiene como objetivo analizar el comportamiento de las nuevas instalaciones en planchada cumpliendo las condiciones de diseño, para su funcionamiento dentro de los parámetros de tensiones admisibles establecidos en el Código de Aplicación La comprobación del comportamiento de la estructura es realizada por medio de cálculo por elemento finito, para lo cual se emplea el software CAESAR II, versión 5.2, el cual ejecuta el cálculo de flexibilidad comprobando que la estructura proyectada no esté sometida a sobre tensiones causadas por las temperaturas y presiones operativas. Los parámetros operativos adoptados corresponden a las condiciones extremas máximas de operación. Para este estudio se baso en los codigops B31.8 y B31.3 , analizando la parte en planchada correspondiente al código B31.3 y después de las válvulas lanzadoras se analizo bajo el código B31.8 en este tramo se analizo un tramo de tubería enterrada de aproximadamente 200 metros. 3.

PROCEDIMIENTO

En base a la estructura definida de acuerdo a los planos de tuberías e isométricos se ha realizado el modelo para la respectiva corrida, en función al diseño definido.

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Se ha tomado las conexiones a equipos con desplazamiento nulo de la cañería, donde se asume que ésta se encuentra completamente restringida, puntos que fueron considerados como parte inicial del modelo. Normalmente es recomendable realizar el análisis a tuberías de diámetros mayores a 4” dado que en nuestro caso la línea es de 3” solo se  analiza la línea desde arbolito hasta entierro.

Los soportes en la línea no restringen el movimiento en sentido longitudinal pero si en sentido lateral con una holgura de 10 mm. 4.

NORMA DE APLICACIÓN  ASME B31.3B31.3- 2006 EDITION PROCESS PIPING  ASME B31.8B31.8- 2007 EDITION GAS TRAN TRANSMISSION SMISSION & DISTRIB DISTRIBUTION UTION PIP PIPING ING

5.

CONDICIONE CONDICIONES S DE DISEÑO

Densidad del suelo

0.00185 kg/cm3

Profundidad de entierro promedio 1000mm  Angulo de Fricción

30º

Coeficiente Coeficient e de fricción suelo

0.5

Temperatura de montaje

20 ºC

Tuberia diametro 3”  Material

Sch XS

ASTM A 312 TP. 321

Sch XS

A106 Gr.B

Sch XS

API 5L X42

Temperatura de Operación máxima

120 º F

(48.9 ºC)

Presión de Diseño

2220 psig

(153 bar)

Sobre espesor de corrosión y erosión: 3.81 mm (0.15 ”)

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6.

CRITERIOS PARA EL ANALISIS DE TENSIONES

6.1.

LIMITES DE TENSIONES CALCULADAS SOBRE LA BASE DE CARGAS SOSTENIDAS Y

EXPANSIÓN TERMICA (SUS) (302.3.5) Parágrafo ASME B-31.3  A

continuació continuación n se describen los límites de tensione tensioness establecid establecidos os por el código debido a las

siguientes causas:

6.1.1. Presión interior y exterior : El criterio de no exceder las tensiones admisibles del Apéndice  A, es satisfecho cuando el espesor de pared (incluyend (incluyendo o refuerzo) del component componente e de tubería cumple con los requerimient requerimientos os dados en parágrafo ¶304 de la norma B-31.3 6.1.2. Tensiones longitudinales: La suma de las tensiones longitudinales Sl  debidas a la presión, peso y otras cargas sostenidas no deben exceder la tensión admisible en condición caliente Sh. El espesor utilizado para calcular S l  debe ser el espesor nominal T menos los sobre espesores de corrosión (c), erosión y resistencia mecánica.

S l     S h   6.2.

(SUS)   (SUS)

ANÁLISIS DE FLEXIBILIDAD (EXP) (319.4)

En los cálculos de flexibilidad los sistemas de cañerías entre puntos de anclaje deben ser tratados como un conjunto. Debe considerarse la importancia de todas las partes de la línea y /o todas las restricciones colocadas con el propósito de reducir momentos y fuerzas sobre los equipos o pequeñas líneas que se bifurcan. Los cálculos de flexibilidad deben tomar en cuenta las condiciones de intensificación de tensiones de los componentes y juntas.

Las propiedades dimensionales de los caños y accesorios a utilizar en los cálculos de flexibilidad deben basarse en las dimensiones nominales. 10/21/2015

 

 

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Flexibilidad Tensiones: En el rango de tensiones de flexiones y torsión debe computarse utilizando el modulo de elasticidad a 70ºF (excepto en caso de variación de temperatura según 319.2.2.b.4 ASME B31.3)  y combinado de acuerdo a la ecuación (17) para determinar el rango de tensiones de B31.3)  desplazamiento SE, el que no deberá superar el rango de tensiones S A. 

S  E 

S  A



  

2

2

 4 S t  S    b (17)

  f  (1.25  ( S c



S h )  S l  )

Sb= Tensión resultante de flexión St = Tensión de torsión = Mt / 2Z Sc = Tensión admisible admisible para el material base a la mínima tem temperatura peratura indicada en las tablas de tensión Sh = Tensión admisible para el material base a la máxima tem temperatura peratura indicada en las tablas tablas de tensión Mt = Momento de torsión t orsión f = Factor de reducción rango de tensión para condiciones cíclicas de un número total N de ciclos completos de temperatura durante la vida útil esperada en operación. Z = Modulo de sección de tubo Las tensiones resultantes de flexión S b  a utilizarse en la ecuación (17) para codos, codos a gajos y conexiones en derivación de tamaño completo, debe ser calculado de acuerdo con la ecuación (18).

S b



(18)

 

(ii M  i ) 2  (i0 M 0 ) 2  Z 

S  E     S  A  

(EXP)

ii= Factor de intensificación de tensiones en el plano i0= Factor de intensificación de tensiones fuera del plano Mi = Momento de torsión en el plano

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M0=Momento de torsión fuera del plano 6.3.

Limites de tensiones calculadas por cargas ocasionales (OCC) (302.3.6) operación: La suma de las tensiones longitudinales producidas por la presión y 6.3.1. Durante la operación:

otras cargas sostenidas Sl (cargas vivas y muertas, soportes temporarios de extra peso, etc.) y de las tensiones producidas por cargas ocasionales tales como viento y terremoto, pueden superar como mucho 1.33 veces las tensiones básicas dadas en el apéndice A de la norma B31.3. 6.3.2. Durante ensayos o pruebas: Las tensiones debidas al ensayo que no están sujetas a las limitaciones de (302.3) No es necesario considerar otras cargas adicionales, tal como viento y terremoto como si actuaran de forma coincidente con las cargas de ensayo  ensayo  

S l      k S h  

(OCC)   (OCC)

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7.

RESUMEN DE RESULTADO RESULTADOS S

LOAD CASE DEFINITION KEY CASE 1 (OPE) W+T1+P1 CASE 2 (SUS) W+P1 CASE 3 (EXP) L3=L1-L2 Piping Code: Multiple Codes B31.3

= B31.3 -2006, May 31, 2007

B31.8

= B31.8 -2007, November 30, 2007

7.1.1. CODE STRESS CHECK PASSED

: LOADCASE 1 (OPE) W+T1+P1

Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 1 (OPE) W+T1+P1 OPE Stress Ratio (%):

84.8 @Node 285

OPE Stress:

32052.3 Allowable:

 Axial Stress: Stress:

4862.0 @Node 208

Bending Stress:

27248.0 @Node

Torsion Stress:

5488.5 @Node

Hoop Stress:

37800.0 39 10

12950.0 @Node 235

3D Max Intensity:

41955.4 @Node 270

MAX. DISPS. X

-0.7596” 

@NODE 1020

MAX. DISPS. Y

0.8647” 

@NODE 1059

MAX. DISPS. Z

0.2411” 

@NODE 1039

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7.1.2. CODE STRESS CHECK PASSED

: LOADCASE 2 (SUS) W+P1

Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 2 (SUS) W+P1 CodeStress Ratio (%): Code Stress:

58.9 @Node 220

11783.5 Allowable:

 Axial Stress: Stress:

20000.0

11378. 11378.0 0 @Node 340

Bending Stress:

557.7 @Node 125

Torsion Stress:

45.1 @Node 215

Hoop Stress:

23816.7 @Node 340

3D Max Intensity:

27196.2 @Node 340

MAX. DISPS. X MAX. DISPS. Y

-0.0032”  0.0062” 

@NODE 128 @NODE 138

MAX. DISPS. Z

-0.0004” 

@NODE 1030

7.1.3. CODE STRESS CHECK PASSED

: LOADCASE 3 (EXP) L3=L1-L2

Highest Stresses: (lb./sq.in.) LOADCASE 3 (EXP) L3=L1-L2 CodeStress Ratio (%):

60.3 @Node

39

Code Stress:

27182.1 Allowable:

 Axial Stress: Stress: Bending Stress:

6431.3 @Node 1027 27165.0 @Node 39

Torsion Stress:

5500.8 @Node

Hoop Stress:

0.0 @Node

3D Max Intensity:

10 10

29149.7 @Node

MAX. DISPS. X

45068.4

39

-0.7596” 

@NODE 1020

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8.

MAX. DISPS. Y

0.8682” 

@NODE 1059

MAX. DISPS. Z

0.2416” 

@NODE 1039

CONCLUSIONES

Por los resultados obtenidos se observa que el sistema propuesto se comporta satisfactoriamente desde el punto de vista tensional, cumple con los esfuerzos mínimos estipulados por la norma ASME B31.3 y B 31.8 sin que ocurran situaciones críticas para el mismo, los desplazamientos son muy pequeños y se los puede considerar despresiables. El modelo está anclado en las bridas de conexión a arbolito donde se asume un desplazamiento nulo en todos los sentidos. Los soportes son del tipo que permiten desplazamientos en el sentido longitudinal de la tubería y se tiene una holgura de 10 mm en los otros sentidos.

9.

ANEXOS

En anexo 1 se esquematiza el modelo de análisis y la ubicación de soportes.

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ANEXO 1 CONEXIÓN A ARBOLITO

ENTERRADO

SOPORTES

ARBOLITO

ANEXO 1

 

 

CONEXIÓN VALVULA LANZADORA

VALVULA LANZADORA ENTERRADO