Branch Connection o derivaciones de tuberia

Para todos ha sido un gran dolor de cabeza a la hora de decidir cuál es el mejor accesorio de tubería que debe ser colocado cuando hay que hacer una derivación en una tubería de Proceso en una planta de Proceso, ya sea a nivel Petroquímico o Petrolero.

Una derivación de tubería puede ser a un mismo diámetro, o sea, si la línea principal es de 10 pulgadas (10") y la derivación es del mismo diámetro  (10"), o puede ser de un diámetro menor como 8", 2" o 1/2".

Las derivaciones pueden ser a 90o, como una TEE recta o a 45o como un Latrolet.

 Derivación a un mismo diametro. TEE recta.

 Derivación lateral a 45o. Tipo Boca de Sapo.

 Derivación roscada a 90o. Thredolet

Por supuesto el accesorio de tubería que debe ser usada depende de muchos factores en donde se pueden nombrar los siguientes:
1. En primer lugar del tamaño de la derivación.
2. EL tipo de fluido.
3. La presión que maneja.
4. El material de la tubería.
5. Los contaminantes y partículas que sean arrastrado por el fluido por su efecto corrosivo o erosivo del fluido.
6. La disponibilidad de los accesorios de tubería.
7. Aspecto económico..

Existen muchísimas razones, parámetros y condiciones que deben ser tomados en cuenta para decidir el mejor accesorio que debe ser usado en una derivación y por lo general viene listado claramente el el piping class y depende del servicio que maneja cada línea de tubería. Este piping class es elaborado por el licenciante quienes tienen experiencia en sus procesos y deciden el mejor accesorio de tubería para el manejo de los fluidos, a las presiones y temperatura de trabajo.

Vamos a listar varios ejemplos:

1. En el caso de una línea de agua contra incendio, agua de servicio, para una derivación de 10"×10" normalmente se utiliza lo que llamamos "boca de sapo" en vez de una TEE forjada, ya que la segunda es muchísimo más costosa y no representa un valor agregado al sistema. 

2. Para el mismo caso anterior en donde se requiera hacer una derivación de 10" a 1/2" para colocar un manometro es suficiente soldar un cuello roscado.

3. Para otro caso en donde se requiera hacer una derivación de 10" a 10" pero en una línea de gas natural a 20 kg/cm2 de presión, se requiere una TEE forjada con extremos Butt Weld  (BW) y no es permitido las derivaciones tipo "boca de sapo" debido a los riegos de ruptura y explosión de la línea de gas en caso de falla.

4. Similar al ejemplo 2, si tenemos una tubería principal de 10" y se requiere una derivación de 1/2" para instalar un manómetro se requiere instalar un Thredolet o Nipolet, el cual es una derivación reforzada para ser soldada en una tubería de proceso.

En el caso de que no se disponga de una derivación aprobada por el licenciante en su piping class se pueden utilizar un sustituto siempre y cuando cumpla con unas condiciones, el cual será tratado en otro tema publicado en mi block.

Espero que esto sea de utilidad y estoy a las ordenes para responder cualquier pregunta relacionado con este y otros temas publicados en mi blog.

Para cualquier pregunta me pueden escribir al correo noguera.juan@gmail.com.
 

Dampener o Botellas de pulsaciones para bombas reciprocantes

Una bomba de desplazamiento positivo o reciprocante es un tipo de bomba en donde el flujo lo genera al accionar un pistón o diafragma y su capacidad está dada por la capacidad volumetrica del pistón por la velocidad a la que hace cada ciclo.

Este tipo de bomba son generalmente usadas como bombas dosificadoras ya que son de volumen constante y se puede variar su capacidad al controlar el desplazamiento del pistón (stroke) o variando su velocidad con un variador de velocidad por frecuencia conectado a su motor.

Estas bombas  sin importar su tamaño debe de tener un sistema de amortiguación de los pulsos de presión que son propios de estas bombas.

Las bombas de desplazamiento positivo o reciprocante, ya sean de pistón o diafragma generan  en la tuberías un pulso de presión cuya frecuencia es equivalente a la cantidad de bombeos o ciclos de recorrido del pistón o del diafragma en donde envía líquido al sistema de tubería.

Este bombeo lo ve el sistema de tubería como un ciclo o pulsación que genera un esfuerzo en la tubería que la hace mover y se puede apreciar como vibración de la tubería, soportes y estructuras pudiendo ocasionar fatiga y la falla de los mismos.

La velocidad de este ciclo es lo que tarda el pistón o diafragma desde el punto de descarga al punto de descanso o retroceso del pistón.

Para mitigar estas pulsaciones, tanto en la succión como en la descarga se recomienda instalar los llamados dampers de pulsaciones o Botellas de pulsaciones.

Estos dampeners son unos pequeños recervorios de capacidad del volumen de un pulso, o capacidad máxima del pistón con un elemento presurizado como una vejiga, la cual debe estar presurizado a un 85.5% la presión de trabajo.

Esta botella de pulsación lo que hace es amortiguar el pulso de presión haciendo más suave el flujo minimizando la vibración de la tuberías,  soportes y estructuras. 

Para mayor detalle para el cálculo del volumen y presiones en las botellas de pulsación pueden consultar la página web del fabricante HIDRACAR.

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Control de Materiales Mecánicos en un Proyecto

Una tarea titánica siempre ha resultado ser cuantificar la cantidades de Materiales requeridos en un Proyecto, en especial en un proyecto en donde tiene que ver con tendido de tuberías.

Esto es muy importante cuanto se tiene que llevar un control del presupuesto, control durante la procura, control y gestion de inventario (almacen) y control durante la construcción.

En el caso del tendido de tuberías se complica porque antes de la fabricación  se requiere que todos los materiales a utilizar deben ser comprados previamente, almacenados y conservados y deben ser administrados de una forma casi milimétrica para que no vaya a faltar nada y tampoco debe sobrar.

Esta tarea titánica se puede hacer mediante el control e inventario de los isometricos de tuberia, los cuales como planos de detalles contienen el listado de Materiales, los cuales al consolidarse se puede obtener el total de materiales a utilizar en el proyecto, inclusive se puede obtener un detalle del costo total, volumen que ocupa, o hasta el peso. 

Lo primero que se necesita saber con mucha precisión es el costo, pero para eso se requiere conocer la cantidad de cada material.

Lo segundo es la cantidad que se requiere comprar de cada uno (fase de procura).

No menos importante es la capacidad que debe tener los Almacenes que van a manejar estos materiales.

Lo último es muy útil cuando se están fabricando estructuras en forma modular, en donde se debe controlar el peso del módulo por disponibilidad de las grúas, peso máximo de transporte por carretera, Maritímo o aéreo. 

Un isometrico de tubería puede ser tan preciso como se quiera y que el cliente pueda pagar. Por lo que puede contener las pulgadas de soldadura, los metros lineales de tuberías a instalar por diámetro,  el color, cantidad y tipo de Pintura en m2, la cantidad, tipo y espesor de Aislamiento, el peso, además de los datos comunes y normales como son piping Clases, presión y temperatura de operación y prueba, inspección de Rx, Ultrasonido, tintes penetrantes.

Unas de las cosas que complica el control de Materiales y cuantificar los mismo es que estos deben estar codificados, de modo de poder sumar el total de Materiales requeridos.

Hay programas de Dibujo al que se puede ingresar el piping Class y generar una lista de Materiales por isometrico y un consolidado total.

Si no se dispone de esto, recomiendo generar un código que será utilizado en cada isometrico para identificar cada material que nos permita consolidado para llevar el control de la procura y a su vez llevar el control durante la construcción.

Se debe tener especial cuidado de que para que todo esto sea efectivo, se debe tener un plano de cada tubería a fabricar, sin importar el diámetro y que cada material sea descrito y codificado en cada plano.

Durante la procura se debe tener la precaución de estimar las cantidades de Materiales adicionales que se requieran en caso de modificaciones durante la construcción,  pérdida o daño de los mismos o por errores durante la construcción. La situación puede ser grave cuando sean materiales de largo tiempo de fabricación o entrega. Otro aspecto que debe tomarse en cuenta es lo relativo a las empacaduras, las cuales deben ser reemplazadas durante las pruebas hidrostaticas y el comisionamiento, antes de colocar la definitiva para el arranque y puesta en servicio.

En el caso de los materiales eléctricos e instrumentación la cosa se complica porque los planos de detalles  son son tan fácil de consolidar pero se recomienda que lleven el mismo patron, tal como se hacen con los isometricos. 

Volviendo a los planos isometricos, los cuales son nuestros planos de detalle en la fabricación de las tubería a, los detalles de Pintura, inspección,  soldadura, Aislamiento no va ayudar a cuantificar los computos métricos para la fase de construcción.

Cada isometrico de tubería se codifica con el número de la linea, la cual contiene  el diámetro de la línea y el piping class. El piping class identifica las especificaciones de cada material.

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Planificación de un Proyecto de Ingeniería de Detalle

Un proyecto de Ingeniería pasa varias etapas desde la Ingenieria Conceptual, pasa a la Ingenieria Básica hasta la Ingenieria de Detalle antes de comenzar la construcción final del proyecto.

La Ingenieria Conceptual  hace un bosquejo inicial del proyecto, con una aproximación de la magnitud del proyecto en cuanto al costo, tiempo de ejecución y el espacio de la construcción y un detalle avanzado de los planos de proceso, como son los PFD.

Durante el desarrollo de la ingeniería conceptual se deben generar los planos de proceso, PFD (Process Flow Diagram), los planos de ubicación de equipos generales y una aproximación de los costos y tiempo de ejecución del proyecto.

En la Ingenieria Básica se amplia en conocimiento de los materiales que se van a usar en la construcción,  la Instrumentacion y control, así como la mano de obra que se va a requerir y un estimado de costo más detallado. En esta fase se deben completar los planos de proceso, se generan los planos de Tuberías e Instrumentación (P&ID), los planos de ubicación de equipo, el piping class y unos planos generales de tuberías mayores y se comienzan a generar las especificaciones de compra de los equipos principales.

En la Ingenieria  de detalle se elaboran los planos de construcción del proyecto, planos civiles con detalles de la construcción, planos de tubería, simétricos, planos de electricidad y de Instrumentacion,  con un estimado de costo más detallado, y lista de materiales a utilizar y cómputo metricos de las obras a ejecutar así como de un plan detallado en el tiempo y cantidad de horas hombre a utilizar.

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Tipos de Materiales adecuados para Fuidos Corrosivos

Todo buen diseñador de tuberias toma muy en cuenta la compatibilidad de los materiales con los fluidos que maneja y la temperatura y presiones a las que va a trabajar. La maxima condición de trabajo es lo que llamamos Condiciones de diseño.

Un ejemplo podría ser el uso de acero inoxidable para el manejo de ciertos fluidos corrosivos.

Ademas de lo anterior,  hay otros aspectos o especificaciones que deben cumplir las líneas de tuberías para que sean adecuados a fluidos corrosivos, como ácidos o bases, e inclusive fluidos erosivos.

En el caso de fluidos corrosivos la practica de diseño normalmente recomendada es el uso de accesorios de tuberías Butt Weld (BW) en vez de accesorios Socket Weld (SW).

Porque de esto.?

Resulta que los accesoris Socket Weld, por su forma de instalación, deja un espacio muerto entre la tubería y el tope del accesorio SW.

Este espacio muerto origina la acumulación de la sustancia ácida en ese espacio muerto que en contacto con el agua acelera la corrosión de la tubería y de los accesorios. 

Esto no ocurre en los accesorios BW, dejando una superficie suave y uniforme para el paso del fluido, sin espacios muertos que originen acumulación de sustancia corrosivas.

Existen otras prácticas, también importantes como evitar la formación de bolsillos o cambios de altura durante el diseño y construcción  de las tuberias, que facilite la acumulación de fluidos que no pueden desalojados en una operación normal de drenaje.

Espero que esto sea de utilidad y estoy a las ordenes para responder cualquier pregunta relacionado con este y otros temas publicados en mi blog.

Para cualquier pregunta me pueden escribir al correo noguera.juan@gmail.com.

Relación entre Selección de Materiales Mecánicos y la Clasificación de Areas.

Existe una relación muy estrecha entre la selección correcta de los materiales mecánicos y la Clasificación de Areas en todas las instalaciones Petroleras y Petroquimica.

La selección correcta de los Materiales Mecánicos evita que ocurra una fuga de sustancias inflamables al ambiente, al seleccionar materiales que son compatibles con la sustancia que se  manejan, las cuales en contacto o combinación con el aire y una fuente de calor puede producir una explosión. Hay otras sustancias, como las pirofóricas, que al entrar en contacto con la humedad del aire, produce una reacción exotérmica generando calor y produciendo la ignición de cualquier sustancia inflamable que contenga o este en contacto o en cercanía con la misma.

Para entrar más en detalle se debe conocer los siguientes conceptos básicos:

1. El triángulo de fuego.

Para que ocurra la ignición de un material o sustancia combustible o inflamable debe haber ciertas condiciones:

a. La presencia de la sustancia inflamable o combustible.

b. La presencia de oxigeno (aire) en proporción suficiente para producir la ignición.

c. La presencia de llama, chispa o fuente de calor.

La unión de estos tres elementos es lo que se llama el triángulo de fuego. Al eliminar alguno de los elementos del triángulo, evitamos o disminuimos el riesgo de ocurrencia del fuego o explosión.

Sabemos que el oxígeno esta contenido en el aire que nos rodea y en condiciones normales es imposible evitar su presencia, salvo en casos especiales con uso de contenciones especiales.

Solo nos queda tratar por todos los medios posibles, de reducir el riesgo de presencia del elemento combustible y de la fuente de calor.

El objetivo de una selección correcta de Materiales Mecánicos va evitar la falla de los elementos o componentes de una Instalación Petrolera o Petroquimica que puedan generar una descarga de sustancias peligrosas al ambiente, la cual, al combinarse con el oxigeno del aire y una fuente de calor puede producir una explosión.

Nos queda el tercer elemento, la fuente de calor. Hay fuentes de calor que no podemos controlar como el sol, ya que solo la exposición de un pedazo de madera al sol puede, ocasionar su ignición de forma espontánea.

2. El límite de explosividad inferior: es la cantidad mínima de una sustancia inflamable que se requiere para que, en contacto con el aire, produzca la ignición.

3. La temperatura de ignición: es la temperatura mínima que necesita un material para su ignición.

Por lo anterior, si se expone al sol, un pedazo de madera, este puede llegar a su temperatura de ignición y arderá espontáneamente.

4. Clasificación de Area:

La clasificación de Areas en una Instalación Petrolera y Petroquimica está Normalizada por el Código Eléctrico Nacional.

El Código Eléctrico Nacional clasifica las áreas en tres tipos:

Areas Clase I, División 1: Son aquellas áreas en donde, en operación normal, puede haber sustancias inflamables. Un ejemplo clásico es una estación de gasolina, en donde, durante la operación normal, siempre se van a presentar vapores inflamables de gasolina.

Areas Clase I, División 2: Son las áreas que solo durante una falla de un equipo, ejemplo falla del sello de una bomba, puede haber sustancias inflamables.

Areas No Clasificada: son aquellas áreas que no hay presencia de sustancias inflamables.

También se clasifican las áreas Clase II, para polvos y Clase III para fibras.

De acuerdo al Código Eléctrico Nacional (NEC), los equipos eléctricos que se encuentren en áreas clasificadas como Clase I Div. 1 y Clase I Div.2, deben ser diseñados y construidos, lo suficiente resistentes para contener dentro de su cuerpo cualquier punto de ignición o fuego.

De acuerdo a estos lineamientos, un motor para áreas clasificadas como Clase I Div. 1 debe ser a prueba de explosión (explosion Proof.) y un motor en áreas clasificadas como Clase I Div. 2 deben ser al menos TEFC (Totally Enclosed Fan Cooler).

Lo mismo pasa con las canalizaciones eléctricas, en donde los cables deben se instalados dentro de conduit, conduletas, con sus sellos y flexibles adecuados para estas áreas clasificadas.

Equipos pretendidos para usarse en Lugares Peligrosos Clase I, División 1 Los equipos pretendidos para área Clase I, División 1 usualmente son a prueba de explosión, intrínsecamente seguros o purgados/presurizados.

Equipos pretendidos para usarse en Lugares Peligrosos Clase I, División 2 Los equipos pretendidos para área Clase I, División 2 usualmente son no encendibles, no generan chispa, purgados/presurizados, herméticamente sellados, o son dispositivos de tipo sellado. 

Aparatos a Prueba de Explosión: “Aparatos colocados en un estuche/gabinete que es capaz de resistir una explosión de un gas o vapor específico que pudiera ocurrir alrededor de él, y prevenir la ignición de un gas o vapor específico que rodea al gabinete provocado por chispas, destellos, o explosión del gas o vapor dentro del gabinete y que opera a tal temperatura externa que una atmósfera inflamable que le rodea no será encendida de ese modo”. Remitir a NFPA70.  

Como conclusión tenemos que:

- La correcta selección e instalación de los materiales mecánicos, minimiza el riesgo de descarga a la atmósfera de sustancias inflamables, las cuales en contacto con el aire y una fuente de calor, pueda producir un incendio o explosión.

- La correcta selección e instalación y mantenimiento de los equipos eléctricos, de acuerdo al tipo de área clasificada, asegura la contención de las chispas, calor o fuego que pueda generarse, por un mal funcionamiento de estos equipos eléctricos, rompiendo el triangulo y reduciendo el riego de explosión e incendio.

Ambas cosas al mismo tiempo, reducen significativamente los riesgos de fuego y explosión.

En esta pagina web se puede leer una explicación detallada de las clasificaciones de areas peligrosas en español.

https://espanol.grainger.com/content/qt-hazardous-locations-124

Relación entre Selección de Materiales Mecánicos y la Clasificación de Areas.

Existe una relación muy estrecha entre la selección correcta de los materiales mecánicos y la Clasificación de Areas en todas las instalaciones Petroleras y Petroquimica.

La selección correcta de los Materiales Mecánicos evita que ocurra una fuga de sustancias inflamables al ambiente, al seleccionar materiales que son compatibles con la sustancia que se  manejan, las cuales en contacto o combinación con el aire y una fuente de calor puede producir una explosión. Hay otras sustancias, como las pirofóricas, que al entrar en contacto con la humedad del aire, produce una reacción exotérmica generando calor y produciendo la ignición de cualquier sustancia inflamable que contenga o este en contacto o en cercanía con la misma.

Para entrar más en detalle se debe conocer los siguientes conceptos básicos:

1. El triángulo de fuego.

Para que ocurra la ignición de un material o sustancia combustible o inflamable debe haber ciertas condiciones:

1. La presencia de la sustancia inflamable o combustible.

2. La presencia de oxigeno (aire) en proporción suficiente para producir la ignición.

3. La presencia de llama, chispa o fuente de calor.

La unión de estos tres elementos es lo que se llama el triángulo de fuego. Al eliminar alguno de los elementos del triángulo, evitamos o disminuimos el riesgo de ocurrencia del fuego o explosión.

Sabemos que el oxígeno esta contenido en el aire que nos rodea y en condiciones normales es imposible evitar su presencia, salvo en casos especiales con uso de contenciones especiales.

Solo nos queda tratar por todos los medios posibles, de reducir el riesgo de presencia del elemento combustible y de la fuente de calor.

El objetivo de una selección correcta de Materiales Mecánicos va evitar la falla de los elementos o componentes de una Instalación Petrolera o Petroquimica que puedan generar una descarga de sustancias peligrosas al ambiente, la cual, al combinarse con el oxigeno del aire y una fuente de calor puede producir una explosión.

Nos queda el tercer elemento, la fuente de calor. Hay fuentes de calor que no podemos controlar como el sol, ya que solo la exposición de un pedazo de madera al sol puede, ocasionar su ignición de forma espontánea.

2. El límite de explosividad inferior: es la cantidad mínima de una sustancia inflamable que se requiere para que, en contacto con el aire, produzca la ignición.

3. La temperatura de ignición: es la temperatura mínima que necesita un material para su ignición.

Por lo anterior, si se expone al sol, un pedazo de madera, este puede llegar a su temperatura de ignición y arderá espontáneamente.

4. Clasificación de Area:

La clasificación de Areas en una Instalación Petrolera y Petroquimica está Normalizada por el Código Eléctrico Nacional.

El Código Eléctrico Nacional clasifica las áreas en tres tipos:

Areas Clase I, División 1: Son aquellas áreas en donde, en operación normal, puede haber sustancias inflamables.

Areas Clase I, División 2: Son las áreas que solo durante una falla de un equipo, ejemplo falla del sello de una bomba, puede haber sustancias inflamables.

Areas No Clasificada: son aquellas áreas que no hay presencia de sustancias inflamables.

También se clasifican las áreas Clase II, para polvos y Clase III para fibras.

De acuerdo al Código Eléctrico Nacional (NEC), los equipos eléctricos que se encuentren en áreas clasificadas como Clase I Div. 1 y Clase I Div.2, deben ser diseñados y construidos, lo suficiente resistentes para contener dentro de su cuerpo cualquier punto de ignición o fuego.

De acuerdo a estos lineamientos, un motor para áreas clasificadas como Clase I Div. 1 debe ser a prueba de explosión (explosion Proof.) y un motor en áreas clasificadas como Clase I Div. 2 deben ser al menos TEFC (Totally Enclosed Fan Cooler).

Lo mismo pasa con las canalizaciones eléctricas, en donde los cables deben se instalados dentro de conduit, conduletas, con sus sellos y flexibles adecuados para estas áreas clasificadas.

Equipos pretendidos para usarse en Lugares Peligrosos Clase I, División 1 Los equipos pretendidos para área Clase I, División 1 usualmente son a prueba de explosión, intrínsecamente seguros o purgados/presurizados.

Equipos pretendidos para usarse en Lugares Peligrosos Clase I, División 2 Los equipos pretendidos para área Clase I, División 2 usualmente son no encendibles, no generan chispa, purgados/presurizados, herméticamente sellados, o son dispositivos de tipo sellado. 

Aparatos a Prueba de Explosión: “Aparatos colocados en un estuche/gabinete que es capaz de resistir una explosión de un gas o vapor específico que pudiera ocurrir alrededor de él, y prevenir la ignición de un gas o vapor específico que rodea al gabinete provocado por chispas, destellos, o explosión del gas o vapor dentro del gabinete y que opera a tal temperatura externa que una atmósfera inflamable que le rodea no será encendida de ese modo”. Remitir a NFPA70.  

Como conclusión tenemos que:

- La correcta selección e instalación de los materiales mecánicos, minimiza el riesgo de descarga a la atmósfera de sustancias inflamables, las cuales en contacto con el aire y una fuente de calor, pueda producir un incendio o explosión.

- La correcta selección e instalación y mantenimiento de los equipos eléctricos, de acuerdo al tipo de área clasificada, asegura la contención de las chispas, calor o fuego que pueda generarse, por un mal funcionamiento de estos equipos eléctricos, rompiendo el triangulo y reduciendo el riego de explosión e incendio.

Ambas cosas al mismo tiempo, reducen significativamente los riesgos de fuego y explosión.